Biología Molecular para Medicina I : Química Básica y Propiedades del agua

La comprensión del cuerpo humano pasa necesariamente por la comprensión de las propiedades del agua. El interior del cuerpo humano tiene un promedio de 60 por ciento de agua, variando del 80 por ciento en la sangre y menos del 10 por ciento en los tejidos grasos, por lo que es claro que deben estudiarse las propiedades de las sustancias cuando se encuentran sumergidas en agua. Esta es la primera dificultad en la comprensión de los procesos que suceden dentro del cuerpo humano, puesto que nuestra vida cotidiana se encuentra alejada de los procesos que ocurren dentro de los líquidos.
La comprensión de los procesos en que se ve involucrada el agua debe comenzar por la comprensión del enlace químico. Es muy interesante considerar que, de los fenómenos naturales que hemos logrado describir hasta el día de hoy, solamente la gravedad y el electromagnetismo explican el funcionamiento del cuerpo humano. Las fuerzas nucleares no representan una influencia significativa en el cuerpo humano (el estudio de la afectación de la radioactividad en el cuerpo humano no la trataremos para no sobrepasar los alcances de las explicaciones) y hasta donde sabemos no hay afectaciones producto del bombardeo constante de neutrinos. Las dos interacciones que tratamos tienen un alcance infinito, por lo cual hay afectaciones no importando si tratamos al cuerpo a nivel atómico, celular, tisular o de todo el cuerpo.
La materia, como se sabe desde la escuela secundaria, se encuentra formada por átomos. Estos átomos se encuentran formados por electrones (que hasta donde sabemos son partículas fundamentales), protones y neutrones (partículas formadas por quarks que no tienen ninguna implicación fisiológica). La formación de núcleos proviene de procesos astrofísicos, donde por fusión nuclear átomos de hidrógeno forman átomos de helio. Los átomos de helio se fusionan en triadas, de manera que forman átomos de carbono. La presencia de átomos de carbono ayuda a la producción de más núcleos de helio y mezclándose entre sí para formar los primeros elementos: el oxígeno, el neón, el magnesio, el silicio, el azufre, el argón, el calcio y el titanio. Vemos que algunos de los elementos fundamentales para la vida también son de los primeros formados en una estrella. Por tanto, la presencia de átomos de todos los elementos químicos se debe a procesos de formación y destrucción de estrellas durante toda la vida del universo.
En las condiciones en las que es común que se presente la vida (Temperatura y Presión Normales: 20 grados centígrados y una atmósfera), la materia se encuentra en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. La materia puede encontrarse unida mediante tres tipos de enlaces químicos: el metálico, el iónico y el covalente. Entender los estados de la materia y la manera en la cual se encuentran unidos permite explicar el funcionamiento del cuerpo humano y la diversidad de propiedades que tiene cada uno de sus órganos. Esto es especialmente importante cuando las sustancias se encuentran presentes en el agua, ya que difieren de nuestra experiencia cotidiana puesto que nos encontramos sumergidos en aire, que tiene características distintas.
Toda la materia se encuentra expuesta a ser desintegrada por el medio que lo rodea, significando que las fuerzas de atracción que lo mantienen unido a otros átomos es menor que las fuerzas de repulsión del medio que los contiene. Esto sucede en todos los medios, por lo que aunque no parezca que los sólidos sufren disolución en el aire, en realidad esto sucede pero muy lentamente. Este fue el problema que se presentó con el antiguo patrón de kilogramo hecho de platino - iridio, que desde su fundición hasta hace trece años había perdido cincuenta microgramos. Estos átomos habían sido atraídos por las moléculas de aire hasta liberarse.
El proceso de disolución, donde las moléculas de un sólido son atraídas por un líquido, son atraídas con más fuerza por los líquidos al existir un equilibrio entre sus fuerzas de atracción y repulsión. Los sólidos tienen fuerzas de atracción tan grandes que no pueden atraer a partículas fuera del objeto, y los gases tienen una fuerza de repulsión tan grande que no consiguen una cantidad de materia suficiente para que se vaporicen los sólidos. Hay excepciones como es el caso del yodo, que al elevar la temperatura las moléculas se dispersan en el aire. Por este motivo la mayor parte de los disolventes son líquidos. Dentro de los líquidos las fuerzas de atracción y repulsión están equilibradas, de manera que el agua tiene la suficiente capacidad para separar los enlaces de los sólidos e incorporarlos al volumen de agua. Esta posibilidad se encuentra siempre presente dentro del cuerpo humano y debe ser tomada en cuenta.
El agua tiene una capacidad de disolución mayor que otras sustancias líquidas debido a que, además de las fuerzas intramoleculares, tiene una fuerza intermolecular muy importante: los puentes de hidrógeno. Este tipo de fuerzas se presentan entre el oxígeno de una molécula de agua y el hidrógeno de otra, produciendo estructuras de varias moléculas de agua de número muy variable. Gracias a ello aumenta su capacidad para poder separar moléculas de numerosos objetos sólidos. Es por ello que, a pesar de que líquidos como la sangre, el pus o las lágrimas se ven homogéneos, en realidad se encuentran formados por numerosas sustancias que solamente a escala molecular puede observarse su influencia en las células.