CT4 El AGua desde el aspecto nutricional.pdf

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1. EL AGUA
LIC. KATHERINE ALTAMIRANO M.

2. Elciclohidrológico,también
conocidocomociclodelagua,esun
procesocontinuoquedescribela
circulacióndelaguaenlaTierra.A
travésdediversasetapas,elagua
cambiadeestadofísicoysedesplaza
entredistintosnivelesdela
hidrósfera
2
CICLO
HIDROLÓGICO

3. •Evaporación:Elaguase
evaporadesdesuperficies
comoocéanos,ríosylagos
debidoalcalorsolar.Se
convierteenvapordeaguaen
laatmósfera.
•Condensación:Elvaporde
aguaseenfríaysecondensa
enpequeñasgotas,formando
nubes.
3
CICLO HIDROLÓGICO

4. •Precipitación:Lasgotasde
aguaenlasnubesseagrupan
ycaenalaTierraenforma
delluvia,nieveogranizo.
•Infiltración:Partedelagua
delaprecipitaciónsefiltra
enelsuelo,recargando
acuíferosyalimentandoríos
ylagossubterráneos.
4
CICLO HIDROLÓGICO

5. •Escorrentía:Elexcesodeagua
fluyesobrelasuperficie
terrestrehaciaríos,arroyosy
océanos.
•Transpiración:Lasplantas
liberanvapordeaguaatravés
desushojas.
•Sublimación:Elhieloylanieve
seconviertendirectamenteen
vapordeaguasinpasarporel
estadolíquido.
5
CICLO HIDROLÓGICO

6. •Advección:Elmovimiento
horizontaldelaguaenla
atmósfera.
•Interceptación:Elagua
quedaatrapadaenhojasy
ramasdeárbolesantesde
llegaralsuelo.
6
CICLO HIDROLÓGICO

7. Elbalancehídricoesunacontabilidaddelasentradasy
salidasdelagua.Elbalancehídricodeunlugar,yasea
uncampoagrícola,unacuencaouncontinente,se
puededeterminarcalculandoloscambiosdeentrada,
salidayalmacenamientodelaguaenlasuperficie
terrestre.Lamayorentradadeaguaprovienedela
precipitaciónylasalidaeslaevapotranspiración.
BALANCE HÍDRICO
7

8. •Paraentenderelconceptodebalancehídrico,
necesitamoscomenzarconsusdiversos
componentes:
•Precipitación(P).Laprecipitaciónenformadelluvia,
nieve,aguanieve,granizo,etc.constituyeel
suministroprincipalmentedeaguaalasuperficie.En
algunoslugaresmuysecos,elaguapuedeser
suministradaporrocíoyniebla.
BALANCE HÍDRICO
8

9. Evapotranspiraciónreal(AE).Laevaporaciónes
elcambiodefasedeunlíquidoaungasliberando
aguadeunasuperficiehúmedahaciaelairede
arriba. De igual manera, la
transpiraciónrepresentauncambiodefase
cuandolasplantasliberanaguaalaire.
BALANCE HÍDRICO
9

10. Laevapotranspiracióneslatransferencia
combinadadeaguaalaireporevaporacióny
transpiración.Laevapotranspiraciónrealesla
cantidaddeaguaentregadaalairedeestosdos
procesos.Laevapotranspiraciónrealesunasalida
deaguaquedependedeladisponibilidadde
humedad,temperaturayhumedad.
BALANCE HÍDRICO
10

11. BALANCE HÍDRICO
11

12. Evapotranspiraciónpotencial(PE).Lascondiciones
ambientalesenunlugarcreanunademandadeagua.
Especialmenteenelcasodelasplantas,yaquea
medidaqueaumentaelaportedeenergía.
Laevapotranspiraciónpotencialeslacantidaddeagua
queseevaporaríabajounconjuntoóptimode
condiciones,entrelasqueseencuentraunsuministro
ilimitadodeagua.
BALANCE HÍDRICO
12

13. AlmacenamientodeHumedaddelSuelo(ST).El
almacenamientodehumedaddelsueloserefiereala
cantidaddeaguacontenidaenelsueloencualquier
momentoenparticular.Lacantidaddeaguaenel
suelodependedelaspropiedadesdelsuelocomola
texturadelsueloyelcontenidodemateriaorgánica.
Lacantidadmáximadeaguaquepuedecontenerel
suelosellamacapacidaddecampo.
BALANCE HÍDRICO
13

