Tema 2 BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS. AGUA Y SALES MINERALES.

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1 Tema 2 BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS. AGUA Y SALES MINERALES

2 AGUA Es el componente mayoritario de los seres vivos. Su contenido varía según:  El tipo de organismo  Su edad  Órgano considerado y  Actividad metabólica que desarrollan las células.

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4 Agua en los seres vivos Se puede localizar tanto intracelular como extracelularmente:  Agua intersticial: entre las células.  Agua intracelular: ligada a las moléculas celulares y formando el citosol y el interior de los orgánulos.  Agua circulante: se desplaza en los organismos transportando sustancias (savia y sangre). El origen del agua puede ser: Exógeno (comida y bebida) Endógeno, a través de reacciones metabólicas.

5 ESTRUCTURA AGUA

6 PROPIEDADES DEL AGUA

7 Elevada fuerza de cohesión Debido a los puentes de hidrógeno. Responsable de que el agua sea un líquido prácticamente incompresible capaz de dar volumen a las células y turgencia a muchos seres vivos (p. ej.: esqueleto hidrostático de las plantas o anélidos y celenterados). Lubricante y protección (articulaciones)

8 Elevada tensión superficial Debido a la elevada cohesión molecular la superficie del agua opone una gran resistencia a romperse (a que sus moléculas se separen). Esto lo aprovechan muchos organismos para desplazarse sobre ella. Permite las deformaciones citoplasmáticas.

9 Es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia. A medida que se le aplica calor al agua se van rompiendo los puentes de hidrógeno y, debido a la gran cantidad de enlaces que posee, ha de absorber mucho calor para que todos se rompan. El agua absorbe o libera gran cantidad de calor al calentarse o enfriarse por lo que es un gran amortiguador térmico frente a cambios bruscos de temperatura. Elevado calor específico

10 Elevada fuerza de adhesión Depende tanto de la adhesión de las moléculas de agua a las paredes del tubo como de la elevada cohesión de las moléculas de agua. Las fuerzas de adhesión entre las moléculas del agua y el vidrio, son mayores que las de las moléculas de agua entre si. Por esto el líquido asciende por las paredes del capilar hasta compensar las fuerzas mediante el peso del líquido. Gracias al carácter dipolar del agua se puede adherir fácilmente a grupos cargados en la superficie de un tubo.

11 Elevado calor de vaporización Es la energía necesaria para pasar una sustancia de estado líquido a gaseoso. Debido al alto calor específico del agua, hay que aplicar mucha energía para cambiarla de estado. Esta propiedad hace que el agua sea un buen refrigerante ya que hay que aplicar mucho calor para cambiarla de estado.

12 Densidad anómala en estado sólido Su mayor densidad corresponde al estado líquido a 4 ºC. Por ello el hielo flota en mares, ríos y lagos posibilitando la vida acuática en aguas con bajas temperaturas.

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14 Elevada constante dieléctrica El agua tiene una constante dieléctrica elevada, por tanto, es uno de los solventes más polares que existen. El agua es el líquido que más sustancias disuelve, debido a que forma ptes de H con otras sustancias. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

15 Gran capacidad disolvente Solvatación iónica

16 Gran capacidad disolvente Disolución compuestos polares

17 Una baja proporción de moléculas de agua se encuentran ionizadas según la reacción: Por convenio se usa el símbolo H + en lugar de H 3 O + aunque en el agua no hay iones de este tipo, están todos hidratados. En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10 7 está disociada, esto supone una [H + ]= [OH - ]= 10 -7. El producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH. Bajo grado de ionización

18 Concepto de pH

19 Una sustancia que libera protones (H + ) cuando se disuelve en agua es un ácido, mientras que si libera hidrogeniones (OH - ) es una base. Ácido: ClH Base: NaOH H + + Cl - Na + + OH - Si [H + ] > [OH - ] el medio es ácido Si [H + ] < [OH - ] el medio es básico La escala de pH es una forma cómoda de expresar la abundancia relativa de los dos tipos de iones. Su fórmula es

20 Concepto de pH Si el pH de una disolución es 7 como ocurre en el agua pura, dicha disolución es neutra:[H + ] = [OH - ] Si añadimos un ácido, aumentará la [H + ] y el pH será inferior a 7 y si introducimos una base disminuirá la [H + ] y tendremos valores superiores.  Si el pH es [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 [H + ] se hará 10 veces menor o mayor.

21 Propiedades y funciones del agua PROPIEDADDEBIDA AFUNCIÓN BIOLÓGICA Líquida a Tª ambiente Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas unidas Medio de transporte en el organismo y medio lubricante Alto calor de vaporización La energía calorífica absorbida se emplea en romper los puentes de hidrógeno. Función termorreguladora: ayuda a mantener constante la temperatura corporal de los animales homeotermos. Alto calor específicoPara elevar su Tª ha de absorber mucho calor, para romper los puentes de H. Elevada tensión superficial Las moléculas superficiales están fuertemente unidas a las del interior, pero no a las externas de aire. Causa de deformaciones celulares y de los movimientos citoplasmáticos Es un excelente disolvente La mayoría de las sustancias polares se disuelven en ella al formar puentes de hidrógeno. Transporte de sustancias y de que en su seno se den todas las reacciones metabólicas Alta cohesión y adhesión Los puentes de hidrógeno mantienen juntas las moléculas de agua Mantiene forma y volumen de las células; permite cambios y deformaciones del citoplasma y el ascenso de la savia bruta Más densa líquida que sólida Los puentes de hidrógeno “congelados” mantienen las moléculas más separadas Mares y ríos se hielan sólo en su superficie Capacidad de disociación iónica El agua pura es capaz de disociarse en ionesAporta H + y OH - en reacciones bioquímicas,

