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UNIDAD 2
EL AGUA Y LAS SALES MINERALES
“El agua es el elemento y principio de las cosas.”
Tales de Mileto
1. EL AGUA DE LA MATERIA VIVA
• El agua es la molécula más abundante de la materia viva
• La cantidad de agua en los seres vivos es variable– Según el tipo de tejido: más agua cuanto más
actividad metabólica– Estado de desarrollo: más agua cuanto más joven.
• La obtención del agua por los seres vivos puede ser.– Exógena (del medio ambiente)– Endógena: a partir de otras moléculas orgánicas
mediante reacciones metabólicas
1.1 Características de la molécula de agua
• Formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes que forman un ángulo (104,5º)
• Eléctricamente neutra, aunque con diferente densidad de carga, lo que hace que adquiera carácter polar.
• Debido al carácter polar las moléculas de agua establecen entre si puentes de hidrógeno
Enlaces covalentes en la molécula de agua
Geometría molécula de agua
Geometría de la molécula de agua
2. PROPIEDADES DEL AGUA
• Elevada cohesión molecular
• Elevada tensión superficial
• Elevada fuerza de adhesión
• Elevado calor latente y específico• Densidad, mas densa en estado líquido que en
estado sólido
• Elevada constante dieléctrica
• Bajo grado de ionización
Capilaridad
Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños ascendiendo en contra de la acción de la gravedad
La savia bruta asciende por los vasos conductores de la planta gracias a la capilaridad
Elevado calor de vaporización
Para pasar de estado líquido a gaseoso el agua necesita absorber mucho calor para romper todos los enlaces de hidrógeno
Selectividad
• 36.- La hoja de una planta al sol tiene generalmente menos temperatura que las rocas de su entorno. ¿A qué propiedad fisicoquímica del agua se debe este hecho? Razone la respuesta [1]. (2007)
• Se debe a la propiedad de alto calor de evaporización del agua: se deberá exponer la relación de esta propiedad del agua y la termorregulación …..................................1 punto
La densidad del agua es máxima a 4ºC y en estado sólido es mucho menor, lo que permite que el hielo flote sobre el agua líquida y permita la vida en zonas polares
Densidad del agua
La elevada constante dieléctrica del agua tiende a disminuir las fuerzas de atracción entre los iones de las sales facilitando su disociación
Producto iónico del agua
El pH
3. FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA
1. Principal disolvente biológico, debido a su elevada constante dieléctrica
2. Función metabólica, el agua actúa como reactivo o producto de muchas reacciones metabólicas, como molécula o disociada en iones
3. Función estructural, debido a su elevada cohesión molecular
4. Función mecánica, debido a su elevada cohesión molecular
5. Función de transporte, debido a su elevada capacidad disolvente
6. Función termorreguladora, debido a su elevado calor específico y elevado calor de vaporización
7. Permite la vida acuática en climas fríos, debido a su máxima densidad en estado líquido
SELECTIVIDAD (JUNIO 2010)
• Describa [0,5] y dibuje [0,3] la estructura de la molécula de agua. Enumere cuatro propiedades fisicoquímicas del agua y relaciónelas con sus funciones biológicas [1,2].
4. LAS SALES MINERALES
• Son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos.
• Se pueden encontrar:
– Disueltas
– En estado sólido
– Asociadas a moléculas orgánicas
4.1 Sales minerales disueltas
Aniones• Cl-
• PO43-
• HPO42-
• CO32-
• HCO3-
• NO3-
Cationes• Na+
• Ca2+
• Mg2+• Fe2+
• Fe3+
• K+
Son las sales minerales solubles que se encuentran disociadas en iones
Forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares
Funciones de las sales en disolución
• Pueden cumplir funcionesA. De carácter general, para el mantenimiento
de la homeostasis
B. De carácter específico, dependiendo del sistema biológico
A. Funciones de tipo general
1. Mantener el grado de salinidad. 2. Regular la actividad enzimática, actuando como
cofactores3. Regular el equilibrio osmótico. 4. Controlar la contracción muscular. 5. Estabilizar dispersiones coloidales. 6. Producir gradientes electroquímicos, generando
potenciales de membrana 7. Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto
tampón.
