LOS BIOLEMENTOS, EL AGUA Y LAS SALES MINERALES Profesor Luis Pa ñ os.

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1 LOS BIOLEMENTOS, EL AGUA Y LAS SALES MINERALES Profesor Luis Pa ñ os

2 Bioqu í mica: Definici ó n y clasificaci ó n Bioqu í mica es la ciencia que se encarga del estudio de las mol é culas y á tomos que forman la materia viva, no s ó lo desde el punto de vista estructural, sino tambi é n bajo el prisma de sus funciones, transacciones energ é ticas … la bioqu í mica es la qu í mica de la vida. Á tomos de los bioelementos Enlace I ó nico Enlace Covalente Sales MineralesAguaGl ú cidosL í pidosProte í nas Á cidos Nucleicos Principios inmediatos no exclusivos de la materia viva Principios inmediatos exclusivo de la materia viva

3 BIOELEMENTOS De los más de 107 elementos químicos descritos en la Tabla Periódica sólo 22 están presentes en la mayoría de los seres vivos, y de ellos únicamente 16 están presentes en todos los seres vivos. Estos 16 bioelementos se agrupan en: Elementos PRIMARIOS: Son 4: C, H, O y N; representan el 99.25% del total, y dan lugar las biomoléculas principales. Elementos SECUNDARIOS: INDISPENSABLES: Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe,I. VARIABLES: Br, Zn, Ti

4 Bioelementos Bioelementos: Son los á tomos que forman parte de los seres vivos, bien constituyendo mol é culas, o bien en forma de á tomos. Podemos caracterizar unos 70 elementos biog é nicos o bioelementos con concentraciones m á s o menos estables en los diferentes seres vivos, excepto los gases nobles, que presentan concentraciones muy variables.

5 Abundancia relativa de los bioelementos en la materia viva CORTEZA TERRESTRE

6 Abundancia relativa de los bioelementos en la materia viva Es muy diversa en funci ó n del organismo del que se trate, del tejido que analicemos e incluso la edad del organismo. Un an á lisis a las abundancias de los distintos elementos pone de manifiesto que: 1. Si bien los bioelementos est á n presentes en todo el planeta, sus proporciones en la corteza y en el medio vivo son diferentes. Esto nos indica que los seres vivos han seleccionado aquellos elementos que les son m á s id ó neos para su estructura y funciones. 2. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, s ó lo 25 son componentes de los seres vivos, y de ellos s ó lo 16 son comunes a todos ellos. Esto nos confirma en la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos no por puro azar, sino porque esos elementos poseen unas propiedades fisico-qu í micas acordes con los seres vivos.

7 Bioelementos Elementos biog é nicos mayoritarios: siempre en la materia viva. Elementos biog é nicos primarios: C, H, O, N, S y P. Constituyen el 95% en masa de la materia viva. Forman parte de la materia viva por: 1. Facilidad de formar enlaces covalentes. 2. C, N y O pueden compartir m á s de un par de electrones, formando simples, dobles o triples enlaces que los hacen muy vers á tiles. 3. Son los elementos m á s ligeros capaces de formar enlaces estables, su ligereza favorece su adaptaci ó n al campo gravitacional. 4. Capacidad de formar largar cadenas. C. 5. Capacidad para adoptar diferentes estructuras espaciales. 6. Diicultad para oxidarse: estabilidad en la atm ó sfera y desprenden mucha energ í a en su oxidaci ó n. Elementos biog é nicos secundarios: Mg, Ca, K, Na y Cl. Constituyen el 4,5% en masa de la materia viva.

8 Bioelementos Oligoelementos : No siempre se encuentran presentes en la materia viva, constituyen menos del 0,5% de la masa total del organismo. Oligoelementos esenciales: Son esenciales para la vida pero no superan un 0,1% de la masa total. Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si, V, Cr, Co, Se, Mo y Sn. Oligoelementos no esenciales: No son esenciales para la vida pero realizan funciones de vital importancia.

