Unidad II

AGUA, MINERALES Y PH
 Importancia biomédica del agua

El agua es el componente químico predominante

de los organismos vivos

Es el disolvente universal por naturaleza

Componente indispensable de procesos

metabólicos debido a sus interacciones no
covalentes con los solutos
Estructura molecular del agua

u Su representación mas conocida es H2O

u Tiene una geometría tetraédrica con una
distribución desigual de sus cargas
u El átomo de oxigeno tiene una carga parcial
negativa (δ−)
u Cada uno de los dos átomos de hidrogeno
lleva una carga parcial positiva (δ+)
u El átomo de O se ubica en el centro y los H
en dos de los vértices
u La unión H-O tiene un 33% de carácter iónico
Estructura molecular del agua

u Cada molécula es un dipolo

u Los H con deficiencia de e- de una
molécula de agua son atraídos hacia
el par de electrones de otra molécula
de agua
u Los H unidos a N, S y F se comportan de
igual forma
 Dipolo

u Son moléculas en las que la

carga está separada
u Cuando los dipolos moleculares
se encuentran en un campo
eléctrico, se orientan a sí
mismos en dirección opuesta a
la del campo
 Puentes de hidrogeno

u Es una fuerza electrostática entre

un átomo electronegativo y un átomo
de hidrógeno unido covalentemente a otro
átomo electronegativo
u Tiene carácter iónico y covalente
u Esta interacción electrostática desempeña
un papel significativo en los seres vivos
u La energía del enlace covalente es 20 veces
mayor que la del puente de hidrogeno
u Es un fenómeno cooperativo
 Fuerzas de van der Waals

u Son interacciones electrostáticas transitorias

débiles
u Se producen entre dipolos permanentes o
inducidos
u Pueden ser de atracción o de repulsión
u Cuanto más polares y colineales son los grupos
involucrados, más fuerte es la interacción de
van der Waals
u En los sistemas biológicos la suma de fuerzas de
repulsión y de atracción crea la estructura
estable y funcional de las grandes biomoléculas
y de los complejos biomoleculares
Tipos de fuerzas de van der Waals

Interacciones dipolo- dipolo

•Entre moléculas que tienen átomos electronegativos

•Hacen que las moléculas se orienten así mismas
•Interacción particularmente fuerte

Interacciones dipolo- dipolo inducido

•Un dipolo permanente induce a un dipolo transitorio en una molécula

cercana al modificar su distribución electrónica
•Interacciones mas débiles que las dipolo- dipolo

Interacciones dipolo inducido- dipolo inducido

•Denominada también fuerza de dispersión de London, es

extremadamente débil
•Los electrones de moléculas apolares cercanas da lugar a un
desequilibrio de cargas en moléculas adyacentes. Un dipolo transitorio
en una molécula polariza los electrones de una molécula vecina
 Propiedades físicas del agua

El agua solida El agua liquida El agua gaseosa

• En el estado solido las moléculas de agua • En el estado liquido la estructura • En el estado gaseoso, cada molécula de
forman una red que las mantiene unidas, molecular del agua es una red de agua se sitúa independiente de la otra;
con una estructura molecular ordenada puentes de hidrogeno con cierta no se forman puentes de hidrogeno.
gracias a los enlaces de hidrogeno. movilidad. • Las moléculas gaseosas se elevan
• No hay moléculas libres, solo vibran • Las moléculas se mueven con relativa ocupando el mayor espacio disponible
libertad al interior del liquido y tienen la
capacidad de fluir
 Propiedades del agua

Elevada Elevado Comportami Punto de

Acción Gran calor Tensión
fuerza de calor de ento inusual ebullición y
disolvente específico superficial
cohesión vaporización del agua fusión
Acción disolvente

u El agua es el líquido que mas sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente
universal
u Esta propiedad, tal vez la mas importante para la vida, se debe a su capacidad para
formar puentes de hidrogeno
 Acción disolvente

u En el caso de las disoluciones iónicas los

iones de las sales son atraídos por los
dipolos del agua, quedando
“atrapados” y recubiertos de moléculas
de agua en forma de iones hidratados o
solvatados
u La capacidad disolvente es la
responsable de que sea el medio donde
ocurren las reacciones del metabolismo
Moléculas hidrófilas

u La estructura dipolar del agua y su capacidad para

formar enlaces de hidrógeno con átomos
electronegativos le permiten disolver sustancias iónicas
y polares
u Las sales, como el cloruro de sodio (NaCl), están unidas
mediante fuerzas iónicas
u Un aspecto importante de todas las interacciones
iónicas en disolución acuosa es la hidratación de los
iones
u Dado que las moléculas de agua son polares,
experimentan atracción hacia iones cargados como
el Na+ y el Cl− y forman esferas de solvatación
 Moléculas hidrofóbicas

u La red de solvatación del agua excluye pequeñas

cantidades de sustancias apolares mezcladas con agua; es
decir, estás se agrupan en pequeñas gotas
u Este proceso se denomina efecto hidrofóbico
u El efecto hidrófobo es responsable de la generación de
membranas lipídicas estables y contribuye a la fidelidad del
plegamiento de las proteínas
Ejemplos de sustancias polares y no
polares
 Elevada fuerza de cohesión

