BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

Presentación del tema: "BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS"— Transcripción de la presentación:

1 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
UNIDAD 3 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

2 BIOELEMENTOS

3 ELEMENTOS QUÍMICOS De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos. De estos sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta función.

4 ELEMENTOS QUÍMICOS

5 BIOELEMENTOS Elementos químicos que forman parte de la materia viva
Los bioelementos se agrupan para formar biomoléculas

6 BIOELEMENTOS 6

7 BIOELEMENTOS

8 BIOELEMENTOS Representan en su conjunto el 99% del total.
PRIMARIOS Representan en su conjunto el 99% del total. Son indispensables para formar las biomoléculas orgánicas o principios inmediatos (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), es decir las moléculas que forman parte de los seres vivos. Son: C, H, O, N, P y S.

9 BIOELEMENTOS Representan en su conjunto el 0,9% del total.
SECUNDARIOS Representan en su conjunto el 0,9% del total. Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados. Na+ , K+ , Ca2+ , Mg2+ , Cl-.

10 BIOELEMENTOS Son aquellos bioelementos que se
OLIGOELEMENTOS Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Se clasifican en: Indispensables: se encuentran en todos los seres vivos Mn, Fe, Co, Cu, Zn Variables: solamente los necesitan algunos organismos. B, Al, V, Mo, I, Si

11 BIOELEMENTOS 11

12 BIOELEMENTOS 12

13 BIOELEMENTOS PRIMARIOS – FUNCIONES

14 BIOELEMENTOS SECUNDARIOS – FUNCIONES

15 BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS ESENCIALES – FUNCIONES Mn Fe Co Cu Zn
Forma parte de enzimas del metabolismo de proteínas, factor de crecimiento y participa en procesos fotosintéticos Fe Necesario en la hemoglobina (transporte de oxígeno) y en citocromos (enzimas de la respiración celular) Co Necesario para la síntesis de vitamina B12 o cobalamina (formación de sangre) y enzimas necesarias para fijación de nitrógeno Cu Forma la hemocianina, la molécula de transporte de oxígeno en invertebrados (crustáceos, arácnidos y moluscos) Zn Abundante en el cerebro, en los órganos sexuales y en páncreas. Forma parte de la insulina

16 BLOQUE I ORIENTACIONES - 1
Defina qué es un bioelemento. Cite cinco ejemplos e indique la importancia biológica de cada uno de ellos. Los biolelementos o elementos biogénicos son elementos químicos que siempre están presentes en la materia viva, es decir, forman parte de los seres vivos. Se han identificado algo más de 70 bioelementos, casi todos ellos estables, excepto los gases nobles. En relación a los bioelementos, lo más importante no es el tipo de elementos presentes en la materia viva, sino la proporción en que se encuentra cada uno de ellos. Todos ellos son importantes para el buen funcionamiento de los seres vivos. Los cuatro bioelementos mayoritarios son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, siempre se encuentran presentes en los seres vivos constituyendo el 95 % en peso de la materia orgánica. Son, por tanto, los componentes esenciales con los que se construye la materia viva formando las biomoléculas o principios inmediatos, siendo los principales los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Los bioelementos secundarios son Na, K, Cl, Mg y Ca. Forman iones que participan en el equilibrio de cargas del medio interno. Son fundamentales en la transmisión de impulsos nerviosos. El calcio forma esqueletos y estructuras internas de los seres vivos y el magnesio participa en multitud de reacciones químicas como catalizador. El hierro y el magnesio son oligolementos esenciales y llevan a cabo funciones muy importantes en los seres vivos. El Fe forma parte de la hemoglobina, que es el pigmento respiratorio que transporte el oxígeno desde los alvéolos pulmonares hasta los distintos tejidos, donde es imprescindible para la respiración celular. El Cu forma parte de la clorofila, que es el pigmento fotosintético capaz de absorber la energía luminosa necesaria para transformar la materia inorgánica en orgánica.