22 Funciones biológicas del agua Disolvente universal: Por su elevada constante dieléctrica es el mejor disolvente para moléculas cargadas y polares, y también dispersa moléculas anfipáticas. Química: Lugar donde se producen las reacciones químicas por ser tan buen disolvente y tener bajo grado de ionización. Transporte: Es el sistema de transporte en las plantas por la capilaridad; al ser un buen disolvente, los seres vivos la utilizan como medio de transporte. Estructural: Funciona como esqueleto hidrostático dando estructura, resistencia y volumen a las células por su alta cohesión molecular. Lubricante: Evita el rozamiento por su elevada cohesión. Termorreguladora: Por su alto calor específico y de vaporización mantendrá constante la temperatura absorbiendo o cediendo calor. Permite la vida en el agua a temperaturas de congelación por su coeficiente de dilatación negativo.

23 SALES MINERALES

24 Sales minerales precipitadas Función de protección y sostén Caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO 3 ) y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas. Huesos de vertebrados de fosfato cálcico. Determinadas células incorporan sales Ca en la pared de celulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo (cristales de oxalato cálcico, que puede contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares). El CaCO 3 forma los otolitos (oido interno) que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno.

25 SALES MINERALES

26 Acción específica de los cationes Funciones catalíticas. Algunos iones como Mn 2+, Cu 2+, Mg 2+ o Zn 2+, son cofactores necesarios para la actividad de ciertos enzimas. El ion Fe 2+ forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina, proteínas encargadas del transporte de oxígeno. El ion Mg 2+ forma parte de las clorofilas y participa en la fotosíntesis. El Ca 2+, interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la coagulación de la sangre. Los iones Na +, K +, Cl -, Ca 2+, generan gradientes electroquímicos, imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular.

27 REGULACIÓN pH En el metabolismo celular se generan ácidos y bases (H + /OH - ) que alteran el pH y, como consecuencia, la actividad y estructura celular. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.

28 REGULACIÓN pH  La célula cuenta con los llamados sistemas tampón, buffer o amortiguadores, compuestos por un ácido débil y su base conjugada.

29 Funcionamiento de los tampones Variación del pH en un tampón de ácido acético/ acetato. La adición de pequeñas cantidades de H + o de OH - a estos sistemas no produce cambios de pH en un cierto intervalo. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + Un ácido es una sustancia que cede H + en disolución. Una base es una sustancia que capta H + en disolución.

30 Funcionamiento de los tampones La forma ácida neutraliza los iones OH - y la básica los iones H +.

31 Tipos de tampones Tampones intracelulares:  Tampón fosfato (H 2 PO 4 / HPO 4 ), tampona en torno a pH = 6,86 -2- Tampones extracelulares (sangre y fluidos intersticiales):  Tampón bicarbonato (tampona en torno a pH = 7,4)

32 Tampón bicarbonato Es el principal tampón en la sangre y los líquidos extracelulares. Mantiene el pH en valores próximos a 7’4 gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico que a su vez se disocia en CO 2 y H 2 O. Si en el medio aumenta la [H + ] (sube la acidez = baja el pH), el equilibrio se desplaza a la izquierda, y se elimina el exceso de CO 2 producido. Si disminuye la [H+] del medio, el equilibrio se desplaza a la derecha, para lo cual se toma CO 2 del medio.

33 Tampón bicarbonato

34 SALES MINERALES

35 Dispersiones coloidales En el estado de sol predomina la fase dispersante. En el estado de gel predomina la fase dispersa.

36 Propiedades de las disoluciones verdaderas Se producen tres fenómenos en relación al movimiento de las partículas:  Difusión:Movimiento de moléculas a favor de gradiente de concentración, siempre del área de mayor concentración a la de menor.  Díálisis:Movimiento de partículas (agua y bajo PM) a través de una membrana semipermeable. Las moléculas de elevado PM quedan retenidas, se da una separación selectiva.  Osmosis: Movimiento de agua (por difusión) entre dos disoluciones de diferente concentración separadas por una membrana semipermeable.El movimiento se produce de la zona menos concentrada (solución hipotónica) a la más concentrada (solución hipertónica) hasta igualar las concentraciones (soluciones isotónicas).

37 Diálisis La hemodialisis sustituye a la filtración renal en las personas en las que ésta no funciona correctamente. Se eliminan así de la sangre UREA y OTROS METABOLITOS y se mantienen las moléculas más grandes y útiles como las PROTEÍNAS PLASMÁTICAS.

38 Difusión http://highered.mheducation.com/sites/0072495855/student_view0/chap ter2/animation__how_diffusion_works.html

39 ÓsmosisÓsmosis http://highered.mheducation.com/sites/0072495855/student_view0/chap ter2/animation__how_osmosis_works.html

40 ÓsmosisÓsmosis El disolvente atraviesa la membrana hasta igualar las concentraciones en ambas disoluciones (isotónicas). Medio hipertónico: mayor concentración de soluto.. Medios isotónicos Medio hipotónico: menor concentración de soluto

41 Presión osmótica La presión osmótica es la fuerza que hay que aplicar a una disolución para detener el flujo de disolvente a través de una membrana semipermeable.

42 Fenómenos osmóticos

43 Osmosis

44 Fenómenos osmóticos La ósmosis es también la causa de otros fenómenos:  La regulación del contenido hídrico de los protozoos de agua dulce mediante vacuolas contráctiles.  La absorción de agua por las raíces de las plantas. https://www.youtube.com/watc h?v=WY6mC3cgfYQ