Objetivo: Explicar las funciones biològicas del agua en los seres vivos, desde la descripciòn como elemento termorregulador, vehìculo de transporte, formador.

Presentación del tema: "Objetivo: Explicar las funciones biològicas del agua en los seres vivos, desde la descripciòn como elemento termorregulador, vehìculo de transporte, formador."— Transcripción de la presentación:

1 Objetivo: Explicar las funciones biològicas del agua en los seres vivos, desde la descripciòn como elemento termorregulador, vehìculo de transporte, formador de biomolèculas y el anàlisis crìtico de su importancia dentro de las funciones metabòlicas de los sistemas de vida. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc. Teresa Audesirk Gerald Audesirk Bruce E. Byers Biología: la vida en la Tierra Octava Edición https://youtu.be/Jn6xNiO11GA

2 El lagarto basilisco y los patinadores sobre hielo aprovechan las propiedades únicas del agua.

3 Contenido del capítulo 2 2.1 ¿Qué son los átomos? 2.2 ¿Cómo interactúan los átomos para formar moléculas? 2.3 ¿Por qué el agua es tan importante para la vida? Observar videos: https://youtu.be/NDyCd0cVAwQ https://youtu.be/9qhZ_3p0Kb8 https://youtu.be/HajkW_OmlvE

4 2.1 ¿Qué son los átomos? –Los átomos son unidades estructurales fundamentales de la materia y se componen de partículas aún más pequeñas. –Los electrones giran alrededor del núcleo atómico a distancias fijas. –La vida depende de la capacidad de los electrones para captar y liberar energía. Contenido de la sección 2.1

5 Átomos Los átomos son las unidades estructurales fundamentales de la materia y se componen de tres tipos de partículas. En el núcleo central hay protones, que tienen carga positiva, y neutrones, que no tienen carga. Los electrones giran alrededor del núcleo atómico y son partículas con carga negativa.

6 Los átomos son eléctricamente neutros porque tienen el mismo número de electrones y protones. Átomos

7 FIGURA 2-1 Modelos atómicos Representaciones estructurales de los dos átomos más pequeños: a) hidrógeno y b) helio. En estos modelos simplificados, los electrones (en azul tenue) se muestran como planetas en miniatura, que giran en órbitas específicas alrededor de un núcleo que contiene protones (en café) y neutrones (en azul intenso).

8 Papeles que desempeñan los núcleos y las capas de electrones: –Los núcleos ofrecen estabilidad. –Las capas de electrones permiten interacciones (por ejemplo, para formar enlaces) con otros átomos. Capas de electrones

9 Captar y liberar energía La vida depende de la capacidad de los electrones para captar y liberar energía. –Las capas de electrones corresponden a niveles de energía. –Cuando un átomo se excita usando energía provoca que los electrones salten de una capa de electrones de menor energía a otra de mayor energía. –Poco después, el electrón regresa espontáneamente a su capa de electrones original, liberando la energía.

10 FIGURA 2-3 La energía se capta y se libera Un electrón absorbe energía energía

11 FIGURA 2-3 La energía se capta y se libera Un electrón absorbe energía energía La energía impulsa al electrón hacia un nivel de energía superior

12 FIGURA 2-3 La energía se capta y se libera Un electrón absorbe energía energía El electrón regresa a la capa de menor nivel de energía y libera la energía en forma de luz Luz La energía impulsa al electrón hacia un nivel de energía superior

13 Contenido de la sección 2.2 2.2 ¿Cómo interactúan los átomos para formar moléculas? –Los átomos interactúan con otros átomos cuando hay vacíos en sus capas de electrones más externas. –Los átomos con carga (iones) interactúan para formar enlaces iónicos. –Los átomos sin carga pueden estabilizarse compartiendo electrones para formar enlaces covalentes. –Casi todas las moléculas biológicas emplean enlaces covalentes. –El electrón que se comparte determina si un enlace covalente es polar o no polar. –Los radicales libres son altamente reactivos y pueden dañar las células. –Los puentes de hidrógeno son atracciones eléctricas entre las moléculas que tienen enlaces covalentes polares o dentro de éstas.

14 Interacción de los átomos Las moléculas constan de dos o más átomos que se mantienen unidos gracias a las interacciones en sus capas de electrones. Una sustancia cuyas moléculas están formadas por diferentes tipos de átomos se llama compuesto.