17 BIOELEMENTOS PRIMARIOS

18 BIOELEMENTOS S P PRIMARIOS – PROPIEDADES
H, C, N, O, P y S poseen capas electrónicas incompletas. Forman enlaces covalentes. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 S P

19 BIOELEMENTOS PRIMARIOS – PROPIEDADES
1H, 6C, 7N, 8O, 15P y 16S poseen número atómico bajo y los compuestos formados son estables. N y O son electronegativos y forman moléculas polares solubles en agua (medio de reacciones bioquímicas). Se incorporan fácilmente a los seres vivos a partir de moléculas sencillas presentes en el medio externo (CO2, H2O, KNO3, K2PO3,Na2SO4).

20 BIOELEMENTOS PRIMARIOS – PROPIEDADES CARBONO (CAPÍTULO APARTE)
HIDRÓGENO: forma junto al carbono los hidrocarburos de gran importancia. Forma enlaces covalentes con cualquiera de los otros bioelementos primarios. OXÍGENO: forma junto a carbono e hidrógeno los distintos grupos funcionales (ver más adelante). Es fundamental en la respiración aeróbica, donde se emplea para sustituir átomos de hidrógeno liberando energía.

21 BIOELEMENTOS PRIMARIOS – PROPIEDADES
NITRÓGENO: forma parte de los grupos amino de aminoácidos (proteínas) y de bases nitrogenadas (ácidos nucleicos). Se incorpora a la mayoría de seres vivos en forma de ión nitrato (NO3). AZUFRE: forma parte de determinados aminoácidos formando puentes disulfuro en la estructura de proteínas. FÓSFORO: forma los grupos fosfato de moléculas con funciones energéticas: AMP, ADP, ATP También es constituyente de ácidos nucleicos (ADN y ARN), fosfolípidos de membranas y fosfatos en huesos

22 CARBONO

23 CARBONO

24 CARBONO 24

25 CARBONO 25

26 CARBONO 26

27 CARBONO 27

28 CARBONO 28

29 BLOQUE I ORIENTACIONES - 2
Destacar las propiedades físico-químicas del carbono El átomo de carbono es un elemento químico perteneciente al periodo 2, por lo que su configuración electrónica alcanza hasta el segundo nivel (1s2 2s2 2p2). De los seis electrones de su corteza electrónica, cuatro pertenecen a la capa más externa. De esta manera, el carbono pertenece al grupo 14 del sistema periódico, donde todos los elementos del grupo poseen cuatro electrones en su última capa. A todos estos elementos les faltan otros cuatro electrones para alcanzar la estructura electrónica más estable de los gases nobles (regla del octeto). Así pues, el átomo de carbono tiene la capacidad de formar hasta cuatro enlaces covalentes, dado que puede aceptar hasta cuatro electrones en su estructura electrónica para alcanzar la configuración estable del neón (1s2 2s2 2p6). En los compuestos orgánicos el átomo de carbono siempre es tetravalente (se comporta con valencia +4).

30 BLOQUE I ORIENTACIONES - 2’ El porqué del carbono.
La vida en la Tierra está basada en el carbono, hasta tal punto que no conocemos ningún compuesto relacionado con la vida en el que no esté presente (la única excepción podría ser el agua). El carbono presenta unas propiedades químicas muy interesantes, que explican su posición de privilegio: · En primer lugar, el carbono tiene valencia 4. La valencia es el número de uniones que es capaz de formar un átomo con cualquier otro, y el carbono puede hacerlo con otros cuatro, uno de los valores más altos posibles en la química (al menos para átomos pequeños). · En segundo lugar, el carbono es capaz de unirse a sí mismo para formar largas cadenas, o incluso redes tridimensionales, y se trata de uniones muy fuertes; el caso más extremo lo tenemos cuando cada átomo de carbono se une a otros cuatro, constituyendo así una estructura formada sólo por carbono: esa estructura es el diamante, la sustancia más dura conocida. Sin llegar a tales extremos, es evidente que la unión de 2 ó 3 átomos de carbono será muy fuerte. Además, a esas cadenas o redes de carbono pueden unirse otros átomo, especialmente los otros antes mencionados, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Se forman así muchísimos compuestos enormemente complejos, justamente el tipo de complejidad que hace posible la vida.

