TEMA 1. Bioelementos. Biomoléculas Inorgánicas IES Muriedas Bonifacio San Millán 2º Bachillerato - Biología

ÍNDICE BIOELEMENTOS BIOMOLÉCULAS Clasificación de los bioelementos El agua Las sales minerales

BIOELEMENTOS Son los elementos constituyentes de los seres vivos. Los seres vivos seleccionamos y tomamos del medio los elementos que forman parte de nuestra materia, y no los más abundantes. Elementos mayoritarios en la corteza terrestre Elementos mayoritarios en los seres vivos O C Si H Al Fe N P S

BIOELEMENTOS Hay 70 bioelementos (25 de los cuales son comunes en todos los seres vivos) Los bioelementos se clasifican según la proporción en la que se encuentran en los seres vivos. Clasificación: Bioelementos 1arios o Mayoritarios: C, H, O, N, P, S (97%) Bioelementos 2arios : Cl, Na, K, Mg y Ca (2%) Oligoelementos: o elementos traza Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, Ni, Co, Li, Al, etc. (1%), Porcentajes menores del 0,1%  

BIOELEMENTOS PRIMARIOS Son  C, H, O, N, P y S Componentes fundamentales de las biomoléculas. Se encuentran en todos los seres vivos. Propiedades generales: Capas electrónicas externas incompletas  enlaces covalente  biomoléculas Bajo nº atómico  estabilidad Electronegatividad del O y N  solubilidad  Accesibilidad (CO2 , H2O, nitratos, etc.)

BIOELEMENTOS PRIMARIOS Propiedades específicas del carbono Hibridación sp3  valencia 4  Estructura tetraédrica Variedad de cadenas carbonadas estables (lineales, cíclicas, ramificadas)   variedad de moléculas orgánicas. Hibridación sp2, sp  formación de dobles y triples enlaces Grupos funcionales:  aparecen como consecuencia de reacciones de oxidación – reducción: ej. Alcano ↔ Alcohol ↔ Aldehído ↔ Ácido:   variedad de moléculas orgánicas polifuncionales.

HIBRIDACIÓN SP3 DEL CARBONO

GRUPOS FUNCIONALES

BIOELEMENTOS PRIMARIOS CARBONO: es la base de todos los seres vivos. Tiene estructura tetraédrica, con 4 e- desapareados, lo que le permite formar enlaces covalentes con otros átomos. HIDRÓGENO: se une al Carbono por enlace covalente formando largas cadenas hidrocarbonadas. OXÍGENO: es el más electronegativo (más polar) y el más abundante. Forma el agua junto con el hidrógeno. NITRÓGENO: forma los grupos amino (-NH2) de los aminoácidos y aparece en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos. AZUFRE: forma el radical sulfhidrilo (-SH) en muchas proteínas. FÓSFORO: forma los grupos fosfatos (-PO4)-3 que forma parte del ATP , fosfolípidos, etc.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Se encuentran en los seres vivos en una proporción mayor al 0,1%. Cl, Na, K, Mg y Ca (2%) Forman parte de todos los seres vivos. Son necesarios para la vida de la célula

OLIGOELEMENTOS ó ELM. TRAZA Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1%. No todos forman parte de los seres vivos. Son necesarios para el metabolismo celular. Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, Ni, Co, Li, Al, etc. (1%)

BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS Inorgánicas Orgánicas Formadas por la unión de varios bioelementos. También se llaman Principios Inmediatos (se pueden separar por medios físicos sin romper las moléculas) Se clasifican en: BIOMOLÉCULAS Inorgánicas Agua Sales Minerales Orgánicas Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos

PORCENTAJE MEDIO DE AGUA EN ALGUNOS ORGANISMOS EL AGUA El agua es la sustancia más abundante en la corteza terrestre y en la materia viva, y es imprescindible para los seres vivos. PORCENTAJE MEDIO DE AGUA EN ALGUNOS ORGANISMOS Algas 93-98% Medusas 95-97% Planta del tabaco 92% Hongos 80% Cangrejo de río 77% Ser humano 63% Pino 47% Semillas de cereales 10%

EL AGUA La cantidad de agua en los seres vivos depende de tres factores: La especie: Sp. acuáticas > Sp. de medios áridos Medusa (98 %) vs. Semilla (10 %) La edad del individuo Organismos jóvenes > Organismos de + edad Feto de 4 meses (94%) vs. 65 años (56%) El tipo de tejido u órgano Tejidos con ↑ actividad metabólica > tejidos inertes Plasma sanguíneo (92 %) vs. Dientes (10 %)

