viernes, 27 de noviembre de 2015

Descifrando el misterio del agua y la vida (1)

 Danilo Antón
 Sabemos que el agua y la vida están intrínsecamente relacionadas. De acuerdo a la información disponible no hay vida sin agua y, por lo menos en nuestro planeta, no hay agua que permanezca sin vida por largo tiempo. También es probable que exista vida en las "aguas líquidas" de los cuerpos planetarios. Tal vez no la  haya en la superficie, pero seguramente en los acuíferos que se mantengan líquidos en profundidad, Esta afirmación se aplicaría a Marte, la Luna, los satélites de Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y tal vez a estos mismos planetas. Por esa misma razón se podría afirmar que millones de planetas en otros sistemas estelares también podrían contener vida donde el agua líquida y la temperatura lo permitan. Al decir de Fred Hoyle "la vida es una propiedad de la materia"  
A continuación presentamos algunos datos y reflexiones sobre el agua y la vida.

Primera parte: ¿Qué es el agua?
El agua está constituida por moléculas simples formadas por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. 
El oxígeno es un átomo relativamente grande (radio iónico: 1.40 Å7) con ocho protones en su núcleo (número atómico: 8) y ocho electrones en dos niveles orbitales. En el primer nivel orbital hay dos electrones que es su máxima capacidad y por tanto está colmatado. El segundo nivel contiene seis electrones cuando el átomo se encuentra en estado neutro. Como la capacidad del nivel es de ocho, pueden alojarse dos electrones más, en cuyo caso el átomo se carga negativamente en dos unidades (-2). 
Por su parte, el hidrógeno es un átomo muy pequeño que en estado neutro está formado por un protón y un electrón. En estado iónico (o sea, al perder el electrón y cargarse positivamente), su radio disminuye considerablemente hasta alcanzar la dimensión de un protón. En ese estado el catión H es miles de veces menor que el anión O. Cuando se combina con el oxígeno, su “radio iónico” puede ser considerado negativo (-0.38 Å). 
Debido al enorme tamaño relativo del oxígeno y a la pequeñísima dimensión del núcleo de hidrógeno, la molécula de agua es, aproximadamente, del mismo tamaño que el átomo de oxígeno (radio iónico: 1.55 Å). 
Los dos iones H quedan sumergidos en la nube electrónica (principalmente controlada por el núcleo del oxígeno) dando lugar a una configuración tetraédrica. En dicha estructura, el núcleo del oxígeno ocupa el centro del tetraedro, los dos núcleos (protones) de hidrógeno ocupan dos vértices y las nubes de carga negativa, los vértices restantes (Gerstein y Levitt, 1998). 
El ángulo entre los dos enlaces O-H es de 105º, ligeramente menores que los 109.5º de un tetraedro perfecto. 
Debido a la ubicación del átomo de oxígeno y la nube electrónica que lo rodea (con carga débil negativa) en una dirección, y los dos átomos de hidrógeno (con carga débil positiva), en dirección opuesta, la molécula de agua asume características polares. 
Dos moléculas de agua contiguas tienden a atraerse enlazando el extremo positivo de una molécula con el negativo de la otra. Este enlace es habitualmente denominado “enlace hidrógeno”. 
Cada molécula de agua puede formar (y normalmente lo hace) cuatro enlaces-hidrógeno con otras tantas moléculas de agua vecinas. Dos de esos enlaces son entre sus hidrógenos y los átomos de oxígeno de otras dos moléculas de agua, y los otros dos entre su átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno de otras moléculas cercanas. 
A diferencia de los cristales de hielo, que tienen una perfecta geometría tetraédrica, el agua líquida tiene una geometría bastante irregular. 
Las moléculas de agua forman “enlaces-hidrógeno” entre sí, pero también pueden formarlos con otras moléculas polares, como ácidos, sales, azúcares y varias regiones moleculares de las proteínas y en el propio ADN. 
Estas sustancias que se combinan polarmente con el agua y/o disuelven en ella son denominadas hidrófilas. 
En cambio, las moléculas no-polares (como las grasas), que no forman enlaces hidrógeno con el agua, ni se disuelven en ella, son denominadas hidrófobas. 
Las proteínas y el ADN son moléculas que contienen a la vez componentes hidrófobos e hidrófilos enlazados en largas cadenas tridimensionales. En éstas, los elementos hidrófilos se localizan en la superficie, donde pueden interactuar con el agua, mientras que los hidrófobos permanecen en las zonas más profundas de la estructura, lejos del agua. 
De esa forma estos componentes parecen actuar como factores de estabilidad estructural, frente al rol más dinámico de la porción superficial hidrófila. 
Cualquier célula contiene por lo menos varios miles de millones de moléculas de agua. Es en esa enorme cantidad de unidades moleculares que tienen lugar los procesos biológicos. 
El agua es un componente integral del ADN. Los primeros modelos que se intentaron de la molécula del ADN en el vacío fracasaron debido a que las fuerzas repulsivas existentes entre los grupos fosfatados, cargados negativamente, daban lugar a la fractura casi inmediata de la molécula (en esas condiciones, su estabilidad no supera los 50 picosegundos). 
Modelos ulteriores, en los que se incluyeron moléculas de agua alrededor y dentro de las anfractuosidades del ADN, permitieron una mayor estabilización de la estructura en doble hélice (hasta 500 picosegundos). 
En investigaciones más recientes se pudo comprobar que las moléculas de agua puedan interactuar con todos los elementos superficiales de la doble hélice, incluyendo los pares de bases que constituyen el código genético. 
Se ha comprobado además que las moléculas de agua no pueden penetrar en profundidad, y por tanto no llegan hasta la estructura central constituida por elementos hidrófobos. 
En la superficie de las proteínas existen entrantes estrechas en donde las moléculas de agua enlazadas tienen dificultad para introducirse. Es en estos surcos que se produce la interacción entre las enzimas y las moléculas ligantes. Otros estudios recientes han permitido constatar que la configuración de las moléculas de agua en un sitio activo imita la geometría y estructura de la molécula ligante propiamente dicha. 
Esta capacidad de imitación de otras moléculas que tiene el agua es probablemente la base física de la homeopatía, disciplina medicinal alternativa que se basa en el tratamiento de enfermedades mediante el uso de sustancias extremadamente diluidas en agua. En las preparaciones homeopáticas se hace desaparecer el soluto casi completamente, quedando solamente el agua. A pesar de ello, en algunas de ellas parece conservarse, de algún modo, la memoria de la sustancia que ha estado disuelta. 

Estos procesos son poco conocidos a nivel analítico e impugnados en el mundo académico. Sin embargo existe una prolongada utilización empírica en muchas partes del mundo que es indicativa de la existencia de estas propiedades.  
Extraido de Sequía en un Mundo de Agua, Danilo Antón, Piriguazú Ediciones, CIRA, México, 
  

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