31 BLOQUE I ORIENTACIONES - 2’ ¿Puede haber vida basada en el silicio?
Es difícil. Empezando porque el silicio no forma cadenas ni redes consigo mismo. Es un átomo demasiado grande para poder formar ese tipo de estructuras. Lo más parecido son las estructuras con oxígeno como unión entre dos átomos de silicio; se forman así cadenas y redes tridimensionales de gran tamaño, pero el resultado es casi siempre una roca. Estos compuestos de silicio y oxígeno (es decir de sílice) carecen de las complejidades de los compuestos de los seres vivos, son demasiado simples; además, son todos sólidos insolubles, que sólo reaccionan estando fundidos a temperaturas del orden de 1.000ºC (temperaturas típicas de la lava fundida, pero no de los seres vivos). Sólo existen unos compuestos de silicio que tienen algunas propiedades conocidas en los compuestos de los seres vivos; son las siliconas, compuestos de silicio, carbono, oxígeno e hidrógeno. Podrían existir siliconas en algún ser vivo, pero si nos fijamos bien, ya se nos coló el carbono por el camino... De todos modos, todos los compuestos de silicona conocidos son artificiales, no se conoce ninguno en un ser vivo.

32 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
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33 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
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34 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
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35 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
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36 CARBONO 36

37 CARBONO 37

38 CARBONO 38

39 CARBONO 39

40 CARBONO 40

41 CARBONO 41

42 CARBONO 42

43 CARBONO 43

44 CARBONO 44

45 CARBONO 45

46 CARBONO 46

47 CARBONO 47

48 CARBONO 48

49 CARBONO 49

50 CARBONO 50

51 CARBONO 51

52 CARBONO 52

53 CARBONO 53

54 CARBONO 54

55 CARBONO 55

56 CARBONO 56

57 CARBONO 57

58 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
58

59 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES

60 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES 60

61 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES 61

62 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES 62

63 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES 63

64 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES 64

65 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES 65

66 BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES 66

67 BIOMOLÉCULAS

68 BIOMOLÉCULAS Están formadas por elementos biogénicos o biomoléculas
Reciben el nombre de principios inmediatos ya que pueden obtenerse fácilmente mediante técnicas sencillas (filtraciones, disoluciones, ultracentrifugaciones, precipitación química, etc.)

69 SERES VIVOS BIOMOLÉCULAS

70 BIOMOLÉCULAS 70

71 BIOMOLÉCULAS 71

72 BIOMOLÉCULAS 72

73 BIOMOLÉCULAS 73

74 BIOMOLÉCULAS 74

75 BIOMOLÉCULAS 75

76 BIOMOLÉCULAS 76

77 BIOMOLÉCULAS 77

78 BIOMOLÉCULAS 78

79 BIOMOLÉCULAS 79

80 BIOMOLÉCULAS 80

81 BIOMOLÉCULAS 81

82 BIOMOLÉCULAS 82

83 EL AGUA

84 EL AGUA

85 EL AGUA

86 EL AGUA ESPECIE: los organismos acuáticos contienen un
FACTORES QUE DETERMINAN LA CANTIDAD DE AGUA ESPECIE: los organismos acuáticos contienen un porcentaje muy elevado de agua (99% en algunos casos). Las especies de medios terrestres áridos tienen los contenidos más bajos. El ser humano tiene un 63%. EDAD: la cantidad de agua disminuye con la edad, de esta manera los tejidos jóvenes tienen mayor cantidad de agua que los viejos (endurecidos). TIPO DE TEJIDO: los tejidos con mayor actividad metabólica tienen más agua que los de sostén (rígidos)

87 EL AGUA CONTENIDOS EN AGUA

88 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA

89 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA
El agua a temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar si se considera que otras moléculas de similar peso molecular, como el CO2 , son gases. La razón está en que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, ya que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el oxígeno, convirtiéndose en una molécula dipolar: alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

90 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA

91 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA
Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno formando grupos de 3, 4 y hasta 9 moléculas: la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas cercanas.

