LOS COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA

Fuerzas de Van der Waals ENLACES QUÍMICOS Enlaces químicos Intramoleculares (fuertes) Enlace covalente Enlace iónico Intermoleculares (débiles) Fuerzas de Van der Waals De dispersión Dipolo-dipolo Enlaces de hidrógeno Uniones hidrofóbicas

Entre átomos con elevada electronegatividad, comparten electrones, éstos atraen a los núcleos quedando unidos. ENLACE COVALENTE Según el número de electrones compartidos: Si giro No giro Según la electronegatividad: ENLACE DISULFURO H-H S-S S-H + S-H

(parte de una red cristalina) ENLACE IÓNICO Entre átomos con electronegatividad diferente, se forma un anión y un catión que quedan unidos por atracción electrostática Agregados iónicos (parte de una red cristalina)

COMPARACIÓN ENLACE COVALENTE-IÓNICO

FUERZAS DE VAN DER WAALS (débiles) DE DISPERSIÓN: En todas las moléculas, polares y no polares, por dipolos instantáneos provocados por perturbaciones al azar en la distribución de cargas DIPOLO-DIPOLO: En moléculas polares, además de las de dispersión, por la asimetría en la distribución de las cargas.

ENLACES DE HIDRÓGENO H unido a F, O, N → elevada electronegatividad y pequeño tamaño → cercanía de los electrones → exceso de carga negativa δ- sobre ellos y positiva δ+ sobre el H → enlace de hidrógeno por atracción eléctrica entre las cargas parciales.

UNIONES HIDROFÓBICAS

BIOELEMENTOS Elementos químicos constituyentes de los seres vivos, se clasifican según su abundancia:

BIOELEMENTOS PRIMARIOS 99 % de la masa celular: C, H, O, N, P, S. Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas Fundamental en proteínas, ácidos nucleicos, clorofila, muchos glúcidos y lípidos

CARACTERÍSTICAS DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS Por su configuración electrónica para completar su capa de valencia necesitan electrones, el H 1e- , el O 2 e-, el N 3 e- y el C 4 e- , establecen enlaces covalentes. H → Z = 1 → ↑ O → Z = 8 → ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ N → Z = 7 → ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ C → Z = 6 → ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p Masa atómica baja, enlaces fuertes, moléculas estables. En el caso concreto del C: 3.1. Tetravalencia: Al poseer 4 e- de valencia, pudiendo unirse hasta con 4 átomos o grupos funcionales diferentes mediante enlaces covalentes que dan estabilidad a la molécula y se disponen formando un tetraedro regular que forma moléculas tridimensionales. 3.2. Los C pueden unirse entre sí mediante enlaces sencillos, dobles y triples, formando cadenas hidrocarbonadas lineales, ramificadas o cíclicas, muy variadas y complejas al poder unirse con el O y el N. La electronegatividad del O, N, P y S les permite formar grupos polares y al unirse a las cadenas hidrocarbonadas les confieren polaridad suficiente para ser solubles en agua facilitando su incorporación y eliminación.

ENLACES DEL CARBONO: CADENAS HIDROCARBONADAS Unión entre átomos de carbono C Tetravalencia C C C

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS En pequeñas cantidades, incluso menor de 0,1 %, generalmente en forma iónica: Na+, Ca2+, K+, Mg2+, Cl-

OLIGOEMENTOS (Oligos:escaso), presentes de forma vestigial, pero fundamentales por sus funciones catalíticas. Ausencia: enfermedades carenciales, Exceso: intoxicaciones. Entre otros: Fe, Mn, Cu, Zn, I, F…

CLASIFICACIÓN BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS AGUA SALES MINERALES GASES BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLÉICOS COMPUESTOS MIXTOS Presentes en materia inerte y en seres vivos Exclusivas seres vivos

PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES Grupo fosfato Fosfatos orgánicos Grupo tiol HS¯ Tioles

ESTRUCTURA MOLÉCULA DE AGUA Estructura reticular DIPOLO

PROPIEDADES Y FUNCIONES DEL AGUA Elevado poder disolvente (1*) Transporte Medio de reacción 2. Elevado calor de vaporización (2*) Termorreguladora (refrigerante) 4. Cohesión y adhesión (3*) 4. Mantener la forma y el volumen celular, esqueleto hidrostático 5. Ascenso por capilaridad 3. Elevado calor específico (4*) 6. Amortiguador térmico 5. Reactividad química (5*) 7. Hidrólisis 6. Densidad sólido menor que líquido (6*) 8. Aislante térmico 7. Elevada tensión superficial (7*) 9. Película superficial para desplazamiento 8. Transparencia (8*) 10. Fotosíntesis en medio acuático

(1*) PODER DISOLVENTE: MEDIO DE TRANSPORTE Compuestos iónicos: solvatación (hidratación iónica) MEDIO DE TRANSPORTE Cuando las moléculas de agua separan los aniones de los cationes al rodearlos en un compuesto iónico.

(2*) CALOR DE VAPORIZACIÓN ELEVADO: REFRIGERANTE Cantidad de calor necesario para pasar 1 gramo de agua de estado líquido a gaseoso

(3*) COHESIÓN Y ADHESIÓN: ESQUELETO HIDROSTÁTICO CAPILARIDAD Celentéreos Anélidos

(4*) CALOR ESPECÍFICO ELEVADO: Amortiguador térmico Cantidad de calor que hay que suministrar a 1 g de agua para elevar su temperatura 1°C VERANO Energía térmica INVIERNO Energía térmica

(5*) REACTIVIDAD QUÍMICA: Hidrólisis H2O → H+ + OH- H2O + H+ → H3O+ 2 H2O → H3O+ + OH-

(6*) DENSIDAD DEL HIELO Cada molécula de agua establece de forma permanente 4 enlaces de hidrógeno con las vecinas, originando una estructura reticular abierta, con las moléculas más separadas.