9 Por qué es importante el átomo de carbono El carbono es el elemento alrededor de el cual ha evolucionado la química de la vida. El carbono tiene cuatro electrones de valencia en su capa mas externa, cada uno de los cuales puede parearse con los de otros átomos que puedan completar sus capas electrónicas compartiendo electrones para formar enlaces covalentes. Algunos de estos elementos son el nitrógeno, el hidrógeno y el oxigeno. Pero la característica mas admirable del átomo de carbono, que lo diferencia de los demás elementos y que confirma su papel fundamental en el origen y evolución de la vida, es su capacidad de compartir pares de electrones con otros átomos de carbono para formar enlaces covalentes carbono-carbono. Este fenómeno es el cimiento de la química orgánica. Las proteínas, por ejemplo, corresponden a una sola de esa gran variedad de estructuras formadas mediante el anterior mecanismo.

10 Por qué es importante el átomo de carbono Pero la característica mas admirable del átomo de carbono, que lo diferencia de los demás elementos y que confirma su papel fundamental en el origen y evolución de la vida, es su capacidad de compartir pares de electrones con otros átomos de carbono para formar enlaces covalentes carbono-carbono. Este fenómeno es el cimiento de la química orgánica. Las proteínas, por ejemplo, corresponden a una sola de esa gran variedad de estructuras formadas mediante el anterior mecanismo.

11 Formas de Presentación del Carbono El carbono solo constituye el 0.08% del conjunto de la litosfera, hidrosfera y atmósfera. Aparece en la corteza terrestre en forma de rocas de carbonato de calcio o magnesio. En la atmósfera lo encontramos principalmente en forma de gas carbónico (CO2) y monóxido de carbono (CO).

12 Hibridación sp 3 o tetraédrica Compuestos en los cuales el carbono presenta enlaces simples (hidrocarburos saturados o alcanos) los cuatro enlaces son iguales El núcleo ocupa el centro de un tetraedro regular Los enlaces forman ángulos iguales de 109º 28' dirigidos hacia los vértices de un tetraedro.

13 Hibridación sp 3 o tetraédrica Esta configuración se explica si se considera que los tres orbitales 2p y el orbital 2s se hibridan para formar cuatro orbitales híbridos sp 3.

14 OXIGENO Es el bioelemento 1 º m á s electronegativo En la biosfera, es el m á s abundante: 62% Es polar

15 NITR Ó GENO Forma los grupos amino: --NH 2 Se encuentra en los aminoácidos y en las bases nitrogenadas de los ácidos nucléicos Amino á cido. Las pelotitas rojas representan el grupo acido mientras la pelotita morada es el grupo amino.

16 AZUFRE Forma el radical sulfidrilo (--SH) Forma parte de nuestra dieta al ingresar como componente de aa: cisteina y metionina, los cuales forman proteínas. La cisteina además forma parte del glutation: importante en la detoxificación de drogas y la protección de células del daño oxidativo.

17 FOSFORO Forma los grupos fosfato Forma parte junto con el Ca de la hidroxiapatita del hueso, y de estructura qu í mica de los fosfol í pidos, á cidos nucleicos, NAD y NADP y ATP. Regula el pH de las c é lulas.

18 BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Na, K, Cl: Son electrolitos que regulan el balance de fluídos Importantes en la conducción nerviosa y contracción muscular. Ca :  del 99% hidroxiapatita de los huesos y dientes, o como carbonato de calcio en caparazones de moluscos El 1% restante del participa en la comunicación celular y en la permeabilidad de las membranas celulares, presión sanguínea, contracción muscular o la coagulación de la sangre

19 BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Mg: Afecta el metabolismo del Ca, Na y K. Clorofila, enzimas La > parte se encuentra en los huesos y es esencial para mantener su estructura. Activador de Rx. enzimáticas en las que participa el ATP Replicación ADN y estabilización. Síntesis ARN Ayuda a mantener los potenciales eléctricos de las membranas de las neuronas y de los músculos y en la transmisión del impulso de los nervios a los músculos.

20 OLIGOELEMENTOS HIERRO : Esencial para la distribución del O 2 hacia las células, al formar parte de 2 moléculas transportadoras de O 2 : hemoglobina y mioglobina. Forma parte también de varias proteínas que participan en: - la cadena transporte de e - mitocondrial: CITOCROMOS - metabolismo de drogas y - sistema inmune.

21 OLIGOELEMENTOS CINC: Forma parte de enzimas antioxidantes. Necesario para el funcionamiento de unas 70 enzimas . Participa en la protección de las células contra los radicales libres. Tiene rol: - en el desarrollo de los órganos sexuales, - desarrollo de los huesos, - función del sistema inmune, - el almacenaje y liberación de insulina en el páncreas - la movilización de Vit. A del hígado y - la estabilización de las membranas celulares.