92 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA
PUENTE DE HIDRÓGENO Gracias a los puentes de hidrógeno el agua es líquida a temperaturas a las que otras sustancias son gaseosas

93 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA

94 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA

95 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA Los enlaces por puentes de Hidrógeno
son mucho más débiles que los enlaces covalentes. Los puentes de hidrógeno tienen una duración media de segundos. Los puentes de hidrógeno se rompen y se forman nuevamente de manera constante, lo que mantiene las interacciones y permite que las moléculas de agua se unan con fuerza considerable. Los puentes de hidrógeno confieren una gran fuerza de cohesión interna al agua líquida.

96 EL AGUA ESTRUCTURA QUÍMICA

97 EL AGUA PROPIEDADES

98 EL AGUA CARACTERÍSTICAS

99 EL AGUA CARACTERÍSTICAS

100 EL AGUA CARACTERÍSTICAS

101 EL AGUA CARACTERÍSTICAS

102 EL AGUA CARACTERÍSTICAS

103 EL AGUA CARACTERÍSTICAS

104 EL AGUA CARACTERÍSTICAS

105 EL AGUA FUNCIONES BIOLÓGICAS

106 EL AGUA FUNCIONES El agua, gracias a sus particulares características, realiza una serie de funciones imprescindibles para la vida. Son: Disolvente: la molécula de agua, por solvatación o hidratación iónica, facilita la disolución de sales en cationes y aniones. Por ello es el medio donde se realizan todas las reacciones químicas. Reactivo: el agua interviene en muchas reacciones químicas como por ejemplo la hidrólisis. Transportadora: el agua es el medio de transporte desde el exterior al interior de los organismos y en el propio organismo, así como en la ascensión de la savia bruta en las plantas. Estructural: las células que no poseen una pared rígida mantienen su forma y volumen gracias a la presión que ejerce el agua. Amortiguador mecánico: por ejemplo la presencia de agua en las articulaciones de vertebrados evita el rozamiento de los huesos. Termoreguladora: funciona como un amortiguador térmico debido a su alto calor específico y de vaporización.

107 EL AGUA PROPIEDADES

108 EL AGUA Elevada fuerza de adhesión  CAPILARIDAD
PROPIEDADES Elevada fuerza de adhesión  CAPILARIDAD El agua tiene la capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la adhesión de las moléculas de agua a las paredes del conducto y a la cohesión de las moléculas de agua entre sí (CAPILARIDAD). A este fenómeno se debe la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.

109 EL AGUA Elevada fuerza de cohesión  VOLUMEN Y TURGENCIA
PROPIEDADES Elevada fuerza de cohesión  VOLUMEN Y TURGENCIA Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un ESQUELETO HIDROSTÁTICO, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

110 EL AGUA Elevada fuerza de cohesión  TENSIÓN SUPERFICIAL
PROPIEDADES Elevada fuerza de cohesión  TENSIÓN SUPERFICIAL También explica el hecho de que su superficie ofrezca mucha resistencia a romperse permitiendo a muchos organismos vivir asociados a esa película superficial (TENSIÓN SUPERFICIAL). htthttp://

111 EL AGUA Gran calor específico.  TERMOREGULADOR
PROPIEDADES Gran calor específico.  TERMOREGULADOR Todas las sustancias para elevar su temperatura necesitan un aporte de calor. El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a 1 gramo de agua para que su temperatura se eleve 1º C. En el caso del agua es una caloría y es un valor relativamente alto. Esto permite que el agua pueda absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Así se convierte en un magnífico estabilizador térmico (TERMOREGULADOR) del organismo frente a cambios bruscos de temperatura en el ambiente.