EL AGUA El agua se encuentra en los seres vivos en 3 formas distintas: AGUA CIRCULANTE: en la sangre, en la savia, etc. AGUA INTERSTICIAL: entre las células, fuertemente adherida a la sustancia intercelular. AGUA INTRACELULAR: en el citosol y en el interior de los orgánulos celulares. (mayoritariamente)

EL AGUA: Estructura

EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA Hibridación sp3 del O  TETRAEDRO Electronegatividad del O  TETRAEDRO IRREGULAR  ASIMETRÍA ELECTRICA  CARÁCTER DIPOLAR Los electrones compartidos se ven atraídos con más fuerza por los protones del oxígeno

EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA IRREGULAR CARÁCTER DIPOLAR  Puentes de Hidrógeno ELECTRONEGATIVIDAD: medida de la fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre los electrones de otro en un enlace covalente.

EL AGUA: Estructura Entre los dipolos se establecen un tipo de enlaces denominados enlace o puente de Hidrógeno.

EL AGUA: Estructura Estados: Gaseoso 0% Los puentes de hidrógeno son más débiles que los enlaces covalentes o los iónicos, pero se rompen y se forman de manera constante, lo cual confiere a la molécula de agua una gran cohesión interna. Estados: Gaseoso 0% Sólido 100% (4 PH) Líquido 85% (3,4 PH)

EL AGUA: Propiedades e importancia biológica Las propiedades del agua derivan de LA PRESENCIA DE PUENTES DE H Y ESTOS DE LA ESTRUCTURA DEL AGUA Cohesividad  Estado líquido a Tª ambiente  Transporte y Estructural Poder disolvente: K = 80  “Disolvente universal”  calor específico  función termorreguladora  calor de vaporización  función termorreguladora Disociable en iones H+ y OH-  Reactividad: hidrólisis y condensación

Cohesividad: Estado líquido del agua a temperatura ambiente La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas de agua (Puentes de hidrógeno) permite que el agua se mantenga líquida a Tª ambiente. Esto permite al agua actuar como vehículo de transporte en el interior de un organismo y como medio lubricante en las estructuras de movimiento. Esto permite que sea el agua el componente principal del citosol y del interior de los orgánulos celulares.

Cohesividad: Líquido prácticamente incompresible Gracias al elevado grado de cohesión entre las moléculas de agua, el volumen del agua líquida no disminuye apreciablemente aunque se apliquen presiones muy altas. Esto determina las deformaciones citoplasmáticas y permite que el agua actúe como esqueleto hidrostático en las células vegetales.

Poder disolvente del agua Poder disolvente: K = 80  “Disolvente universal” Sustancias polares (hidrofílicas)  disoluciones verdaderas Sustancias apolares (hidrofóbicas)  Insolubilidad Sustancias apolares con pequeño grupo polar (anfipáticas)  dispersiones Coloidales Emulsiones estables: disolvente (H2O), soluto (ej.grasas), emulgente (ej. proteína)

Poder disolvente del agua Poder disolvente: K = 80  “Disolvente universal” Sustancias polares (hidrofílicas)  disoluciones verdaderas http://www.bionova.org.es/animbio/anim/aguadisol.swf

Poder disolvente del agua Sustancias apolares (hidrofóbicas)  Insolubilidad Su disposición dependerá de la densidad la sustancia considerada 1º Emulsión inestable 2º flota (insoluble) 1º Emulsión inestable 2º precipita (insoluble)

Poder disolvente del agua DISOLUCIONES COLOIDALES: Sustancias apolares con pequeño grupo polar (anfipáticas)  dispersiones Coloidales Las disoluciones coloidales pueden aparecer en dos estados distintos; SOL GEL SOL GEL - (H2O) + (H2O)

Poder disolvente del agua EMULSIONES ESTABLES: Formadas por dos líquidos inmiscibles: 1de ellos (fase dispersa) forma pequeñas gotitas dispersas en el otro (fase dispersante). Emulsiones biológicas: Fase dispersa: lípidos insolubles (ej. triglicéridos, colesterol) Fase dispersante: agua La estabilidad de las emulsiones se consigue gracias a otras moléculas que mantienen las gotitas de la fase dispersa separada (ej. proteínas, fosfolípidos, sales biliares, jabón) Ejemplos; leche, mayonesa

Elevado calor específico: Función termorreguladora CALOR ESPECÍFICO: cantidad de calor que es necesario comunicar a 1 gramo de sustancia para aumentar su temperatura 1ªC. El agua tiene un calor específico alto, porque para elevar su temperatura, hay que romper muchos de los enlaces que hay entre ellas, lo que implica que hace falta suministrar mucho calor. Por ello, el agua es un buen estabilizador térmico del organismo frente a los cambios bruscos de temperatura del medio.