22 OLIGOELEMENTOS COBRE Hemocianina Necesario para el transporte de Fe y para mantener las membranas celulares de los glóbulos rojos. Componente de la enzima antioxidante superóxido dismutasa. Tiene un rol en el metabolismo del colesterol, su deficiencia  los niveles de colesterol en la sangre.

23 OLIGOELEMENTOS Cromo: Esencial para el transporte de glucosa hacia el interior de las células. Molibdeno: Activador enzimático. Boro: Metabolismo de Ca y Mg. Cobalto: Forma parte de la Vit. B 12 y enzimas que regulan la fijación del N

24 OLIGOELEMENTOS Selenio: Interactúa con la Vit. E al proteger al cuerpo contra el daño oxidativo de los radicales libres. Síntesis de hormonas tiroideas. Yodo: Síntesis de hormonas tiroideas. Fluor: Necesario para la salud dental, se incorpora al esmalte del diente al formar fluorapatita, el cual es más resistente a los ácidos.

25 OLIGOELEMENTOS MANGANESO: Asociado a enzimas degradativas de proteínas, factor de crecimiento y fotosíntesis LITIO: Incrementa secreción neurotransmisores SILICIO: diatomeas, tallos gramíneas y equisetos

26 Principios inmediatos o biomol é culas Cuando se realiza una descomposición física de la materia viva, de forma que podamos separar cada una de las sustancias que la componen sin alterar Evaporación,filtración, destilación, diálisis,cristalización, electroforesis, centrifugación Principios inmediatos o biomoléculas Principios inmediatos SimplesO 2, N 2 Compuestos Inorgánicos Agua, dióxido de carbono, sales minerales Orgánicos Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

27 PORCENTAJE DE BIOMOLÉCULAS DE UNA CÉLULA HUMANA Proteínas 15 Lípidos 3 Azucares 2 DNA <0.5 Metabolitos intermedios >1.5 RNA 2 Sales 1 H 2 0 75

28 FUNCIONES DE LAS BIOMOL É CULAS GENERALES ESTRUCTURAL: Proteínas, sales minerales (huesos) Lípidos (membranas) ENERGÉTICAS: Lípidos, Glúcidos BIOCATALIZADORA: Enzimas ESPECÍFICAS OXÍGENO: respiración aerobia CO 2 : respiración y fotosíntesis N 2 : gas inerte. Síntesis proteica por Clostridium y Rhizobium

29 AGUA Mol é cula m á s abundante en los seres vivos. Lugar de donde se origin ó la vida. Medio para las reacciones qu í micas. Sin agua no hay metabolismo. Sin agua no hay reproducci ó n. Sin agua no hay vida.

30 Agua En los seres vivos el agua se puede encontrar en tres ubicaciones: Agua circulante: Se desplaza a trav é s del organismo y es utilizada para el transporte de sustancias. Agua intersticial : Entre las c é lulas, si est á unida fuertemente a los materiales forma el agua de imbibici ó n (tej.conjuntivo) Agua intracelular: Se encuentra retenida en combinaciones diversas en el interior de las c é lulas y no se elimina por desecaci ó n.

31 Agua Dos á tomos de hidr ó geno y uno de ox í geno unidos por enlaces covalentes polares. Mol é cula POLAR SIN CARGA. La diferencia de electronegatividad entre los á tomos de hidr ó geno y el del ox í geno genera una distribuci ó n asim é trica de la nube electr ó nica concediendo una elevada polaridad al enlace H – O. Debido a la geometr í a de la mol é cula y a la distribuci ó n de las cargas el é ctricas en ella, presenta un elevado car á cter polar pues posee un momento dipolar.

32 Agua Gracias a su polaridad, la mol é cula de agua es capaz de interaccionar electrost á ticamente entre s í, formando puentes de hidr ó geno entre sus nubes electr ó nicas cargadas parcialmente. Los puentes de hidr ó geno representan el 1% de la fuerza de un enlace covalente, es decir, esta interacci ó n dipolo – dipolo es muy d é bil, pero gracias a la formaci ó n de un gran n ú mero de estos enlaces intermoleculares se consigue crear una red interna muy estable que permite explicar algunas de sus caracter í sticas m á s importantes.