112 EL AGUA Elevado calor de vaporización.  TERMOREGULADOR
PROPIEDADES Elevado calor de vaporización.  TERMOREGULADOR Los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa.

113 EL AGUA PROPIEDADES Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido  TERMOAILANTE Esto explica que el hielo flote en el agua formando una capa termoaislante permitiendo la vida bajo ella.

114 EL AGUA PROPIEDADES El agua es el único líquido que al disminuir su temperatura y congelarse disminuye su densidad, por lo que el hielo flotará sobre el agua líquida. El agua alcanza su máxima densidad a 4º C. La importancia biológica de este hecho es que cuando las masas de agua se congelan lo hacen de arriba hacia abajo ya que el hielo tiene menor densidad que el agua líquida. La capa de hielo actúa como aislante térmico y puede ser que la masa de agua no termine de congelarse, permitiendo la supervivencia de los organismos acuáticos.

115 EL AGUA Elevada constante dieléctrica  PODER DISOLVENTE PROPIEDADES
Gracias a esta propiedad el agua tiene una gran capacidad disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Por tener moléculas polares, disuelve compuestos iónicos (sales) y covalentes polares (glúcidos). El proceso se debe a que las moléculas polares del agua se disponen alrededor de las moléculas polares del soluto, llegando a romperlos en aniones y cationes en el caso de compuestos iónicos. Este fenómeno se llama solvatación iónica. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: medio donde ocurren las reacciones del metabolismo y ser el sistema de transporte.

116 EL AGUA Elevada constante dieléctrica. PROPIEDADES
Solvatación iónica de redes cristalinas

117 EL AGUA PROPIEDADES

118 EL AGUA PROPIEDADES

119 EL AGUA PROPIEDADES

120 EL AGUA PROPIEDADES

121 EL AGUA PROPIEDADES

122 EL AGUA PROPIEDADES

123 EL AGUA H2O + H2O H3O+ + OH- Bajo grado de ionización.
PROPIEDADES Bajo grado de ionización. El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de: agua molecular (H2O ) protones hidratados o hidronios (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-). H2O + H2O H3O+ + OH- + - + +

124 EL AGUA Bajo grado de ionización.
PROPIEDADES Bajo grado de ionización. Sin embargo sólo 1 de moléculas de agua se encuentra ionizada (1 · moles). moles Por ello la concentración de iones hidronio (H3O+ ) e hidroxilo (OH-) es muy baja (10-7 moles por litro). Por ello si le añadimos un ácido (añadimos H3O+) o una base (añadimos OH-) estos valores varían bruscamente.

125 EL AGUA Bajo grado de ionización.
PROPIEDADES Bajo grado de ionización. El pH se define como el logaritmo con signo negativo de la concentración de iones H3O+ (hidronios) . pH= log = -log [H3O+] El pH del agua será por lo tanto de 7 pH= -log [10-7] = 7 moles [H3O+] 1

126 H2O + H2O H3O+ + OH- + - + + + - Ión hidroxilo Ión hidronio

127 HA + H2O H3O+ + A- HOB + H3O+ 2H2O + B+
Los ácidos disminuyen el pH del agua pues aportan iones [H3O+]. HA + H2O H3O+ + A- Las bases aumentan el pH del agua pues captan iones [H3O+]. HOB + H3O H2O + B+ si el pH < 7, la disolución será ácida; si el pH = 7, será neutra; si el pH > 7, será básica. El pH es importante en los procesos de obtención de energía: fotosíntesis y respiración celular.

128 Los ácidos disminuyen el valor del pH del agua pues aportan iones [H3O+].
H2O + HA H3O+ + A- + -

129 pH= -log [H3O+]= -log [10-5]=5
¿Por qué el valor del pH disminuye al añadir un ácido, si los ácidos aumentan la cantidad de iones [H3O+]? Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La cantidad de iones [H3O+] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya sabemos. Ahora le añadimos un ácido y, volvamos a suponer, que este aumenta en un factor de 100 la cantidad de iones [H3O+]. Ahora tendremos: [H3O+]= 10-7*100=10-5 pH= -log [H3O+]= -log [10-5]=5 Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 5.