Los puentes de hidrogeno mantienen las

moléculas de agua fuertemente unidas,
formando una estructura compacta que la
convierte en un líquido casi incompresible

Al no poder comprimirse puede funcionar en

algunos animales como un esqueleto hidrostático
Tensión superficial

u Debido a las altas fuerzas cohesivas, las moléculas

de agua en la superficie se sienten más atraídas por
las moléculas dentro del líquido que por las
moléculas fuera de él, lo que produce tensión
superficial en la entrefase gaseosa-líquida
u Por el contrario, las moléculas de agua dentro del
líquido son igualmente atraídas en todas
direcciones.
u Esta propiedad hace que sea más difícil mover un
objeto a través de la superficie que moverlo cuando
está completamente sumergido
Gran calor especifico

u También esta propiedad está en relación

con los puentes de hidrogeno
u El agua puede absorber grandes
cantidades de “calor” que utiliza para
romper los puentes de hidrogeno por lo que
la temperatura se eleva muy lentamente
u Esto permite que el citoplasma acuoso sirva
de protección a los cambios de
temperatura. Así se mantiene la
temperatura constante
 Elevado calor de vaporización

u También los puentes de Hidrogeno son los

responsables de esta propiedad
u Para evaporar el agua, primero hay que
romper los puentes, posteriormente dotar a las
moléculas de agua de la suficiente energía
cinética para pasar de la fase líquida a la
gaseosa
u Para evaporar un gramo de agua se
requieren 540 calorías y una temperatura de
20°C y presión de 1 atm.
 Punto de ebullicion y fusion del agua

u Los puntos de ebullición y fusión del

agua son mas elevados que la mayoría
de los líquidos
u Esto se debe a los puentes de
Hidrogeno

Peb Punto de fusión

100 ºC
0 ºC
a nivel del mar
Comportamiento inusual del agua

u El agua es la única sustancia que al enfriarse se

dilata
u Es por esto que el hielo flota sobre el agua líquida
u 1 Kg de agua sólida posee un mayor volumen
que 1Kg de agua líquida

Densidad del H2O líquida Densidad del H2O sólida

1g/ml 0.91g/ml
Contenido y distribución del agua
corporal

u Nuestro cuerpo esta

constituido por múltiples
sustancias
 Contenido y distribución del agua
corporal

u El agua constituye
mas de la mitad del
peso del cuerpo
u 50 – 65 %
u En su mayor parte
se encuentra en los
tejidos
metabólicamente
activos
u 80 %
Contenido de agua corporal

% del peso corporal total

Hombre
Recien Hombre Mujer Mujer con Adultos
Niños con
nacido normal normal obesidad mayores
obesidad
80 % 70 % 60 % 55 % 55 % 50 % 50 %
 Compartimientos de agua/distribución de
líquidos en el cuerpo

Es el agua que Hombre

se encuentra 45 %
Intracelular dentro de la Mujer
célula 40 %

Es el agua que Hombre

se encuentra 15 %
Extracelular fuera de la Mujer
célula 15 %

Es el agua que Hombre

se encuentra en 5%
Intravascular los vasos Mujer
sanguíneos 5%

El agua que se Hombre

encuentra fuera 10 %
Intersticial de los vasos Mujer
sanguíneos 10 %
Equilibrio hídrico

u Es la relación entre el aporte y la

eliminación corporal del agua
bajo condiciones normales

Ingesta Eliminación
 Regulación del equilibrio hídrico

u Si se conserva un balance entre el

ingreso y la excreción
u Siempre que haya libre aporte de
agua
Sequedad Riñón retiene
u Dicho balance lo controla las en la boca agua
sensaciones de sed y los riñones
u Por ejemplo:
u Perdida excesiva por sudoración o
diarrea
Relación entre el aporte y la
eliminación de agua

Ingreso Excreción
Piel Perdida sensible
Agua en líquidos
(Transpiración) Perdida insensible

Pulmones
Agua misma
(Respiración)

Riñones
Alimentos solidos
(Orina)

Intestino
Agua metabólica
(Heces)
Equilibrio hídrico

Aporte Eliminación

Líquidos Piel
1500 ml 500 ml

Pulmones
400 ml

Orina
1500 ml
100 g de CHO’s à 60 ml
Alimentos
Humedad 700 ml 100 g de Lípidos à 100 ml
Heces
Oxidación 300 ml 100 g de Proteínas à 40 ml
100 ml