33 AGUA: CARACTERISTICAS QUIMICAS Formada por á tomos de O (1) e H (2). Mol é cula polar: DIPOLO

34 FORMACI Ó N DEL H 2 O O H H X X X XX X X X X=electrón

35 FORMACI Ó N DEL H 2 O O H H X X XX X X X XXXX -- ++ ++

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37 AGUA:CARACTERISTICAS QUIMICAS Forma puentes de hidr ó geno entre sus mol é culas; 4 en el caso del hielo.

38 AGUA CARACTERISTICAS QUIMICAS

39 AGUA PROPIEDADES SOLVENTE UNIVERSAL

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41 Propiedades del agua Propiedades f í sicas: 1. Elevada cohesi ó n molecular. 2. Elevada tensi ó n superficial. 3. Elevada fuerza de adhesi ó n. 4. Coeficiente de dilataci ó n negativo. 5. Elevado calor espec í fico. 6. Elevado calor de vaporizaci ó n. 7. Densidad mayor l í quida que s ó lida. 8. Alta conductividad. 9. Transparencia. Propiedades qu í micas: 1. Elevada constante diel é ctrica: buen disolvente (solvataci ó n) y dispersante 2. Bajo grado de ionizaci ó n (pH)

42 Propiedades f í sicas 1.Elevada cohesi ó n molecular: El agua permanece fluida entre 0 º C y 100 º C, por lo que presenta una elevada estabilidad frente a la temperatura permiti é ndole ejercer de esqueleto hidrost á tico dentro de este margen de temperaturas. Cuando el agua permanece fluida es muy dif í cilmente compresible y por lo tanto se puede ejercer una elevada presi ó n sobre ella sin que modifique sustancialmente su volumen. Ej. Citoplasma, esqueleto hidrost á tico, funci ó n mec á nica amortiguadora. La cohesión de las moléculas de agua en la superficie es mayor debido a la fuerza resultante, esto produce que para atravesar esta superficie haya de producirse una fuerza lo suficientemente alta que algunos organismos la aprovechan para deslizarse sobre ella.

43 AGUA: COHESION VERSUS ADHESION LA COHESION ES UNA ATRACCION ENTRE MOLECULAS DE LA MISMA SUBSTANCIA LA ADHESION ES UNA ATRACCION ENTRE MOLECULAS DE DISTINTA SUBSTANCIA

44 Propiedades f í sicas 2. Elevada tensi ó n superficial: En la superficie de contacto con otro medio forma una pel í cula bastante resistente, debido a que las fuerzas de cohesi ó n entre las mol é culas de la superficie no se anulan. La cohesión de las moléculas de agua en la superficie es mayor debido a la fuerza resultante, esto produce que para atravesar esta superficie haya de producirse una fuerza lo suficientemente alta que algunos organismos la aprovechan para deslizarse sobre ella.

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46 TENSION SUPERFICIAL

47 + detergente

48 TENSION SUPERFICIAL A B C H2OH2OH2OH2OH2OH2O D H 2 O + detergente

49 AGUA PROPIEDADES: COHESION Y ADHESION

50 Propiedades f í sicas 3.Elevada fuerza de adhesi ó n: La adherencia es la fuerza de atracci ó n entre superficies de cuerpos diferentes. Las mol é culas de agua se adhieren fuertemente a los grupos cargados situados en las superficies de un tubo. Si é ste es muy fino, proporcionalmente el n ú mero de mol é culas de las paredes es mayor que el de la superficie, por lo que las fuerzas de adhesi ó n contrarrestan las fuerzas de cohesi ó n de las mol é culas del interior y el agua asciende hasta una cierta altura, tal que le peso de la columna sea igual a la tensi ó n superficial del l í quido. Ej. Transporte xilem á tico.

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52 DENSIDAD DEL AGUA 0 4 5 10 15 Densidad Temperatura o C 2121 Muchas sustancias agua

53 Propiedades f í sicas 4.Coeficiente de dilataci ó n negativo: Cuando se eleva la temperatura de cualquier sustancia aumenta su volumen y en consecuencia disminuye su densidad. Entre 0 º C y 4 º C al agua le ocurre lo contrario, ya que el coeficiente de dilataci ó n es negativo. Adem á s cuando se solidifica el agua aumenta de volumen y tiene la m í nima densidad.