15 Las reacciones de los átomos dependen de la configuración de los electrones en la capa de electrones más externa. Interacción de los átomos

16 Un átomo no reaccionará con otros átomos si su capa de electrones más externa está totalmente llena o vacía (tal átomo es inerte). –Ejemplo: el neón, que tiene 8 electrones en su capa más externa (está llena). Interacción de los átomos

17 Un átomo reaccionará con otros átomos si su capa de electrones más externa está sólo parcialmente llena (tal átomo es reactivo). –Ejemplo: el oxígeno, que tiene 6 electrones en su capa más externa (y puede contener hasta 2 electrones). Interacción de los átomos

18 Los átomos reactivos ganan estabilidad con las interacciones de los electrones (reacciones químicas). –Los electrones se pueden perder hasta vaciar la capa externa. –Los electrones se pueden ganar hasta llenar la capa externa. –Los electrones se pueden compartir entre los átomos si ambos tienen capas externas llenas. Interacción de los átomos

19 Los átomos de hidrógeno y oxígeno pueden ganar estabilidad reaccionando entre sí. Los únicos electrones de dos átomos de hidrógeno llenarían la capa externa del átomo de oxígeno. Interacción de los átomos

20 FIGURA 2-6 Los enlaces covalentes implican compartir electrones entre átomos Al oxígeno le faltan dos electrones para llenar su capa externa, así que puede formar un enlace covalente polar con dos átomos de hidrógeno para formar agua. El oxígeno ejerce una mayor atracción que el hidrógeno sobre los electrones, así que el extremo de la molécula donde está el oxígeno posee una pequeña carga negativa (-), mientras que el extremo donde está el hidrógeno cuenta con una pequeña carga positiva (+). PREGUNTA: En los enlaces polares de agua, ¿por qué la atracción del oxígeno sobre los electrones es mayor que la del hidrógeno?

21 Las fuerzas de atracción (enlaces químicos) mantienen unidos a los átomos de las moléculas. Interacción de los átomos

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23 Enlaces covalentes Un átomo con su capa de electrones externa parcialmente llena puede estabilizarse compartiendo electrones. Un enlace covalente comparten dos electrones (uno de cada átomo).

24 FIGURA 2-6(a) Los enlaces covalentes implican compartir electrones entre átomos. En el gas hidrógeno se comparte un electrón de cada átomo de hidrógeno para formar un enlace covalente no polar sencillo.

25 Los enlaces covalentes se encuentran en H 2 (un enlace), O 2 (dos enlaces), N 2 (tres enlaces) y H 2 O. Los enlaces covalentes son más fuertes que los enlaces iónicos, pero su estabilidad varía. Enlaces covalentes

26 Casi todas las moléculas biológicas emplean enlaces covalentes. Enlaces covalentes

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28 Enlaces covalentes polares Los átomos de una molécula pueden tener diferentes cargas. Los átomos que tienen una mayor carga positiva atraen con mayor fuerza a los electrones en un enlace covalente.

29 En moléculas biatómicas como H 2, ambos átomos atraen a los electrones con más fuerza, esto se llama enlace covalente no polar. Enlaces covalentes polares

30 FIGURA 2-7 Enlace covalente no polar (sin carga)

31 En las moléculas donde hay átomos de diferentes elementos (H 2 O), los electrones no siempre se comparten equitativamente: estos enlaces covalentes son polares. Enlaces covalentes polares

32 Una molécula con enlaces polares podría ser completamente polar. H 2 O es una molécula polar. –El polo (ligeramente) positivo está cerca del átomo de hidrógeno. –El polo (ligeramente) negativo está cerca del átomo de oxígeno. Enlaces covalentes polares

33 FIGURA 2-8 Enlaces covalentes polares en el agua

34 FIGURA 2-6a Los enlaces covalentes implican compartir electrones entre átomos.

35 FIGURA 2-6b Los enlaces covalentes implican compartir electrones entre átomos

36 Puentes de hidrógeno Las moléculas polares, como las de agua, tienen una carga parcial negativa. Los puentes de hidrógeno se forman cuando los átomos con carga parcial opuesta se atraen entre sí. –Los átomos de hidrógeno con carga parcial positiva de una molécula de agua atraen a los átomos de oxígeno con carga parcial negativa de otra

37 FIGURA 2-10 Puentes de hidrógeno Al igual que los niños que se toman con las manos sudorosas, las cargas parciales en diferentes partes de las moléculas de agua producen fuerzas de atracción débiles llamadas puentes de hidrógeno (líneas punteadas) entre los átomos de oxígeno y de hidrógeno en moléculas de agua contiguas. Conforme el agua fluye, dichos puentes se rompen y se vuelven a formar una y otra vez.

38 Las moléculas biológicas polares pueden formar puentes de hidrógeno con el agua, entre sí, o incluso dentro de la misma molécula. Los puentes de hidrógeno son un tanto débiles, pero en conjunto pueden ser muy fuertes. Puentes de hidrógeno

39 Contenido de la sección 2.3 2.3 ¿Por qué el agua es tan importante para la vida? –El agua interactúa con muchas otras moléculas. –Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas. –Las soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas y neutras. –Los amortiguadores ayudan a mantener las soluciones en un pH relativamente constante. –El agua modera los efectos de los cambios de temperatura. –El agua forma un sólido singular: el hielo.

40 El agua interactúa con muchas moléculas El agua es un excelente disolvente. –Puede disolver una amplia gama de sustancias para formar soluciones.

