BIOMOLÉCULAS INORGANICAS: Tema 2 BIOMOLÉCULAS INORGANICAS: Agua y Sales Minerales I. E. S. Bañaderos

Biomoléculas inorgánicas: Las moléculas inorgánicas son sustancias que pueden encontrarse también fuera de los seres vivos, son el agua y las sales minerales, por regla general estas sales no contienen carbono, salvo en los carbonatos y bicarbonatos, sales minerales típicas a pesar de la presencia de este elemento.

Contenido en agua de algunos organismos y algunos tejidos humanos   Tejido Algas Caracol Crustáceos Espárragos Espinacas Estrella mar Persona adulta Hongos Lechuga Lombriz Maíz Medusa Pino Semilla 98 80 77 93 76 62 95 83 86 47 10 Líq. cefalorraquídeo Sangre (plasma) Sangre (Gl. rojos) Tej. nervioso (s.gris) Tej. nervioso (Médula) Tej. nervioso (s.blanca) Músculo Piel Hígado Tej. conjuntivo Hueso (sin medula) Tej. adiposo Dentina 99 91-93 60-65 85 75 70 75-80 72 70-75 60 20-25 10-20 3

CARACTERÍSTICAS DE LA MOLÉCULA DE AGUA. ► La molécula de agua esta formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes simples. ► El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe a sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. ► A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, H2S, etc.) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos

Características de la molécula de agua Aunque es eléctricamente neutra, la molécula de agua tiene carácter polar debido a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno. O -  = densidad de carga H Enlace covalente Debido a su polaridad, las moléculas de agua establecen enlaces de hidrógeno entre ellas. + + + - Enlaces de hidrógeno

Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL AGUA. a) Acción disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, que presentan grupos polares o con carga iónica (alcoholes, aldehídos, cetonas, aminoácidos y proteínas), provocando su dispersión o disolución.

Solvatación iónica. En las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando rodeados por las moléculas de agua que impiden su unión. FUNCIONES: 1. Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. 2. Sistemas de transporte de sustancias, aporte de nutrientes y la eliminación de desechos

b) Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas,. Al no poder comprimirse puede tener la función de: Da volumen a las células. Turgencia en las plantas. Esqueleto hidrostático. Deformaciones citoplasmáticas. Amortiguación en articulaciones.

c) Elevada fuerza de adhesión. Ascensión de la savia bruta por capilaridad. Las fuerzas de adhesión entre las moléculas de agua y el vidrio, son mayores que las de las moléculas de agua entre sí. Por esto el líquido asciende por las paredes del capilar. Fuerzas de adhesión Vidrio Capilar de vidrio Moléculas de agua

d) Gran calor específico. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógenos por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante (Función termorregulador). e) Elevado calor de vaporización. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes de hidrógenos y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Cuando el agua se evapora en la superficie de un ser vivo, absorbe calor del organismo. Gracias a esta propiedad se puede eliminar gran cantidad de calor con poca pérdida de agua.

f) Elevada tensión superficial. Desplazamiento de algunos organismos sobre el agua. g) Densidad. El agua en estado líquido es mas densa que en estado sólido, al descender la temperatura se forma una capa de hielo en la superficie que flota y protege al agua líquida que queda bajo ella. Esto permite la vida acuática en climas fríos

IONIZACIÓN DEL AGUA Y PH Disociación del agua: El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones H2O + H2O H3O+ + OH-

[H+ ] = [OH- ] = 10-7 = 7 moles/litro. IONIZACIÓN DEL AGUA Y PH Disociación del agua: El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones H2O + H2O H3O+ + OH- hidrogeniones Iones hidroxilo + - + + El producto iónico del agua a 25º C es: [H+ ] = [OH- ] = 10-7 = 7 moles/litro.

H2O + H2O H3O+ + OH- + - + + + - Ión hidroxilo Ión hidrogenio

Definición de pH pH agua = - log 10-7 = 7 logaritmo decimal con signo negativo de la concentración de iones hidrogeniones pH agua = - log 10-7 = 7 si el pH < 7, la disolución será ácida; si el pH = 7, será neutra; si el pH > 7, será básica.

LAS SALES MINERALES SALES MINERALES DISUELTAS Son las sales minerales solubles en agua; se encuentran disociadas en sus iones. ● Los aniones más frecuentes son: los cloruros (Cl-), fosfatos (PO43-), carbonatos (CO32-), bicarbonatos (HC03-) y nitratos (N03-). ● Los cationes más abundantes son: sodio (Na+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+), hierro (Fe2+ y Fe3+) y potasio (K+).