54 Propiedades f í sicas 5.Elevado calor espec í fico: C e = 1 Cal / º C. Mol. El agua es capaz de absorber o liberar grandes cantidades de energ í a calor í fica sin que var í e su temperatura, por ello es un gran amortiguador de los cambios t é rmicos. 6.Elevado calor de vaporizaci ó n: El calor de vaporizaci ó n del agua (539,5 cal/g) es bastante elevado, esto supone que pueda utilizarse como un buen refrigerante pues absorbe mucho calor antes de cambiar de estado.

55 Propiedades f í sicas 7.Densidad mayor l í quida que s ó lida. El hielo es menos denso que el agua l í quida, lo que hace que flote Tambi é n posibilita la formaci ó n de una capa protectora que protege la vida bajo el hielo 8.Alta conductividad del calor que facilita la distribuci ó n del calor evitando las acumulaciones. 9.Transparencia: El agua es transparente debido a la estructura cristalina que adopta en el estado l í quido, esto permite, en un cierto grado, el paso de la luz solar.

56 Propiedades Qu í micas 1.Elevada capacidad disolvente y dispersante : Cuando una sustancia se reparte en el seno de otra dando un conjunto homog é neo se forma un sistema disperso que, seg ú n el tama ñ o de las part í culas de la fase dispersa, pueden ser: Suspensi ó n: Tama ñ o de las part í culas mayor de 200 nm. Sedimentan. Dispersi ó n o disoluci ó n coloidal: Tama ñ o de las part í culas entre 5 y 200 nm. No sedimentan. Presentan dos estados gel (gelatinoso) y sol (fluido) Disoluci ó n verdadera: Tama ñ o inferior a 5 nm.

57 Propiedades Qu í micas 1.Elevada capacidad disolvente y dispersante : El agua gracias a su naturaleza polar es capaz de disolver un gran n ú mero de sustancias, todas ellas con cargas o polares como: Sales: El agua gracias a su polaridad es capar de competir con las atracciones electrost á ticas entre los iones que forman la sal al establecer interacciones entre las densidades de carga que presenta el agua y los iones de la sal, en un fen ó meno que denominamos solvataci ó n:

58 Propiedades Qu í micas Compuestos org á nicos ionizables: -COOH, -NH 3 Compuestos org á nicos polares: -OH, -SH, -C=O El agua es capaz de dispersar (no disolver) sustancias anfip á ticas (anfip á tico = sustancias con grupos polares y apolares claramente diferenciados) formando agregados llamados micelas y liposomas. Esta propiedad disolverte determina ciertas funciones biol ó gicas: Principal disolvente biol ó gico. Transporte de sustancias. Medio de una gran cantidad de reacciones qu í micas. Interviene activamente en los procesos de hidr ó lisis.

59 Ó smosis Es el fen ó meno qu í mico por el cual se produce el paso o difusi ó n de un disolvente a trav é s de una membrana semipermeable (permite el paso del disolvente, pero no el de soluto) desde una disoluci ó n m á s diluida a otra m á s concentrada.

60 Propiedades de las disoluciones verdaderas Medios hipertónicos : aquel cuya concentración es mayor con respecto a otro medio que es hipotónico respecto al anterior. Medios hipotónicos : aquel cuya concentración es menor con respecto a otro medio que es hipertónico respecto al anterior.

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62 Propiedades de las disoluciones verdaderas Presi ó n osm ó tica : Es la presi ó n hidrost á tica que se debe aplicar a una soluci ó n que se halla separada del solvente puro por una membrana semipermeable, para impedir la ó smosis. Es la presi ó n hidrost á tica extra que se debe aplicar a la soluci ó n para que su potencial h í drico sea igual al del agua pura.

63 Propiedades de las disoluciones verdaderas Osmorregulación : Es el proceso por el cual los seres vivos regulan su presión osmótica. Existen dos niveles de regulación: Nivel celular: Las células utilizan mecanismos de control de la presión osmótica por dos vías claramente diferenciadas: Paredes celulares: La existencia de una pared celular rígida evita que la célula estalle cuando el medio externo es hipotónico respecto del interno. Mecanismos de transporte a través de la membrana: Las membranas celulares tienen bombas para transportar activamente solutos que le permite a la célula igualar el medio interno respecto al externo. En medios hipotónicos bombean agua al exterior mediante vacuolas pulsátiles, mientras que en medios hipertónicos bombean solutos al interior celular para igualar las concentraciones y evitar la pérdida masiva de agua. Nivel pluricelular: Los seres vivos pluricelulares utilizan sistemas muy complejos para mantener la homeostasis interna, cabe decir que cada célula individualmente tiene sus propios mecanismos de control, a partir de estos sistemas generales. Podemos distinguir: Vegetales. (Apuntes) Animales. (Apuntes)