130 Las bases aumentan el valor del pH del agua pues captan iones [H3O+].
HOB + H3O H2O + B+ + +

131 pH= -log [H3O+]= -log [10-10]=10
¿Por qué el valor del pH aumenta al añadir una base, si las bases disminuyen la cantidad de iones [H3O+]? Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La cantidad de iones [H3O+] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya sabemos. Ahora le añadimos una base y, volvamos a suponer, que los iones OH- desprendidos por la base captan los iones [H3O+] y estos disminuyen en un factor de Ahora tendremos: [H3O+]= 10-7/1000=10-7x10-3=10-10 pH= -log [H3O+]= -log [10-10]=10 Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 10.

132 PAPEL DEL AGUA EN LOS EQUILIBRIOS ÁCIDO BASE

133 DE PROPIEDADES Y FUNCIONES BIOLÓGICAS
EL AGUA RESUMEN DE PROPIEDADES Y FUNCIONES BIOLÓGICAS

134 EL AGUA PROPIEDADES - ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN: a) incompresibilidad
b) elevada tensión superficial c) capilaridad - ELEVADO CALOR ESPECÍFICO: termoregulación - ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN: refrigerante - DENSIDAD ANÓMALA: termoaislante - ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA: a) poder disolvente (solvatación) b) medio de reacción - BAJO GRADO DE IONIZACIÓN: pH

135 EL AGUA

136 EL AGUA

137 BLOQUE I ORIENTACIONES - 2
Describa la estructura molecular del agua y relaciónela con sus propiedades físico-químicas. La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H es de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace. Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.

138 BLOQUE I ORIENTACIONES - 2
Resalte su papel biológico como disolvente, reactivo químico, termoregulador y en función de su densidad y tensión superficial. PROPIEDADES DEL AGUA Y FUNCIONES BIOLÓGICAS 1) ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA  ACCIÓN DISOLVENTE El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.

139 BLOQUE I ORIENTACIONES - 2
Resalte su papel biológico como disolvente, reactivo químico, termoregulador y en función de su densidad y tensión superficial. PROPIEDADES DEL AGUA Y FUNCIONES BIOLÓGICAS 2) ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA  MEDIO DE REACCIÓN La capacidad disolvente del agua, su abundancia en el medio natural y el hecho de que permanezca líquida a temperatura ambiente hacen que el agua sea un excelente vehículo de transporte y el medio donde tienen lugar la mayoría de reacciones químicas del organismo. 3) GRAN CALOR ESPECÍFICO  TERMOREGULADOR También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno 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 . 4) ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN  TERMOREGULADOR Y REFRIGERANTE Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera.

140 BLOQUE I ORIENTACIONES - 2
Resalte su papel biológico como disolvente, reactivo químico, termoregulador y en función de su densidad y tensión superficial. PROPIEDADES DEL AGUA Y FUNCIONES BIOLÓGICAS 5) DENSIDAD ANÓMALA  TERMOAISLANTE El agua es el único líquido que al disminuir su temperatura y congelarse disminuye su densidad, por lo que el hielo flotará sobre el agua líquida. El agua alcanza su máxima densidad a 4º C. La importancia biológica de este hecho es que cuando las masas de agua se congelan lo hacen de arriba hacia abajo ya que el hielo tiene menor densidad que el agua líquida. La capa de hielo actúa como aislante térmico y puede ser que la masa de agua no termine de congelarse, permitiendo la supervivencia de los organismos acuáticos. 6) ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN  ESQUELETO HIDROSTÁTICO Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático. 7) ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL  INTERFASE También explica el hecho de que su superficie ofrezca mucha resistencia a romperse permitiendo a muchos organismos vivir asociados a esa película superficial.