FUNCIONES DE LAS SALES EN DISOLUCIÓN ● Mantener el grado de salinidad en los organismos. ● Regular la actividad enzimática. ● Regular la presión osmótica y el volumen celular. - hipertónicos - hipotónicos ● Generar potenciales eléctricos. ● Regulación del pH.

SALES MINERALES PRECIPITADAS Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado sólido Los cristales más abundantes en los organismos son de silicatos, carbonatos y fosfatos, estos últimos de calcio y magnesio. ► FUNCIONES DE LAS SALES PRECIPITADAS ● Forman parte de los capazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) ● Esqueleto interno en vertebrados y los dientes. ● El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno.

Permite el paso de disolventes pero no de solutos. La ósmosis Permite el paso de disolventes pero no de solutos. Membrana semipermeable Membrana semipermeable BAJA CONCENTRACIÓN ALTA CONCENTRACIÓN Medios isotónicos Igual presión osmótica. Medio hipotónico Presión osmótica baja. Medio hipertónico Presión osmótica alta. El disolvente atraviesa la membrana hasta igualar las concentraciones en ambos lados.

Las membranas celulares son semipermeables MEDIO HIPERTÓNICO El agua sale de la célula. PLASMÓLISIS La membrana plasmática se separa de la pared celular Disminuye el volumen celular Aumenta la presión osmótica en el interior

Las membranas celulares son semipermeables MEDIO HIPOTÓNICO TURGENCIA La célula se hincha hasta el límite de la pared celular El agua entra en la célula. Aumenta el volumen celular Disminuye la presión osmótica en el interior

MEDIO ISOTÓNICO

SERES VIVOS UNICELULARES ANIMALES PLURICELULARES Osmoregulación Todos los seres vivos están obligados a regular la presión osmótica. Los distintos grupos han desarrollado estrategias diferentes. SERES VIVOS UNICELULARES VEGETALES Procariotas Pared celular Pared celular Estomas Dulceacuícolas Vacuolas pulsátiles ANIMALES PLURICELULARES Peces marinos Peces de agua dulce Mamíferos Pérdida de agua Entrada de agua Riñones Intestino grueso Piel Bebe agua salada No bebe Orina isotónica escasa Abundante orina hipotónica Excreta el exceso de sal

Dispersiones Coloidales: DISOLUCIONES ACUOSAS  Dispersiones Moleculares (o verdaderas): el soluto formado por moléculas de bajo peso molecular (sales minerales, azucares, aminoácidos, etc.)   Dispersiones Coloidales: Los solutos son moléculas de gran peso molecular y tamaño. No son disoluciones ­verdaderas ya que el soluto puede separarse por ultracentrifugación (que es un método físico). En estas dispersiones, los solutos son macromoléculas como las proteínas, los ácidos nucleicos y los polisacáridos. Dispersiones coloidales hidrófilas: los solutos presentan afinidad por el agua y por tanto son estables (ya que el agua rodea sus grupos funcionales, aislándolos).. Dispersiones coloidales hidrófobas: los solutos no presentan afinidad por el agua, sino que la repelen, por lo que son inestables.

▪ La diálisis. En este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. Es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada. ▪ La difusión sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable.

Carácter coloidal de la materia viva Disolvente o fase dispersante Soluto o fase dispersa DISOLUCIÓN VERDADERA DISPERSIÓN COLOIDAL  < 10-7 cm 10-7<  <2 • 10 -5 cm Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos: Moléculas de soluto ESTADO DE SOL ESTADO DE GEL Moléculas de disolvente entre las de soluto Fase dispersante líquida Las moléculas de soluto actúan como fase dispersante

Propiedades del agua (I) Elevada cohesión molecular Da volumen a las células. Turgencia en las plantas. Esqueleto hidrostático. Deformaciones citoplasmáticas. Amortiguación en articulaciones. Fuerzas de adhesión Vidrio Capilar de vidrio Elevada tensión superficial Desplazamiento de algunos organismos sobre el agua. Moléculas de agua Elevada fuerza de adhesión Ascensión de la savia bruta por capilaridad. Elevado calor específico Las fuerzas de adhesión entre las moléculas de agua y el vidrio, son mayores que las de las moléculas de agua entre sí. Por esto el líquido asciende por las paredes del capilar. Función termorreguladora. Densidad máxima a 4 °C Permite la vida bajo el hielo.

Propiedades del agua (II) Elevado calor de vaporización Al evaporarse, absorbe calor del organismo. Cristal de NaCl Iones solvatados Elevada capacidad disolvente Solvatación iónica. Transporte de sustancias. Medio de reacción. Na+ Bajo grado de ionización Cl - Las disoluciones acuosas pueden tener distintos grados de pH. Molécula de agua Función termorreguladora.