Elevado calor de vaporización: Función termorreguladora Para pasar del estado líquido al gaseoso hace falta romper todos los puentes de hidrógeno, para lo cual se necesita mucha energía. Esto hace que el agua sea una buena sustancia refrigerante en el organismo. El agua que se evapora en la superficie de un ser vivo absorbe calor del organismo, actuando como regulador térmico. La capacidad refrigerante del sudor está basada en este hecho.

Disociable en iones H+ y OH-  Reactividad Hidrólisis Polímero + H2O “n” monómeros Condensación “n” monómeros Polímero + (n-1) H2O A – B A – OH + B – H

FUNCIONES DEL AGUA Función metabólica: Es el medio en el que se producen la mayoría de las reacciones metabólicas, puesto que las sustancias para que reaccionen tienen que estar disueltas. Además en muchas de estas reacciones el agua actúa como reactivo como por ejemplo en las reacciones de hidrólisis que ocurren en la digestión. Igualmente es la fuente de hidrógenos en la fotosíntesis vegetal. Función transportadora: El agua actúa como vehículo transportador de sustancias por el interior del organismo y entre el exterior y el interior del mismo, debido a que es líquida y es un excelente disolvente, las sustancias son transportadas disueltas en ella. Función estructural: Debido a la elevada fuerza de cohesión da forma a las células que carecen de membrana rígida regulando los cambios y deformaciones del citoplasma. Función termorreguladora: Debido al elevado calor específico y al elevado calor de vaporización, regula la Tª del organismo amortiguando las variaciones bruscas de la Tª externa y ayuda a mantener constante la Tª del cuerpo en los animales homeotermos o endotermos.

EL AGUA: Propiedades Ionización del agua El agua pura se comporta como un electrolito débil y se encuentra en parte disociada en iones H+ y OH- según la siguiente ecuación: H2O  H+ + OH- En el agua la disociación es muy débil, esto significa que la mayor parte del agua se encuentra como H2O sin disociar y solo una pequeña parte está disociada. El producto de las concentraciones de los iones H+ y OH- es constante y se denomina producto iónico, en el agua a 25ºC es: [H+].[OH-] = 10-14  En el agua pura por cada H+ que se forma, se forma un OH- lo que hace que la concentración de ambos iones sea la misma. [H+] = [OH-] = 10-7 Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para mantener constante el producto.

EL AGUA: Propiedades Ionización del agua. Concepto de pH Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para mantener constante el producto. Hay sustancias que al disolverse en el agua, aumentan la concentración de hidrogeniones, se denominan ácidos. Otras por el contrario disminuyen la concentración de hidrogeniones se denominan bases. La acidez de una disolución viene determinada por la [H+], Sorensen ideo la escala de pH para expresar la concentración de hidrogeniones de una disolución y por lo tanto la acidez. El pH = - log [H+]. El valor oscila 0 y 14. Si el pH de una disolución es 7 como ocurre en el agua pura, dicha disolución es neutra. H+ = OH- Si el pH es < 7 ,la disolución es ácida. H+ > OH- . Si el pH es > 7, la disolución es básica. H+< OH-. La escala de pH es logarítmica, es decir que si aumenta o disminuye en una unidad significa que la concentración de H+ se hará 10 veces menor o mayor. http://www.youtube.com/watch?v=x8J-Jbu_W6M&feature=related http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/propertiesofwater/water.html

SALES MINERALES Son moléculas inorgánicas que están presentes en la materia viva en pequeña cantidad. Se pueden encontrar de varias formas: Precipitadas: Carbonatos, fosfatos, etc. Disueltas Aniones: Cl- ,CO32- ,HCO3- ,PO43- etc Cationes: K+ ,Na+ ,Ca2+ , Mg+2 etc Asociadas a moléculas orgánicas: Fe, P, etc.

Funciones de las SALES MINERALES: Regulación de los procesos osmóticos OSMOSIS y presión osmótica Turgescencia y plasmolisis  Importancia biológica: Absorción (raíces) Adaptaciones (plantas halófitas) Homeostasis

SALES MINERALES: Presión osmótica Presión osmótica () sería la presión que habría que hacer para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable debido a la ósmosis.

