Ma l'azione biologica probabilmente più importante svolta dall'acqua è quella di agire da mezzo disperdenteper le molecole.
Tutte le reazioni chimiche che avvengono all'interno della cellula richiedono infatti che i reagenti siano intimamente mescolati a livello molecolare. Il sistema che ne deriva prende il nome di soluzione acquosa. In una soluzione acquosa l'acqua è il solvente, mentre le sostanze presenti in concentrazione minore sono isoluti. Le reazioni che avvengono in soluzione sono molto più veloci di reazioni di tipo diverso, poiché essendo i reagenti completamente mescolati a livello molecolare hanno una maggior probabilità di scontrarsi e reagire.
Inoltre le sostanze disciolte in acqua possono essere trasportate all'interno dell'organismo in modo semplice ed efficiente (sangue, linfa etc).
L'acqua non scioglie qualsiasi sostanza, ma solo le sostanze dotate di carica elettrica (ioniche e polari) per le quali presenta grande affinità. Infatti i dipoli che costituiscono le molecole d'acqua vengono attirati dagli ioni o dalle molecole polari. L'attrazione che l'acqua esercita su tali particelle (interazioni idrofile) è talmente elevata da arrivare a vincere le forze interne di coesione. Le molecole di soluto vengono quindi staccate ad una ad una, rivestite di molecole d'acqua (idratazione) e portate in soluzione.
Nel caso ad esempio di un soluto ionico, come il Cloruro di Sodio, gli ioni Na+ vengono circondati da molecole d'acqua che puntano verso di essi il proprio polo negativo (Ossigeno), mentre gli ioni Cl- attirano i poli positivi delle molecole d'acqua (Idrogeno).
Se il soluto è costituito di particelle di dimensioni superiori a 10-3 m (1 m = 10-3 mm) e inferiori a 1 m, (sopra il micron si parla di sospensioni) la soluzione presenta delle caratteristiche particolari e viene detta soluzione (o sistema) colloidale. Nei colloidi il soluto prende il nome di fase dispersa. A differenza di quanto avviene nelle soluzioni vere, nei colloidi è possibile evidenziare le particelle della fase dispersa tramite l'effetto Tyndall, illuminando cioè il colloide ed osservandolo perpendicolarmente alla direzione del fascio luminoso. Le particelle della fase dispersa, avendo dimensioni dell'ordine di grandezza della lunghezza d'onda della luce impiegata per illuminarle, la diffondono e diventano così visibili (è lo stesso effetto che si produce quando un raggio di sole che entra da una finestra si “materializza” illuminando il pulviscolo atmosferico).
Inoltre se aumentiamo la concentrazione di una soluzione vera il soluto si deposita come corpo di fondo cristallino, mentre in un sistema colloidale ciò non avviene ed esso o diventa gelatinoso o coagula (floccula) formando grossi agglomerati irregolari (albume d'uovo, sangue etc). I colloidi diluiti sono simili alle soluzioni vere e sono detti sol, quelli più concentrati presentano un aspetto gelatinoso e sono detti gel.
Le soluzioni biologiche, oltre a presentare soluti di piccole dimensioni (ioni, zuccheri, amminoacidi etc), contengono anche grosse macromolecole (soprattutto proteine) che ne fanno dei sistemi che presentano sia le caratteristiche delle soluzioni vere che quelle delle soluzioni colloidali.
L'acqua non scioglie le sostanze apolari come i grassi (lipidi). Le molecole apolari vengono letteralmente escluse dall'acqua, per cui esse tendono a formare grossi aggregati tra di loro (olio in acqua). Tali effetti di esclusione a carico di molecole apolari vanno sotto il nome di interazioni idrofobiche.
Nelle cellule le interazioni idrofobiche hanno grande importanza, sia nel costituire riserve di sostanze lipidiche, sia soprattutto nel determinare la struttura delle membrane cellulari. Le membrane che circondano tutte le cellule e le separano dall'ambiente esterno sono in pratica costituite da sottili strati lipidici stabilizzati dalle repulsioni idrofobiche che l'acqua esercita sia dall'interno che dall'esterno della cellula.
Il comportamento dell'acqua è legato infine ad un'altra importante caratteristica delle soluzioni: l'acidità.
Nell'acqua pura una piccolissima percentuale di molecole (circa 2 molecole ogni miliardo) si dissociano secondo la reazione
H2O Û H+ + OH-
In pratica un atomo di Idrogeno si separa dalla molecola d'acqua alla quale apparteneva, abbandonando il suo elettrone. L'Idrogeno si distacca quindi come ione positivo o idrogenione, mentre lo ione negativo che si forma prende il nome di ione ossidrile o idrossido (OH-).
Naturalmente nell'acqua pura il numero di ioni H+ è uguale al numero di ioni OH-. In tali condizioni la soluzione si dice neutra.
Ma se introduciamo nell'acqua un soluto in grado di rilasciare ioni H+ o ioni OH- l'equilibrio viene alterato.
Le sostanze che in acqua sono in grado di dissociarsi, facendo aumentare gli ioni H+ sono dette acide. Un esempio è l'acido cloridrico (HCl), una sostanza secreta anche dal nostro stomaco
HCl Û H+ + Cl-
Quando in una soluzione vi è un eccesso di ioni H+ rispetto agli ioni OH-, la soluzione si dice acida
Le sostanze che in acqua sono in grado di dissociarsi, facendo aumentare gli ioni OH- sono dette basiche. Un esempio è l'idrossido di sodio (NaOH)
NaOH Û Na+ + OH-
Quando in una soluzione vi è un eccesso di ioni OH- rispetto agli ioni H+, la soluzione si dice basica Per misurare la concentrazione degli ioni H+ si ricorre ad una scala convenzionale, la scala del pH
pH = 7 soluzione neutra
pH < 7 soluzione acida
pH > 7 soluzione basica
Una soluzione è tanto più acida quanto più basso è il suo pH ed è tanto più basica quanto più elevato il suo pH. La scala del pH va solitamente da 0 a 14, ma sono possibili anche valori esterni a tale intervallo. La scala del pH è una scala logaritmica. Ciò significa che per ogni variazione di un punto del pH la concentrazione degli ioni H+ varia di un fattore 10. Una soluzione a pH = 2 è 104 = 10.000 più concentrata in ioni H+ di una soluzione a pH = 6
In genere ogni soluzione biologica presenta un pH ben determinato e non tollera variazioni eccessive.
Il sangue umano ad esempio presenta un pH = 7,4 ed una variazione superiore a ± 0,3 può rapidamente portare al coma ed alla morte. Questa enorme sensibilità alle variazioni di pH è essenzialmente legata al fatto che le proteine che controllano il nostro metabolismo (enzimi) lavorano correttamente solo a certi valori di pH. Ad esempio la pepsina, un enzima che inizia la digestione delle proteine nello stomaco, è in grado di lavorare solo con pH compresi tra 1 e 2 (questo è uno dei motivi per cui le pareti dello stomaco sono in grado di secernere grandi quantità di acido cloridrico).