(7*) TENSIÓN SUPERFICIAL ELEVADA (8*) TRASPARENCIA

SALES MINERALES Esqueleto de vertebrados y exoesqueleto de crustáceos, caparazón moluscos… Carbonato de calcio (CaCO3) Fosfato de calcio (Ca3(PO4)2) Esqueleto vertebrados Precipitadas (sólidas) Caparazón algas unicelulares, diatomeas, tallo gramíneas, espículas esponjas. Sílice (SiO2) Fluoruro de calcio (CaF2) Esmalte dientes Formas Tampón, control pH Disueltas, en forma de iones Equilibrio osmótico Neutralizan cargas macromoléculas Procesos fisiológicos Antagonismo iónico

pH (I) Equilibrio de disociación del agua: 2 H2O ↔ H3O+ + OH- Cuya constante de equilibrio es: K = [H3O+] [OH-] / [H2O]2 Como: [H2O] = gramos de H2O en 1L / PM = 1000 / 18 = 55,5 Quedaría: K · 55,5 = [H3O+] [OH-] A lo que se llama producto iónico del agua, Kw, que a 25 °C es de 10-14: Kw = [H3O+] [OH-] = 10-14

pH (II) En una disolución neutra: [H3O+] = [OH-] = 10-7 Si nos centramos en los hidronios [H3O+]: [H3O+] = 10-7 Si tomamos logaritmos a ambos lados de la igualdad Log [H3O+] = Log 10-7 Aplicando la definición de logaritmo: Log [H3O+] = -7 Multiplicamos por (-1) ambos lados de la igualdad: -Log [H3O+] = 7 Aplicando la definición de pH, logaritmo decimal con signo negativo de [H3O+]: pH = 7

En una disolución ácida, el ácido al disolverse produce H+ que se unen al H2O y origina [H3O+] que por lo tanto aumentará: [H3O+] > 10-7 Si tomamos logaritmos a ambos lados de la igualdad: Log [H3O+] > Log 10-7 Aplicando la definición de logaritmo: Log [H3O+] > -7 Multiplicamos por (-1) ambos lados de la igualdad, > cambia a <: -Log [H3O+] < 7 Aplicando la definición de pH, logaritmo decimal con signo negativo de [H3O+]: pH < 7 pH (III)

En una disolución básica, la base al disolverse produce OH- que se unen al H3O+ por lo que disminuirá su concentración: [H3O+] < 10-7 Si tomamos logaritmos a ambos lados de la igualdad: Log [H3O+] < Log 10-7 Aplicando la definición de logaritmo: Log [H3O+] < -7 Multiplicamos por (-1) ambos lados de la igualdad, > cambia a <: -Log [H3O+] > 7 Aplicando la definición de pH, logaritmo decimal con signo negativo de [H3O+]: pH > 7   pH (IV)

TAMPÓN BICARBONATO (EXTRACELULAR) SISTEMAS AMORTIGUADORES (TAMPONES, BUFFER) (I) HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O CO2 + 2H2O TAMPÓN BICARBONATO (EXTRACELULAR) Si se produce acidificación, ↓ pH, es decir ↑ [H3O+], el equilibrio se desplaza hacia la derecha, es decir formación de H2CO3 que se disocia en CO2 y H2O, eliminándose el CO2 a través de la respiración. Si se produce una alcalinización, ↑ pH, es decir ↓ [H3O+], el equilibrio se desplaza a la izquierda, es decir formación de HCO3- , debe incorporarse CO2 que se une al H2O aumentado el H2CO3, reparando así su pérdida.

TAMPÓN FOSFATO (INTRACELULAR) SISTEMAS AMORTIGUADORES (TAMPONES, BUFFER) (II) TAMPÓN FOSFATO (INTRACELULAR) (HPO4) 2- + H3O+ (H2PO4)- + H2O Si se produce acidificación, ↓ pH, es decir ↑ [H3O+], el equilibrio se desplaza hacia la derecha es decir formación de H2PO4- Si se produce alcalinización, ↑ pH, es decir s ↓ [H3O+], el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, es decir hacia la formación de HPO42-

CONSTITUCIÓN DEL MEDIO CELULAR Disolución Mezcla partículas < 5nm con disolvente (fase dispersante) y soluto(fase dispersa) Ejemplos: sales minerales, monosacáridos, aminoácidos. Difusión (2*) Ósmosis (2*) Estabilidad del pH Medio celular Capacidad de presentarse en forma de sol o gel (1*) Dispersión coloidal Mezcla partículas > 5nm y < 200nm. Dispersan la luz Ejemplos: proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos. Poder adsorbente Diálisis (2*)

(1*) ESTADOS DE SOL Y GEL DE UNA DISPERSIÓN COLOIDAL Característico del interior celular, aunque puede coexistir con el estado gel dependiendo de la zona o pasar de uno a otro por ejemplo en movimientos ameboides. Característico del exterior celular

(2*) COMPARACIÓN ENTRE LOS FENÓMENOS DE DIFUSIÓN, ÓSMOSIS Y DIÁLISIS DIFUSIÓN: reparto homogéneo de las partículas de un fluido en otro. ÓSMOSIS: cuando dos disoluciones de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable, tienden a igualar su concentración con el paso de agua de la más diluida (Hipotónica o hipoosmótica) a la más concentrada (hipertónica o hiperosmótica) DIÁLISIS: separación de partículas coloidales a través de una membrana dializadora, ej. hemodiálisis, separa urea de la sangre.

(2*) ÓSMOSIS EN CÉLULAS ANIMALES Y VEGETALES HIPERTÓNICO ISOTÓNICO HIPOTÓNICO