SALES MINERALES: Presión osmótica Video resumen ósmosis: http://www.youtube.com/watch?v=oONjIH39uUw

SALES MINERALES: Presión osmótica

SALES MINERALES: Presión osmótica

DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS OSMOSIS DIÁLISIS De la + concentrada a la + diluida Pasa el agua y moléculas de soluto de bajo peso molecular Membrana semipermeable De la + diluida a la + concentrada Solo pasa agua Membrana permeable o s/m De la + concentrada a la + diluida Pasa agua y solutos

Funciones de las sales minerales Regulación del pH: Sistemas amortiguadores H2PO4- / HPO42 – intracelular H2CO3/ HCO3- extracelular El pH afecta a la actividad enzimática

TEMA 1 TEST DE REPASO

El paso de agua desde una solución menos concentrada a una más concentrada a través de una membrana semipermeable se denomina... ÓSMOSIS

La hemolisis (rotura) de los eritrocitos al colocarlos en agua destilada es un ejemplo de: Difusión Ósmosis Plasmólisis Turgencia

Indica cómo se formará el puente de Hidrógeno entre las dos moléculas de agua http://www.educa.madrid.org/portal/c/portal/layout?p_l_id=2288.193&c=an

Los enlaces de H en el agua... Son inestables en el agua en fase sólida se rompen con facilidad al aumentar la temperatura se rompen por debajo de los 0ºC. son estables cuando el agua hierve son muy estables

El paso del agua y no de las partículas disueltas en ella, sólo se produce en el caso de la... Diálisis en ninguno de los casos anteriores Difusión Ósmosis en todos los casos anteriores

Una de las siguientes funciones NO lo es del agua   esquelética   Termorreguladora   Aporte de H y O   disolvente   medio de transporte

El agua tiene carácter de reactivo químico porque es... capaz de hidrolizar a otras sustancias. el disolvente universal.  termorreguladora  el medio donde se producen las reacciones metabólicas.  un vehículo de transporte de otras sustancias.

Al introducir un alga marina en agua dulce se produce... un arrugamiento por exósmosis una inmersión celular. un hinchamiento por exósmosis un proceso de turgencia. su plasmolisis.

Dibuja 5 moléculas de agua unidas por puentes de hidrógeno. Una en el centro unida a otras 4 ¿Qué importancia biológica tienen los puentes de hidrógeno? PH: Cohesividad  líquida a T ambiente  (transportadora y estructural) Alta K  (disolvente universal) Elevado c.e., c.v. (termorreguladora).

Comenta brevemente las propiedades físico-químicas del agua que justifiquen la importancia de esta molécula en los seres vivos. Hibridación sp3 del O  TETRAEDRO Electronegatividad del O  TETRAEDRO IRREGULAR  ASIMETRÍA ELECTRICA  CARÁCTER DIPOLAR  p. de H.  Propiedades: (cohesividad, poder disolvente, elevados c. e y c.v.)  funciones biológicas: (transportadora y estructural, disolvente universal ,termorreguladora)

Como las dos anteriores (propiedades _ función) Explica el concepto de <<puente de hidrógeno>> e indica mediante un dibujo cómo se forman estos en el caso del agua. ¿Qué repercusiones tienen estos en las propiedades físicas y químicas del agua? ¿En qué forma afectan estos a los seres vivos? Razona la respuesta. Como las dos anteriores (propiedades _ función)

¿Qué es un sistema tampón? Pon un ejemplo e indica cómo actúa Estos sistemas están formados por una mezcla equimolecular de un ácido débil y su base conjugada actuando de forman que el sistema acepta o libera protones al medio cuando se produce un exceso o déficit de estos. El funcionamiento en esencia consiste en lo siguiente: AH  A- + H+ ácido base conjugada

Diferencia claramente los procesos de ósmosis, diálisis y difusión. Sabiendo que el principal tampón intracelular es el tampón fosfato monobásico/dibásico. Explica qué ocurriría si en el interior de la célula se produjera una sobreproducción de protones. HPO42- + H+  H2PO4- El medio acidificado retornaría a un pH más básico gracias a la intervención del s. amortiguador, la base conjugada, ión monohidrógeno fosfato captura el exceso de protones para dar el ión dihidrógeno fosfato. Diferencia claramente los procesos de ósmosis, diálisis y difusión.

DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS OSMOSIS DIÁLISIS De la + concentrada a la + diluida Pasa el agua y moléculas de soluto de bajo peso molecular Membrana semipermeable De la + diluida a la + concentrada Solo pasa agua Membrana permeable o s/m De la + concentrada a la + diluida Pasa agua y solutos

Para observar el proceso de ósmosis, tres muestras de sangre humana son sometidas a una prueba de laboratorio: Si se añade agua destilada a una de las muestras, indica que les sucede a los glóbulos rojos y por qué: Hemolisis por turgescencia Si se añade una solución saturada de sal a otra de las muestras, indica que aspecto presentan los glóbulos rojos al microscopio, cómo se denomina este fenómeno y explica cómo se produce: Plasmolisis Si a la tercera muestra se le añade una solución isotónica explica si se alteraría la forma y función del glóbulo rojo: NO