por Molly Sargen
figuras de Daniel Utter

a água representa 60-75% do peso corporal humano. Uma perda de apenas 4% da água corporal total leva à desidratação, e uma perda de 15% pode ser fatal. Da mesma forma, uma pessoa poderia sobreviver um mês sem comida, mas não sobreviveria 3 dias sem água. Essa dependência crucial da água governa amplamente todas as formas de vida. Claramente, a água é vital para a sobrevivência, mas o que a torna tão necessária?

a composição Molecular Da Água

muitos dos papéis da água no suporte da vida são devidos à sua estrutura molecular e algumas propriedades especiais. A água é uma molécula simples composta por dois pequenos átomos de hidrogênio carregados positivamente e um grande átomo de oxigênio carregado negativamente. Quando os hidrogênios se ligam ao oxigênio, ele cria uma molécula assimétrica com carga positiva de um lado e carga negativa do outro lado (Figura 1). Esse diferencial de carga é chamado de polaridade e determina como a água interage com outras moléculas.

a água é o “solvente Universal”

como uma molécula polar, a água interage melhor com outras moléculas polares, como ela mesma. Isso é por causa do fenômeno em que cargas opostas se atraem: como cada molécula de água individual tem uma porção negativa e uma porção positiva, cada lado é atraído por moléculas da carga oposta. Essa atração permite que a água forme conexões relativamente fortes, chamadas ligações, com outras moléculas polares ao seu redor, incluindo outras moléculas de água. Nesse caso, o hidrogênio positivo de uma molécula de água se ligará ao oxigênio negativo da molécula adjacente, cujos próprios hidrogênios são atraídos para o próximo oxigênio e assim por diante (Figura 1). É importante ressaltar que essa ligação faz com que as moléculas de água grudem em uma propriedade chamada coesão. A coesão das moléculas de água ajuda as plantas a absorver água em suas raízes. A coesão também contribui para o alto ponto de ebulição da água, o que ajuda os animais a regular a temperatura corporal.Além disso, como a maioria das moléculas biológicas tem alguma assimetria elétrica, elas também são polares e as moléculas de água podem formar ligações e cercar suas regiões positivas e negativas. No ato de cercar as moléculas polares de outra substância, a água se contorce em todos os cantos e recantos entre as moléculas, efetivamente quebrando-a estão dissolvendo-a. Isso é o que acontece quando você coloca cristais de açúcar na água: tanto a água quanto o açúcar são polares, permitindo que moléculas de água individuais envolvam moléculas de açúcar individuais, quebrando o açúcar e dissolvendo-o. Semelhante à polaridade, algumas moléculas são feitas de íons ou partículas com carga oposta. A água quebra essas moléculas iônicas também interagindo com as partículas carregadas positiva e negativamente. Isso é o que acontece quando você coloca sal na água, porque o sal é composto de íons sódio e cloreto.A extensa capacidade da água de dissolver uma variedade de moléculas ganhou a designação de “solvente universal”, e é essa capacidade que torna a água uma força vital inestimável. Em um nível biológico, o papel da água como solvente ajuda as células a transportar e usar substâncias como oxigênio ou nutrientes. Soluções à base de água, como o sangue, ajudam a transportar moléculas para os locais necessários. Assim, o papel da água como solvente facilita o transporte de moléculas como o oxigênio para a respiração e tem um grande impacto na capacidade das drogas de atingir seus alvos no corpo.

água suporta estrutura celular

a água também tem um importante papel estrutural na biologia. Visualmente, a água enche as células para ajudar a manter a forma e a estrutura (Figura 2). A água dentro de muitas células (incluindo aquelas que compõem o corpo humano) cria pressão que se opõe às forças externas, semelhante a colocar ar em um balão. No entanto, mesmo algumas plantas, que podem manter sua estrutura celular sem água, ainda precisam de água para sobreviver. A água permite que tudo dentro das células tenha a forma certa no nível molecular. Como a forma é fundamental para os processos bioquímicos, este também é um dos papéis mais importantes da água.

a água também contribui para a formação de membranas que cercam as células. Cada célula da Terra é cercada por uma membrana, a maioria formada por duas camadas de moléculas chamadas fosfolipídios (Figura 3). Os fosfolipídios, como a água, têm dois componentes distintos: uma “cabeça” polar e uma “cauda” não polar.”Devido a isso, as cabeças polares interagem com a água, enquanto as caudas não polares tentam evitar a água e interagir umas com as outras. Buscando essas interações favoráveis, os fosfolipídios formam espontaneamente bicamadas com as cabeças voltadas para fora em direção à água circundante e as caudas voltadas para dentro, excluindo a água. A bicamada envolve as células e permite seletivamente que substâncias como sais e nutrientes entrem e saiam da célula. As interações envolvidas na formação da membrana são fortes o suficiente para que as membranas se formem espontaneamente e não sejam facilmente interrompidas. Sem água, as membranas celulares não teriam estrutura e, sem a estrutura adequada da membrana, as células seriam incapazes de manter moléculas importantes dentro da célula e moléculas nocivas fora da célula.