14. CambioenelAlmacenamientodeHumedaddel
Suelo(ΔST).Elcambioenelalmacenamientode
humedaddelsueloeslacantidaddeaguaquese
agregaoeliminadeloquesealmacena.Elcambioen
elalmacenamientodehumedaddelsuelocaeentre0
ylacapacidaddecampo.
BALANCE HÍDRICO
14

15. Déficit(D)Undéficitdehumedaddelsueloseproduce
cuandolademandadeaguaexcedelaquerealmente
estádisponible.Pero,losdéficitssoloocurrencuando
elsueloestácompletamenteseco.Esdecir,el
almacenamientodehumedaddelsuelo(ST)debeser
0.Alconocerlacantidaddedéficit,sepuede
determinarcuántaaguasenecesitadelasfuentesde
riego.
BALANCE HÍDRICO
15

16. Excedente(S)ElexcesodeaguaocurrecuandoP
excedePEyelsueloestáensucapacidaddecampo
(saturado).Esdecir,tenemosmásaguadelaque
realmentenecesitamosusardadaslascondiciones
ambientalesenunlugar.Elexcesodeaguanose
puedeagregaralsueloporqueelsueloestáasu
capacidaddecampoporloqueseescapadela
superficie.
BALANCE HÍDRICO
16

17. Elagua(H2O;monóxidodedihidrógeno,conpeso
molecularde18.016)esunamoléculacondosátomos
dehidrógenounidoscovalentementeaunode
oxígeno.Alatemperaturaypresiónambientales,el
aguasemantienemayoritariamentelíquida.Elagua
tienelapeculiarcaracterísticadealcanzarsumáxima
densidad(1.00g/mL)alos3.98°C,demodoqueensu
formasólida(hielo),ladensidadesmenor(0.917
g/cm3),razónporlaqueelhieloflota.
ASPECTOS QUÍMICOSRELEVANTES
17

18. Elaguaesunamolécula
inorgánica,porquenocontiene
C(carbono),ysufórmula
químicaesH
2O.Susátomosse
unenalcompartirelectrones
formandoenlacescovalentes,
enlacesfuertesymuyestables.
Sumasamolares18g/mol,es
decir,unmoldeaguatieneuna
masade18gramos.
NATURALEZA QUÍMICA
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19. •Lamoléculadelaguaesneutra,peropresentacierta
polaridad,debidoaqueelcompartirdesus
electronesnoestanequitativo.
•Comoeloxígenoatraeconmásfuerzaloselectrones
compartidoshaciasímismo,lamoléculadeagua
quedaconesteladodondeestáeloxígenocon
tendenciaatenerciertacarganegativa;yporlo
tanto,quedaconunacargaparcialpositivahacia
dondeestánloshidrógenos(observarlaimagen
superior).
•Estapolaridadfacilitalauniónentresídelas
moléculasdeaguaylaunióndelaguaconotras
moléculasquetambiéntienendiferenciasdecarga
ensuestructura,locualpromuevelaspropiedades
físicasdescritasenlosapartadosanteriores.
POLARIDAD
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20. Espontáneamenteenelagua
líquidaseproduceunaleve
ionizaciónoautodisociación.
Significaquealgunasdesus
moléculassereorganizan
cambiandosuestructura
molecularnormalgenerando
unasnuevasmoléculascargadas
eléctricamente,comolosiones
hidronio(H
3O
+
)ehidroxilo(OH
–
).
Elaguareaccionaconmuchas
sustancias,formandogran
diversidaddecompuestos
químicos.Porelectrólisiselagua
se puede descomponer
separándoseeloxígenodesus
doshidrógenos.Esteprocesose
producecuandoporelaguapasa
unacorrienteeléctrica.Inclusoel
aguaensuformasolidatambién
puedeformarpartedealgunas
reaccionesquímicas.
CAPACIDAD REACTIVA
20
IONIZACIÓN

21. •ElaguapuratieneunpH
neutro(iguala7),mientrasque
elaguademareslevemente
alcalina(mayora7).Elaguade
lluviaseacidifica(pHmenora
7)ligeramentecuandose
mezclaconloscomponentes
queseencuentrenenla
atmósfera,comoeldióxidode
carbonooCO
2,porejemplo.
PH
21

22. Elaguaesanfótera,es
decir,puedecomportarse
comounácidoocomo
unabasedependiendodel
pHdelasolución.Esta
propiedadquímicaapoya
supapelcomoregulador
delpH.
ANFOTERISMO
22

23. ¿QUÉ ES EL
AGUA?
Elaguaesunasustanciafundamental
paralavidayeldisolventeuniversal.
Nuestrostejidosylosdecasitodoslos
seresvivosatienencomocomponente
mayoritario.
Seestimaqueenlatierrahay
aproximadamente1386millonesde
km
3
deagua,perosoloel2,5%deeste
total(unos35millonesdekm
3
)
correspondealaguaquesepuede
potabilizaryconsumirsinmayorriesgo.

