Resumen de Fundamentos de Biología Celular y Molecular

## Introducción El agua es la molécula central para la vida: actúa como solvente, participa en reacciones bioquímicas, regula la temperatura corporal y mantiene la estructura celular. En este material aprenderás sus propiedades físicas y químicas relevantes en biología, su distribución en el organismo humano y sus funciones principales. > Definición: El agua es una molécula polar formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, representada químicamente como $\ce{H2O}$. ## 1. Propiedades físicas y químicas clave ### 1.1 Polaridad y puentes de hidrógeno - La molécula de agua es **polar**, lo que significa que tiene una distribución de carga no uniforme: el oxígeno es parcialmente negativo y los hidrógenos son parcialmente positivos. - Esta polaridad permite la formación de **puentes de hidrógeno** entre moléculas de agua, responsables de muchas propiedades emergentes. > Definición: Puente de hidrógeno = interacción intermolecular entre un átomo de hidrógeno unido a un átomo electronegativo y otro átomo electronegativo vecino. Did you know que la disposición aproximadamente tetraédrica de los orbitales alrededor del oxígeno favorece que cada molécula pueda formar hasta cuatro interacciones (dos enlaces O–H y dos pares no compartidos)? ### 1.2 Elevada constante dieléctrica - El agua tiene una constante dieléctrica alta ($K\approx 80$ a $20^{\circ}\mathrm{C}$), lo que reduce las fuerzas de atracción entre iones. - Consecuencia práctica: el agua es un excelente **disolvente** para compuestos polares e iónicos, favoreciendo la disolución de sales y azúcares. ### 1.3 Calor específico y calor de vaporización - **Elevado calor específico**: se requiere mucha energía para elevar la temperatura del agua; por eso estabiliza la temperatura corporal. - **Elevado calor de vaporización**: al evaporarse, el agua absorbe gran cantidad de energía (p. ej., sudoración enfría al organismo). Tabla comparativa de ejemplos (valores ilustrativos): | Propiedad | Ejemplo (sustancia) | Valor relativo | | --- | --- | --- | | Calor específico | Agua | alta ($1.00\,$cal/g°C) | | Calor de vaporización | Agua | muy alto ($540\,$cal/g) | ### 1.4 Densidad y comportamiento sólido-líquido - El agua líquida es más densa que el hielo; por eso el hielo flota. - Esto ocurre porque los puentes de hidrógeno en el hielo organizan las moléculas en una estructura más abierta que ocupa más volumen. Tabla de densidad (selección de temperaturas): | Temperatura | Densidad (g/ml) | | --- | --- | | $0^{\circ}\mathrm{C}$ (hielo) | $0.91700$ | | $4^{\circ}\mathrm{C}$ | $1.00000$ | | $20^{\circ}\mathrm{C}$ | $0.99823$ | | $100^{\circ}\mathrm{C}$ | $0.95838$ | ### 1.5 Tensión superficial, cohesión y adhesión - **Tensión superficial** alta: crea una "película" en la superficie del agua. - **Cohesión**: moléculas de agua se atraen entre sí (importante en transporte capilar). - **Adhesión**: agua se adhiere a superficies polares (ayuda en ascenso por capilaridad). ### 1.6 Bajo grado de ionización y pH - El agua se autoprotoliza según: $$\ce{2 H2O <=> H3O+ + OH-}$$ - En agua pura a $25^{\circ}\mathrm{C}$ la concentración de iones hidrógeno es $[\ce{H+}] = 10^{-7}\,$M, por lo que el pH es 7. ### 1.7 Conductividad térmica - El agua conduce calor con eficiencia suficiente para distribuir temperatura en tejidos y evitar puntos calientes. ## 2. Agua como solvente biológico ### 2.1 Hidrofílicos, hidrofóbicos y anfifílicos - Hidrofílico: compuestos polares o iónicos que se disuelven bien en agua (p. ej., azúcares, sales, aminoácidos polares). - Hidrofóbico: compuestos no polares que no se disuelven (p. ej., hidrocarburos, colesterol). - Anfifílico (anfipático): moléculas con una parte polar y otra no polar; forman micelas y bicapas lipídicas. Tabla: ejemplos | Hidrofílico | Hidrofóbico | | --- | --- | | Alcoholes polares, azúcares, KCl, aminoácidos polares | Hidrocarburos, ácidos grasos no polares, colesterol | Did you know que las membranas celulares se organizan en una