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65 Producto i ó nico del agua

66 Propiedades Qu í micas 2-Bajo grado de ionizaci ó n: La cantidad de especies ionizadas presentes en el agua pura es muy peque ñ a 10 -7 mol/l debido al equilibrio de autoprotonaci ó n del agua

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68 Propiedades Qu í micas Equilibrio de autoprotonaci ó n del agua. K w.. Concepto de á cido y base. K a y K b. Concepto de pH y clasificaci ó n de las disoluciones. Sistemas tamp ó n: Definici ó n, funcionamiento, gr á ficas, principales tampones biol ó gicos.

69 Sistemas tamp ó n: bicarbonato El á c. Carb ó nico es muy inestable, se descompone r á pido en di ó xido de carbono y agua ¿ Qu é pasar í a en caso de apnea?(p.ej,buceando)

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71 Tamp ó n carb ó nico/bicarbonato Está constituido por H 2 CO 3 y HCO 3-. Aunque su valor de pK (6,1) está algo alejado del pH fisiológico de la sangre (7,4), es un sistema muy eficaz debido a que: 1. La relación HCO 3- / H 2 CO 3 es muy alta (20/1), lo que le proporciona una alta capacidad tampón frente a los ácidos 2. es un sistema abierto, con lo que el exceso de CO 2 puede ser eliminado por ventilación pulmonar de manera rápida 3. el HCO 3- puede ser eliminado por los riñones mediante un sistema de intercambio con solutos.

72 Tampón fosfato Los sistemas tampón contienen dos especies iónicas en equilibrio. La alteración del pH del medio se contrarresta debido al desplazamiento del equilibrio entre estas dos especies. En el sistema tampón fosfato las dos especies son el ion dihidrógeno fosfato (H 2 PO 4 - ) y el monohidrógeno fosfato (HPO 4 2- ). Su equilibrio viene determinado por la ecuación: H 2 PO 4 - + H 2 O HPO 4 2- + H 3 O + Por ejemplo, cuando en el interior celular se produce un aumento de la concentración de iones H 3 O +, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, y si, por el contrario, se produce una disminución, el equilibrio se desplaza en sentido contrario.

73 Tamp ó n fosfato A pH fisiol ó gico, los fosfatos con capacidad de tamponar son H 2 PO 4 - y HPO 4 2- (su valor de pK=6,8. para el tamp ó n fosfato: pH = 6,8 + log HPO 4 2- / H 2 PO 4 - A pH fisiol ó gico=7,4, [HPO 4 2 -](80%) es 4 veces superior a la [H 2 PO 4 - ] (20%). As í pues, el tamp ó n fosfato es un sistema muy eficaz para amortiguar á cidos. La concentraci ó n de fosfato en la sangre es baja (2 mEq/L) por lo que tiene escasa capacidad de tamponar comparado con otros tampones ( bicarbonato). En cambio, a nivel intracelular, las concentraciones de fosfato son elevadas lo que le convierte en un tamp ó n eficiente. Las grandes cantidades de fosfato dentro de las c é lulas y en el hueso hacen del fosfato eficaz para amortiguar el pH.

74 TAMP Ó N FOSFATO

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76 Propiedades de las disoluciones verdaderas Disoluciones : Es una mezcla en fase l í quida. En una disoluci ó n siempre existen dos fases: Fase dispersante o disolvente: Fase que acoge a un soluto en su seno y lo dispersa entre sus mol é culas. En los medios biol ó gicos es el agua por lo que circunscribiremos el estudio de las disoluciones a las disoluciones acuosas. Fase dispersa o soluto: Fase que se dispersa entre las mol é culas del disolvente.

77 Propiedades de las disoluciones verdaderas Tipos de disoluciones : Las disoluciones se clasifican en funci ó n del tama ñ o de la fase dispersa o soluto, as í podemos distinguir: Disoluciones verdaderas < 10 -7 cm. HOMOG É NEAS: Las fases son indistinguibles. NO SEDIMENTAN. Solutos de bajo peso molecular. Ej. Sales, glucosa, amino á cidos …

78 Disoluciones y suspensiones Suspensi ó n: Tama ñ o de las part í culas mayor de 200 nm. Sedimentan. Dispersi ó n o disoluci ó n coloidal: Tama ñ o de las part í culas entre 5 y 200 nm. No sedimentan. Presentan dos estados gel (gelatinoso) y sol (fluido) Disoluci ó n verdadera: Tama ñ o inferior a 5 nm.