24. Enunplanetacuyasuperficieestámayoritariamente
cubiertadeagua,noesningunasorpresaquelasformasde
vidaconocidastenganunabiologíabasadaenagua.
Reaccionesbioquímicasprebióticasocurriendoensoluciones
acuosasquedaronaisladasalinteriordevesículasformadas
porcompuestosinsolublesenagua(comoloslípidos),dando
origenaunancestrocomún:LUCA(lastuniversalcommon
ancestor),hace3,500a3,800millonesdeaños.
BIOLOGÍA BASADA EN AGUA
24

25. Lasreaccionesquímicasalinteriordelascélulasprimitivas
llevaronagradientesdeconcentraciónentreelinterioryel
exterior;esedesequilibrio,porunlado,nodebíaresultaren
unapresiónosmóticapositivaninegativa,demodoquela
célulaysuentornodebenserisotónicas;porotraparte,el
desequilibriodealgunosiones(mássodioafuera,más
potasiodentro)rápidamenteempezóaserutilizadopara
modularfuncionescelularesmáscomplejas.
BIOLOGÍA BASADA EN AGUA
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26. Sedenominaósmosisalprocesoporelqueelaguaatraviesa
unamembranasemipermeable,comolasmembranas
biológicas,queseparadossolucionesdeconcentraciones
diferentesdesolutos.Lapresiónosmóticaeslafuerzaque
debeaplicarseparacontrarrestarelflujodelaguadelsitiode
menorconcentracióndesolutosaldemayor,oflujo
osmótico.
OSMOSIS
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27. Lapresiónosmóticadependedelnúmerodepartículasde
solutoporunidaddevolumen,peroesindependientedela
naturalezamoleculardelsolutoydelaformadelas
partículas.Lapresiónosmóticadeunacélulatípicaesdel
ordende7.3atm.
OSMOSIS
27

28. Unabiologíabasadaenaguaimplicaquelagran
mayoríadeloscomponentescelularesdebenser
hidrosolubles.Todaslasmoléculasbiológicastienen
cargaeléctricaparcialofranca,loqueleshacepolares
ysolublesenagua:losácidosnucleicos(ADNyARN)y
losnucleótidostienencargaeléctricanegativadada
porlosgruposfosfato;
OSMOSIS
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29. Losaminoácidossoninherentementepolaresy
anfipáticos,porlacargadelosgruposaminoy
carboxilo;ylasproteínastienendominioshidrofílicos
cuandolacadenalateraldelosaminoácidosdeese
dominiotienencargaeléctrica,ydominios
hidrofóbicos,formadosporaminoácidoscuyacadena
lateralnoespolar.
OSMOSIS
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30. Lasexcepcionessonaquellasmoléculasquedeben
formarloslímitesdelacélula,aquellasqueforman
compartimentosintracelularesensucaso,ylasque
debenatravesardichasbarrerasenformapermanente
otransitoria.Elaguaactuandocomosolvente
estableceunaesferadesolvataciónalrededordelas
moléculasdisueltas.
OSMOSIS
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31. Estaesferadesolvataciónesdefundamental
importanciaparalaactividaddelasproteínas;auna
distanciade1nmalrededordeunaproteínadisuelta
enagua,lasmoléculasdeaguatienenunadinámica
distintaaladelrestodelasmoléculasdeagua,yesta
alteraciónespartedelaactividaddelaproteína.
OSMOSIS
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32. Lanociónactualdelaesferadesolvataciónydesu
impactoenbiologíasehaidosofisticando.Eltamaño
delaesferaalrededordediferentescationesvaría
notablemente,estoconduceaunaclasificacióndelos
cationescomokosmotrópicos(queinducenorden),
congrandesesferasqueordenanelaguaasu
alrededor;ycaotrópicos(queinducendesorden),con
esferaspequeñas,loquepermitequeelaguarestante
quedeenrelativodesorden.
OSMOSIS
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33. Elordenodesordendelaguaterminaafectandosu
densidad:elaguapuedepasardeunestadodealtadensidad
aunodebaja.Esosestadoscoexisten,demodoquela
densidadpromedioesuniforme;peroseorganizan
microdominiosdediferentesdensidades,dependiendode
lossolutospresentes.Elaguaintracelularposee
característicasdiferentesalaguaextracelular;estas
diferenciashansidocaracterizadascongrandificultad,dado
queladiferenciaocurresóloencélulasvivas.
OSMOSIS
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34. ElCO2quesegeneraporelmetabolismocelular
propiciagrandescambiososmóticosenlacélula(el
CO2esneutroysepuededifundirlibrementeporlas
membranas,perolosionesqueresultandesu
hidrataciónnoloson).Estoscambiosnoocurrenen
célulasmuertas.
OSMOSIS
34