141 BLOQUE I ORIENTACIONES – 2´
Describa las funciones del agua en los seres vivos FUNCIONES DEL AGUA Debido a sus peculiares propiedades, el agua desempeña funciones muy importantes en los organismos vivos. Las principales son: 1) Función disolvente El agua es básica para la vida ya que casi todas las reacciones biológicas transcurren en medio acuoso. 2) Función bioquímica El agua interviene en multitud de reacciones bioquímicas (hidrólisis, digestión, fotosíntesis, etc.) 3) Función de transporte El agua actúa como vehículo de transporte de sustancias tanto hacia el interior como hacia el exterior de los organismos. En las plantas puede circular en contra de las fuerzas de gravedad. 4) Función estructural El agua ejerce una presión interna dentro de la células que les permite mantener su forma en ausencia de una membrana rígida. 5) Función mecánica amortiguadora El agua sirve como amortiguador al actuar como escudo contra golpes. 6) Función termoreguladora El agua absorbe gran cantidad de energía antes de cambiar de estado lo cual permite su acción termoreguladora y refrigerante.

142 LAS SALES MINERALES

143 SALES MINERALES DEFINICIÓN
Las sales minerales son moléculas inorgánicas de fácil ionización en presencia de agua y que en los seres vivos aparecen tanto precipitadas, como disueltas, como asociadas.

144 SALES MINERALES (DISUELTAS) (PRECIPITADAS) Asociadas

145 SALES MINERALES FUNCIONES Formación de estructuras esqueléticas
Mantener el grado de salinidad del medio Acciones específicas de los iones (hierro en hemoglobina, yodo en la hormona tiroidea y magnesio en la clorofila). Estabilizar dispersiones coloidales Constituir soluciones amortiguadoras

146 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales precipitadas
Constituyen estructuras sólidas, insolubles con funciones esqueléticas: - Carbonato cálcico en conchas de moluscos - Fosfato cálcico en los huesos - Dióxido de silicio en exoesqueletos CaCO3 Ca3(PO4)2 SiO2

147 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales asociadas
Son moléculas que suelen encontrarse junto a proteínas (fosfoproteínas), lípidos (fosfolípidos) o glúcidos (agar-agar). Proteínas Lípidos

148 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales disueltas
Las sales minerales disueltas en agua siempre están ionizadas. ,NO3-

149 SALES MINERALES TIPOS

150 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales disueltas Funciones específicas
Estas sales tienen función estructural y funciones de regulación del pH, de la presión osmótica y de reacciones bioquímicas, en las que intervienen iones específicos. Participan en reacciones químicas a niveles electrolíticos.

151 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales disueltas Reguladoras de pH

152 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales disueltas Reguladoras de pH
Otro ejemplo es el sistema tampón bicarbonato: Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio exterior.

153 PAPEL DEL AGUA EN LOS EQUILIBRIOS ÁCIDO BASE
Otro ejemplo es el sistema tampón bicarbonato: Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio exterior.

154 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales disueltas
Reguladoras de presión osmótica Cuando existen dos disoluciones de diferente concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar sólo al disolvente y no al soluto) se produce el paso del disolvente desde el medio menos concentrado (hipotónico o hipoosmótico) hacia el menos concentrado (hipertónico o hiperosmótico) hasta que se igualan las concentraciones.

155 SALES MINERALES TIPOS Sales minerales disueltas
Reguladoras de presión osmótica Se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

156 SALES MINERALES EQUILIBRIOS OSMÓTICOS
PLASMOLISIS TURGENCIA EQUILIBRIOS OSMÓTICOS Fenómenos osmóticos en los glóbulos rojos de la sangre