41 FIGURA 2-11 El agua como disolvente

42 Las moléculas que se disuelven en agua son hidrofílicas. –Las moléculas de agua, entre ellas los azúcares y los aminoácidos, rodean a los iones o moléculas polares y los disuelven. El agua interactúa con muchas moléculas

43 Las moléculas que se disuelven en agua son hidrofílicas. –Las moléculas de agua, entre ellas los azúcares y los aminoácidos, rodean a los iones o moléculas polares y los disuelven. El agua interactúa con muchas moléculas

44 FIGURA 3-3 Azúcar que se disuelve

45 Las moléculas que no se disuelven en agua son hidrofóbicas. –Las moléculas de agua repelen a las moléculas no polares sin carga, como las grasas y los aceites. –La tendencia, de las moléculas no polares, a agruparse se llama interacción hidrofóbica. El agua interactúa con muchas moléculas

46 FIGURA 2-12 El agua y el aceite no se mezclan Se vertió aceite amarillo en este vaso de precipitados con agua y el aceite sube hacia la superficie. El aceite flota porque es más ligero que el agua y forma gotitas debido a que es una molécula no polar hidrofóbica, la cual no es atraída hacia las moléculas polares del agua.

47 Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas Los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua producen gran cohesión. –La cohesión del agua explica cómo las moléculas de agua pueden formar una cadena para llevar la humedad a la parte superior de un árbol.

48 FIGURA 2-13b Cohesión entre moléculas de agua En las secuoyas gigantes, la cohesión mantiene juntas las moléculas de agua en hilos continuos, que van de las raíces a las hojas más altas, las cuales pueden alcanzar hasta 90 metros de altura.

49 La cohesión entre las moléculas de agua en la superficie del líquido produce tensión superficial. –Algunas arañas y ciertos insectos acuáticos dependen de la tensión superficial para caminar por la superficie de los estanques. Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas

50 FIGURA 2-13a Cohesión entre moléculas de agua. Manteniéndose a flote gracias a la tensión superficial, la araña pescadora corre sobre el agua para atrapar un insecto.

51 La propiedad de adhesión es la tendencia que tienen las moléculas de agua a pegarse a superficies polares o con cargas pequeñas. –La adhesión ayuda al agua a moverse dentro de los delgados tubos de las plantas hasta llegar a las hojas. Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas

52 Soluciones ácidas, básicas, y neutras Una pequeña fracción de moléculas de agua se divide en iones: H 2 O  OH - + H +

53 Las soluciones en las que H + > OH - son ácidas. –Por ejemplo, el ácido clorhídrico se ioniza en agua: HCl  H + + Cl - –El jugo de limón y el vinagre son soluciones ácidas producidas de manera natural. Soluciones ácidas, básicas, y neutras

54 Las soluciones en las que OH - > H + son básicas. –Por ejemplo, el hidróxido de sodio se ioniza en agua: NaOH  Na + + OH - –El bicarbonato de sodio, el blanqueador con cloro, y el amoniaco casero son soluciones básicas. Soluciones ácidas, básicas, y neutras

55 El grado de acidez de una solución se expresa en la escala de pH. –pH 0-6 son ácidas (H + > OH - ) –pH 7 es neutra (H + = OH - ) –pH 8-14 es básica (OH - > H + ) Soluciones ácidas, básicas, y neutras

56 El agua modera los efectos de los cambios de temperatura. –La temperatura refleja la rapidez de las moléculas. –Una caloría de energía, eleva 1°C la temperatura de 1 gramo de agua (calor específico); así que calienta muy lentamente. El agua modera la temperatura

57 El agua requiere de mucha energía para convertir un líquido en gas (calor de vaporización). –Cuando el agua se evapora, utiliza el calor de sus alrededores y los enfría (como ocurre cuando sudamos). El agua modera la temperatura

58 Debido a que el cuerpo humano está compuesto en su mayoría por agua, una persona que toma un baño de sol puede absorber mucha energía del calor sin que su temperatura se eleve demasiado. El agua modera la temperatura

59 FIGURA 2-16 El alto calor específico y el calor de vaporización del agua influyen en la conducta humana a) Como nuestros cuerpos están compuestos en su mayoría por agua, quienes toman el sol pueden absorber mucho calor sin aumentar drásticamente su temperatura corporal, como resultado del elevado calor específico del agua. b) El alto calor de vaporización del agua (enfriamiento por evaporación) y el calor específico, en conjunto, hacen que el agua sea un refrigerante muy efectivo para un día caluroso.

60 El agua debe extraer una cantidad considerablemente grande de energía de las moléculas de agua líquida, para poder congelarlas (calor de fusión). El agua se congela más lentamente que muchos otros líquidos. El agua modera la temperatura

61 El agua forma un sólido singular: el hielo Casi todos los líquidos se vuelven más densos al solidificarse. El hielo es un tanto peculiar porque es menos denso que el agua líquida.

62 Las moléculas de agua se mantienen ligeramente más alejadas durante el proceso de congelación. El agua forma un sólido singular: el hielo

63 FIGURA 2-17 Agua

64 FIGURA 2-17 Agua (izquierda) y hielo (derecha).

65 El hielo flota en el agua líquida. Los estanques y lagos se congelan de abajo hacia arriba, pero nunca hasta el fondo. –Por consiguiente, muchas plantas y peces no se congelan. El agua forma un sólido singular: el hielo