35. Losdesequilibriosiónicos(mássodiofuera,más
potasiodentro)tambiéntiendenadisiparsecuando
unacélulamuere.Losionesdesodio,que
extracelularmentetienenunaconcentraciónde150
mM,perode10mMintracelular,tiendenadisolverse
mejorenaguadealtadensidad;mientrasquelosde
potasio(159mMintracelularversus4mM
extracelular)prefierenelaguadebajadensidad.
OSMOSIS
35

36. Sehallegadoaargumentarqueestegradientede
concentraciónnoesmantenidosolamentepor
ATPasas,sinoqueelpapeldeladensidaddelaguaes
crucial;igualmente,célulasconmembranasdañadas
mantienenelgradienteiónico,indicandoun
mecanismoadicionaldesegregacióniónica.
OSMOSIS
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37. Unamenordensidaddelaguaesnecesariapara
facilitarlamovilidaddeproteínasenelcitoplasma,la
cuales,asuvez,necesariaparaelfuncionamiento
celular:
Lasolvatacióndelasproteínasestambiénfunda
mentalparasuactividad,especialmentelaenzimática.
OSMOSIS
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38. Losdiferentesdominiosdeunaproteínaorganizanel
aguaasualrededor,dependiendodelapolaridadde
losaminoácidosexpuestos.Unaenzimanotiene
actividadsinoestáadecuadamentehidratada,loque
ocurreenetapasconformesevaasociandoelaguaen
losdominiosdelaproteínayensusitioactivo.
OSMOSIS
38

39. Ademásdequetodosloscomponentescelulares,ylas
reaccionesenqueparticipan,estándisueltosenagua
–compartimentadospordivisionesque,obviamente,
debenserinsolublesenagua–,elaguaparticipaen
estasreacciones,comoreactivoocomoproducto.El
aguaentoncesnosóloproveeunentorno
termodinámicamentefavorableparaquelas
reaccionesbioquímicasocurran,sinoqueparticipaen
muchasdeellas.
REACCIÓN BIOQUÍMICAS EN, CON Y POR EL AGUA
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40. Enlistarlasreaccionesbioquímicasenlasqueparticipa
elaguaquedafueradelenfoquedeestetexto.Como
ejemplodelaubicuidaddelaguaenreacciones
bioquímicas,bastemencionarquetodareacciónque
obtengaenergíadelATPrequiereaguaparahidrolizar
elenlacedelúltimodelostresfosfatosyliberarla
energíacontenidaeneseenlace:
ATP4-+ H2O + ADP3-+ HPO4 2-+ H+
REACCIÓN BIOQUÍMICAS EN, CON Y POR EL AGUA
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41. Labidireccionalidaddeesareacciónimplicaqueenla
síntesisdeATP,yaseaporfosforilaciónoxidativaoa
niveldesustrato,segenereagua.Duranteelciclode
Krebs,elcitratosedeshidrataacis-aconitato,que
luegosehidrataaisocitrato;másadelante,elfumarato
sehidrataamalato.Estasreaccionesoxidativasllevan
poderreductoralacadenarespiratoriaquefinalmente
conduceelectronesaunamoléculadedioxígeno,con
virtiéndolaenagua.
REACCIÓN BIOQUÍMICAS EN, CON Y POR EL AGUA
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42. Porcadamoléculadedioxígenoqueconsumimosse
generaunamoléculadeagua.Porllevarseacaboen
entornosacuosos,elaguanoactúacomofactor
limitantedeningunareacciónbioquímicaconocida;
tampocoun“exceso”deaguamodifica,porleyde
accióndemasas,ladireccionalidaddelasreacciones
bioquímicas.
REACCIÓN BIOQUÍMICAS EN, CON Y POR EL AGUA
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43. •ESTABLECER LA DIFERENCIA ENTRE OSMOLARIDAD Y
OSMOLALIDAD
Momento 4
43