Total: Total:
2500 ml 2500 ml
 Efectos de la deficiencia de agua en
el cuerpo

Deficiencia de agua
 Efectos del exceso de agua en el
cuerpo

Exceso de agua
Electrolitos

u Forma iónica de un metal que se encuentra en

solución acuosa.
u Tienen la capacidad de conducir la corriente
eléctrica
u Están presentes en la sangre como ácidos,
bases y sales
Sales solubles en agua

u Se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones ) que son los

responsables de su actividad biológica

Funciones catalíticas Funciones osmóticas Función tamponadora

•Por ejemplo: Cu+, Mn2+, Mg2+, •Na+, K+, Cl- y Ca2+ (gradientes (Buffers)
Zn+ (cofactores) electroquímicos) •carbonato-bicarbonato (CO32+-
HCO3) y monofosfato-bifosfato

§ Potencial de membrana
§ Potencial de acción
§ Sinapsis neuronal
 Extracelular
Intracelular
Intravascular Intersticial
Cationes (+)
Na+ 142 mEq/L 138 mEq/L 10 mEq/L
K+ 5 mEq/L 5 mEq/L 150 mEq/L
Ca++ 5 mEq/L 3 mEq/L -
Mg++ 3 mEq/L 2 mEq/L 40 mEq/L
Valores normales de Total 155 mEq/L 148 mEq/L 200 mEq/L
electrolitos en los Aniones (-)
líquidos corporales HCO3- 27 mEq/L 28 mEq/L 10 mEq/L
Cl- 104 mEq/L 110 mEq/L 5 mEq/L
SO4 -2 1 mEq/L 1 mEq/L 20 mEq/L
HPO3- 2 mEq/L 2 mEq/L 120 mEq/L
Ácidos
5 mEq/L 5 mEq/L -
orgánicos
Proteinatos 16 mEq/L 2 mEq/L 45 mEq/L
Total 155 mEq/L 148 mEq/L 200 mEq/L
Iones extracelulares:
Sodio y Cloro

u Ayudan a conservar el volumen de los

compartimientos extracelulares:
u Jugo gástrico, pancreático e intestinal.
u Neutralidad
u Reserva de Na en los huesos
Iones intracelulares:
Potasio, Magnesio y Fosfatos

u La concentración de estos iones va a

depender del aporte de energía a la
célula y de la actividad de las
membranas
u Mantienen el equilibrio osmótico dentro
de la célula
Ósmosis
Definición

u Fenómeno natural en el cual el agua pasa a través de una membrana semi

permeable, desde una solución menos concentrada a una solución mas
concentrada
Ósmosis: Difusión de agua

u Es el paso del agua por una membrana relativamente permeable, desde

una región de mayor concentración a una región de menor
concentración
u Transporte pasivo
Presión osmótica

u Depende de la diferencia
de concentración de iones
presentes a ambos lados de
la membrana.
u Resultado de la diferencia
de la concentración de
sales a través de una
membrana semi permeable
Presión osmótica

u Presión que se desarrolla en una solución salina

Solución isotónica

u La concentración de sustancias
dentro de la célula es igual a la
concentración de sustancias
fuera de la célula
Solución hipertónica

u Las células están en solución

hipertónica si la concentración de
sustancias disueltas en el agua
que está fuera de la célula es
mayor que en el agua que está
dentro de la célula
Solución hipotónica

u La concentración de materiales disueltos

en el agua fuera de la célula es menor que
la concentración en la célula. La
concentración de agua es mayor fuera de
la célula
u La entrada de agua hace que el
contenido celular empuje contra la pared,
sin embargo la célula no se revienta por la
resistencia de la pared que evita que la
Célula siga empujando
¿Cuál de estos esquemas representa cada
una de las soluciones y por qué?

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Hipotónica Isotónica Hipertónica

Soluciones
 El plasma Una solución de sal
sanguíneo es es hipertónica para
los glóbulos rojos.
isotónico para
los glóbulos rojos, En una solución
hipertónica, el
al ser igual estos
agua se mueve
mantienen su hacia fuera de la
forma célula por osmosis.

Un glóbulo rojo en
agua destilada (no
contiene materiales
disueltos), el agua
ingresará y
ocasionará que el
glóbulo se hinche y
se rompa
Análisis del equilibrio hidroelectrolítico en la
deshidratación isotónica, hipertónica e hipotónica

Hipertónica
Isotónica Perdida de agua superior a la perdida de
Perdida de agua y electrolitos de igual Na+
proporción Se da una redistribución de intra a
extracelular Ej. Diabéticos

Deshidratación:
Perdida excesiva de agua,
eventualmente de sales

Perdida hipotónica
La pérdida de Na > H2O
Ej. Falla renal