79 Las disoluciones y dispersiones coloidales 5 nm< Dispersiones coloidales < 200 nm. HETEROG É NEAS: Las fases son distinguibles. NO SEDIMENTAN. Solutos de elevado peso molecular con partes hidr ó filas o con capacidad de interaccionar favorablemente con el agua. Ej. Prote í nas, polisac á ridos, l í pidos, á cidos nucleicos. Dispersi ó n coloidal hidr ó foba: La fase dispersante o soluto es hidr ó foba. Dispersi ó n coloidal hidr ó fila: La fase dispersante o soluto es hidr ó fila.

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81 Propiedades de las dispersiones coloidales Capacidad de presentarse en forma de gel Elevado poder adsorbente Separaci ó n por di á lisis Elevada viscosidad Efecto Tyndall Capacidad de sedimentaci ó n Capacidad de respuesta a la electroforesis

82 Dispersiones coloidales EMULSI Ó N: La fase dispersante o soluto son micelas que son inmiscibles con la fase dispersa o disolvente. Estas se estabilizan gracias a la presencia de agentes emulsionantes que permiten una interacci ó n favorable entre el soluto y el disolvente. SOL y GEL: Las dispersiones coloidales se pueden presentar en dos estados: SOL: Un coloide tiene forma de sol cuando su aspecto es l í quido, ya que las mol é culas de soluto que constituyen la fase dispersa se encuentran en menor cantidad que las de la fase dispersante l í quida. GEL: Un coloide en forma de gel tiene aspecto semis ó lido y gelatinoso. Las mol é culas de disolvente est á n atrapadas por las de soluto, que se entrelazan formando una red continua que act ú a como fase dispersante.

83 Dispersiones coloidales Es posible la transici ó n entre los estados de gel y sol en funci ó n de la hidrataci ó n o p é rdida de agua del coloide de la siguiente forma: En los organismos vivos el citosol presenta estados gel y sol, de forma que en la periferia de la c é lula podemos encontrar un estado gel (ectoplasma), mientras que en el interior de la c é lula observamos el estado sol (endoplasma). Estas transiciones permiten la creaci ó n de corrientes citoplasm á ticas, la organizaci ó n de los org á nulos celulares y el movimiento ameboide, entre otros procesos.

84 Dispersiones coloidales: PROPIEDADES : Elevada viscosidad: El elevado tama ñ o de las part í culas determina gran resistencia interna al desplazamiento relativo, que hace que las dispersiones coloidales sean muy viscosas. Gran poder adsorbente:, Poseen la capacidad de adsorber sobre su superficie á tomos, iones o mol é culas, ya que las fuerzas que mantienen unido al coloide no est á n compensadas en su superficie. La cantidad de sustancias que puede adsorber est á en funci ó n de su superficie y la adherencia es tanto mayor cuanto menor es el tama ñ o de las part í culas. No es lo mismo adsorci ó n, o adherencia de un fluido en la superficie de una sustancia s ó lida, sin penetrarla, que absorci ó n o introducci ó n en su interior.

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86 Mira el dibujo y diferencia conceptos

87 Dispersiones coloidales: PROPIEDADES Efecto Tyndall: Opalescencia cuando un rayo de luz incide lateralmente. Las suspensiones son turbias, en cambio las disoluciones verdaderas son claras y transparentes, como las dispersiones coloidales cuando se observan al microscopio ó ptico, pues en este caso se mira directamente hacia la fuente de luz. Ocurre por la reflexi ó n y refracci ó n de la luz, por la dispersi ó n de las ondas luminosas por las part í culas del coloide, las cuales se hacen visibles como puntos brillantes.