além de influenciar a forma geral das células, a água também afeta alguns componentes fundamentais de cada célula: DNA e proteínas. As proteínas são produzidas como uma longa cadeia de blocos de construção chamados aminoácidos e precisam se dobrar em uma forma específica para funcionar corretamente. A água impulsiona o dobramento das cadeias de aminoácidos à medida que diferentes tipos de aminoácidos buscam e evitam interagir com a água. As proteínas fornecem estrutura, recebem sinais e catalisam reações químicas na célula. Desta forma, as proteínas são os cavalos de trabalho das células. Em última análise, as proteínas impulsionam a contração dos músculos, a comunicação, a digestão dos nutrientes e muitas outras funções vitais. Sem a forma adequada, as proteínas seriam incapazes de desempenhar essas funções e uma célula (muito menos um ser humano inteiro) não poderia sobreviver. Da mesma forma, o DNA precisa estar em uma forma específica para que suas instruções sejam decodificadas adequadamente. As proteínas que lêem ou copiam DNA só podem se ligar ao DNA que tem uma forma particular. As moléculas de água cercam o DNA de forma ordenada para suportar sua conformação característica de dupla hélice. Sem essa forma, as células seriam incapazes de seguir as instruções cuidadosas codificadas pelo DNA ou de passar as instruções para as células futuras, tornando o crescimento humano, a reprodução e, finalmente, a sobrevivência inviáveis .

reações químicas da água

a água está diretamente envolvida em muitas reações químicas para construir e quebrar componentes importantes da célula. A fotossíntese, o processo em plantas que cria açúcares para todas as formas de vida, requer água. A água também participa da construção de moléculas maiores nas células. Moléculas como DNA e proteínas são feitas de unidades repetitivas de moléculas menores. Colocar essas pequenas moléculas juntas ocorre por meio de uma reação que produz água. Por outro lado, a água é necessária para a reação reversa que decompõe essas moléculas, permitindo que as células obtenham nutrientes ou reutilizem pedaços de grandes moléculas.

além disso, a água protege as células dos efeitos perigosos de ácidos e bases. Substâncias altamente ácidas ou básicas, como alvejante ou ácido clorídrico, são corrosivas até mesmo para os materiais mais duráveis. Isso ocorre porque ácidos e bases liberam excesso de hidrogênios ou absorvem excesso de hidrogênios, respectivamente, dos materiais circundantes. Perder ou ganhar hidrogênios carregados positivamente interrompe a estrutura das moléculas. Como aprendemos, as proteínas requerem uma estrutura específica para funcionar corretamente, por isso é importante protegê-las de ácidos e bases. A água faz isso agindo como um ácido e uma base (Figura 4). Embora as ligações químicas dentro de uma molécula de água sejam muito estáveis, é possível que uma molécula de água desista de um hidrogênio e se torne OH–, agindo assim como uma base, ou aceite outro hidrogênio e se torne H3O+, agindo assim como um ácido. Essa adaptabilidade permite que a água combata mudanças drásticas de pH devido a substâncias ácidas ou básicas no corpo em um processo chamado tamponamento. Em última análise, isso protege proteínas e outras moléculas na célula.

em conclusão, a água é vital para toda a vida. Sua versatilidade e adaptabilidade ajudam a realizar reações químicas importantes. Sua estrutura molecular simples ajuda a manter formas importantes para os componentes internos e a membrana externa das células. Nenhuma outra molécula corresponde à água quando se trata de propriedades únicas que suportam a vida. Excitantemente, os pesquisadores continuam a estabelecer novas propriedades da água, como efeitos adicionais de sua estrutura assimétrica. Os cientistas ainda precisam determinar os impactos fisiológicos dessas propriedades. É incrível como uma molécula simples é universalmente importante para organismos com diversas necessidades. Molly Sargen é uma estudante de Doutorado do primeiro ano no Programa de Ciências Biológicas e Biomédicas da Harvard Medical School.Dan Utter é um estudante de Doutorado do quinto ano em Biologia Organísmica e evolutiva na Universidade de Harvard.

para mais informações:

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• Saiba mais sobre fosfolipídios aqui.
• Saiba mais sobre a água afeta a estrutura do DNA aqui.
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este artigo faz parte da nossa edição especial sobre água. Para ler mais, confira nossa página inicial da edição especial!