157 SALES MINERALES EQUILIBRIOS OSMÓTICOS
Fenómenos osmóticos en células vegetales TURGENCIA PLASMOLISIS

158 SALES MINERALES DIÁLISIS
Un fenómeno similar a la ósmosis es la diálisis, proceso que ocurre cuando la membrana que separa dos disoluciones deja pasar, además del agua, moléculas de bajo peso molecular (pm) éstas atraviesan la membrana hacia el lado donde su concentración es menor. Sólo las moléculas pequeñas pueden atravesar la membrana, pudiendo así separarse de las moléculas grandes. Este proceso es la base de la hemodiálisis, técnica que se emplea en Medicina cuando el riñón no puede realizar correctamente su función. Básicamente, consiste en hacer pasar la sangre por un circuito donde una membrana de las características descritas separa la sangre de una disolución muy diluida. Los componentes de la sangre de bajo Pm atraviesan esta membrana y pasan a la disolución.De esta forma, la sangre queda desprovista de sustancias tóxicas resultantes del metabolismo celular, como la urea; pero también ha perdido sustancias que son necesarias como H2O, sales, glucosa, aminoácidos, etc; por ello, antes de introducir la sangre en el enfermo hay que reincorporarle estas sustancias.

159 Disoluciones y dispersiones
MEZCLAS ACUOSAS Disoluciones y dispersiones

160 MEZCLAS ACUOSAS TIPOS En los seres vivos se suelen dar dos tipos de mezclas de biomoléculas y agua las cuáles tienen distintas propiedades: - Disoluciones verdaderas: los solutos son moléculas de bajo pm (cristaloides). - Dispersiones coloidales: los solutos son moléculas de alto pm (coloides).

161 MEZCLAS ACUOSAS DISOLUCIONES VERDADERAS PROPIEDADES - Difusión: capaces de repartir de forma homogénea las partículas de un fluido (gas o líquido) en el seno de otro, al ponerlos en contacto. Se debe a la constante agitación que tienen las moléculas de agua. - Ósmosis - Control del grado de acidez o pH.

162 MEZCLAS ACUOSAS DISPERSIONES COLOIDALES PROPIEDADES - Produce estado gel: estado semisólido producido por la combinación de un líquido y sustancias hidrófilas que lo retienen por capilaridad e hidratación. Aspecto gelatinoso o viscoso. - Elevada viscosidad: resistencia interna al movimiento - Elevado poder adsorbente: adhesión de moléculas que quedan unidas a la mezcla. - Efecto Tyndall: la dispersión tien cierta opacidad cuando se ilumina lateralmente - Sedimentación: separación por gravedad - Diálisis: separació por presión osmótica - Electroforesis: separación por campo eléctrico

163 MEZCLAS ACUOSAS DISPERSIONES COLOIDALES

164 MEZCLAS ACUOSAS DISPERSIONES COLOIDALES

165 BLOQUE I ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los equilibrios osmóticos y ácido base Cuando existen dos disoluciones de diferente concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar sólo al disolvente y no al soluto) se produce el paso del disolvente desde el medio menos concentrado (hipotónico o hipoosmótico) hacia el menos concentrado (hipertónico o hiperosmótico) hasta que se igualan las concentraciones. Se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

166 BLOQUE I ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los equilibrios osmóticos y ácido base La presión osmótica provoca que las células tanto animales como vegetales Sufran los llamados fenómenos de plasmolisis (medio hipertónicos) o turgencia (medios hipotónicos) PLASMOLISIS TURGENCIA TURGENCIA PLASMOLISIS

167 BLOQUE I H2O + H2O H3O+ + OH- ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los equilibrios osmóticos y ácido base El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de: agua molecular (H2O) protones hidratados o hidronios (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-). H2O + H2O H3O+ + OH- moles

168 BLOQUE I HA + H2O H3O+ + A- HOB + H3O+ 2H2O + B+ ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los equilibrios osmóticos y ácido base Los ácidos disminuyen el pH del agua pues aportan iones [H3O+]. HA + H2O H3O+ + A- Las bases aumentan el pH del agua pues captan iones [H3O+]. HOB + H3O H2O + B+ si el pH < 7, la disolución será ácida; si el pH = 7, será neutra; si el pH > 7, será básica.

169 BLOQUE I ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los equilibrios osmóticos y ácido base