88 Dispersiones coloidales: PROPIEDADES Efecto Tyndall: Opalescencia cuando un rayo de luz incide lateralmente. Las suspensiones son turbias, en cambio las disoluciones verdaderas son claras y transparentes, como las dispersiones coloidales cuando se observan al microscopio ó ptico, pues en este caso se mira directamente hacia la fuente de luz. Ocurre por la reflexi ó n y refracci ó n de la luz, por la dispersi ó n de las ondas luminosas por las part í culas del coloide, las cuales se hacen visibles como puntos brillantes. No se pueden sedimentar. Las dispersiones coloidales, al igual que las disoluciones verdaderas, son estables y no sedimentan, pues la fuerza de gravedad es por lo general muy peque ñ a para causar este efecto, lo que s í ocurre con las suspensiones. Pero cuando se someten a fuertes campos gravitatorios (ultracentrifugaci ó n), s í pueden sedimentarse con lo que es posible separar las part í culas coloidales de la fase dispersante.

89 Dispersiones coloidales: PROPIEDADES Se pueden purificar por di á lisis: Se pueden separar las part í culas coloidales de las no coloidales, gracias a una membrana que s ó lo deje pasar mol é culas peque ñ as pero retienga las mol é culas grandes, (part í culas coloidales). Una aplicaci ó n de esta propiedad es la hemodi á lisis, para personas con insuficiencia renal cr ó nica. As í eliminan las sales y distintas sustancias de desecho (como la urea) presentes en la sangre, pero no las prote í nas. Se pueden separar por electroforesis: Se pueden separar mezclas de coloides cuando se someten a la acci ó n de una carga el é ctrica. La electroforesis es el desplazamiento de las part í culas coloidales hacia un electrodo, cuando se someten a la acci ó n de un campo el é ctrico, de manera similar a como lo hacen los iones de una determinada carga. Se usa en la separaci ó n de prote í nas, p. ej las prote í nas del suero.

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91 Prote í nas tras una electroforesis en geles de poliacrilamida

92 La prueba de Western Blot A) Cultivo tisular de VIH. B) Lisado celular y obtenci ó n de prote í nas. C) Electroforesis en gel de poliacrilamida (las prote í nas migrar á n seg ú n su tama ñ o y caracter í sticas debido al campo el é ctrico). D) Transferencia de las prote í nas a un papel de nitrocelulosa. E) Incubaci ó n del papel con suero del paciente. F) Si existen anticuerpos anti VIH en el suero, é stos se unir á n fuertemente a las prote í nas transferidas al papel y se detectar á n como bandas oscuras (f). La duraci ó n de esta prueba es inferior a las 24 horas.

93 Sales minerales Las sales minerales son mol é culas inorg á nicas que forman redes cristalinas que se mantienen mediante enlaces i ó nicos. Tipos: Sales minerales s ó lidas o precipitadas: Se encuentran en estado s ó lido en la naturaleza formando parte de las estructuras biol ó gicas. Confieren rigidez a los tejidos sobre los que se depositan y por lo tanto forman exos y endoesqueletos como los huesos, las conchas, tallos de gram í neas … Sales minerales disueltas: Se presentan en disoluci ó n, Mol é culas en forma de iones Ni producidas ni degradadas.

94 Sales minerales Sales minerales disueltas: Son sales minerales solubles en agua, que se encuentran disociadas en sus iones y forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares Tipos: ANIONES: Cl -, PO 4 -3, HPO 4 -2, CO 3 -2, HCO 3 -, NO 3 -. CATIONES: Na+ ; Ca +2, Mg +2, Fe +2, Fe +3, K + Funciones: Mantener el grado de salinidad Regulaci ó n de la actividad enzim á tica: act ú an como cofactores enzim á ticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catal í tica de ciertos enzimas.

95 Sales minerales Regulaci ó n de la presi ó n osm ó tica y del volumen celular Potenciales el é ctricos: las membranas son impermeables al paso de los iones, para ello hay prote í nas que permiten su paso. Las cargas a los lados de una membrana genera una diferencia de potencial el é ctrico que actua como una se ñ al bioqu í mica. Ej. Transporte del impulso nervioso.

96 Sales minerales Regulaci ó n del pH: La presencia de iones en las disoluciones acuosas que tienen una actividad anf ó tera ( se comportan como á cidos o como bases dependiendo de las condiciones del entorno) permite mantener el pH dentro de unos valores constantes y por lo tanto actuar como una sustancia tamponadora. Sales minerales precipitadas : Son insolubles en la materia viva y se encuentran en estado s ó lido. Forman cristales en el proceso de precipitaci ó n cuya forma depende de las condiciones fisico-qu í micas del entorno. Normalmente se encuentran asociadas a macromol é culas con las que interaccionan para dotar de estabilidad qu í mica al sistema.

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