B. Funciones específicasSodio
Transmisión del impulso nerviosoPotasio
Cloro
Calcio Contracción muscular y coagulación sanguínea
Hierro Transporte de oxígeno
Cinc Cofactor enzimático, modulador de la neurotransmisión
Manganeso Fotosíntesis
Disoluciones amortiguadoras del pH
• Son disoluciones que mantienen el pH constante cuando se le añade un ácido o una base.
• Están formadas por el equilibrio entre
ÁCIDO DÉBIL + BASE CONJUGADA
O
BASE DÉBIL + ÁCIDO CONJUGADO• Dos ejemplos de tampones:
– Sistema tampón bicarbonato (sangre)– Sistema tampón fosfato (medio intracelular)
H2PO4- + H2O ↔HPO4
2- + H3O+
TAMPON FOSFATO
TAMPON BICARBONATO
Selectividad. (Junio 2000, Comunidad Valenciana)
• 1. Concepto de sistema tampón. Cita algunos ejemplos biológicos de tampones inorgánicos.
La actividad biológica del medio interno celular se produce a un determinado valor de pH. Dados el bajo grado de ionización del H2O, si se le añade un ácido (se añade H3O+ ) o una base (se añade OH- ), aunque sea en muy poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. En los líquidos biológicos, sin embargo, y pese a estar constituidos únicamente por agua, la adición de ácidos o bases no varía apenas su pH. Ello se debe a que esos líquidos contienen sales minerales y proteínas disueltas que pueden ionizarse en mayor o menor grado dando lugar a H3O + o a OH- que contrarresten el efecto de las bases, o ácidos añadidos. Este efecto se denomina efecto tampón y estas disoluciones se las llama disoluciones amortiguadoras.
Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biológicos. Los más importantes son: el sistema tampón fosfato (H2PO4 / HPO4
2-)) en el medio intracelular y el sistema tampón bicarbonato (HCO3
- / H2CO3) en el medio extracelular.
Los sistemas tampón contienen dos especies iónicas en equilibrio. La alteración del pH del medio se contrarresta debido al desplazamiento del equilibrio entre estas dos especies. En el sistema tampón fosfato las dos especies son el ion dihidrógeno fosfato (H2PO4
-) y el monohidrógeno fosfato (HPO42-). Su equilibrio viene determinado
por la ecuación:H2PO4
- + H2O ↔HPO42- + H3O+
Por ejemplo, cuando en el interior celular se produce un aumento de la concentración de iones H3O+, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, y si, por el contrario, se produce una disminución, el equilibrio se desplaza en sentido contrario.
ACTIVIDADES
• Proyecto biosfera
4.2 Sales minerales precipitadas
• Desempeñan una función estructural, de protección o sostén
• Se pueden asociar a macromoléculas de tipo proteico que regulan el crecimiento de los cristales.
• Las más abundantes en los organismos son:– Silicatos– Carbonatos– Fosfatos
CARBONATO CÁLCICO
Foraminífero. Globigerina
Conchas de moluscos
Esponjas calcáreas
Algas diatomeas
Radiolarios
Gramineas
SILICATOS
5. CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA
• Coloide: mezcla formadas por una – Fase dispersante (agua)– Fase dispersa (grandes moléculas)
• Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos:– Sol: aspecto líquido espeso– Gel: aspecto semisólido
Medio de dispersión
Fase dispersa Nombre Ejemplos
GasLíquidoSólido
Aerosol líquidoAerosol sólido
Niebla, nubes,polvo, humo.
LíquidoGas
LíquidoSólido
EspumaEmulsión
Sol
Espumas (de jabón , cerveza, etc.), nata batida.Leche, mahonesa.Pinturas, tinta china, goma arábiga, jaleas
SólidoGas
LíquidoSólido
Espuma sólidaEmulsión sólida
Sol sólido
Piedra pómez.Mantequilla, queso.Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas
Sol
Gel
6. ÓSMOSIS
• Ósmosis: es el fenómeno de difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable desde una disolución más diluida a otra más concentrada.
• Membrana semipermeable: membrana que sólo permite el paso de disolventes, no de solutos
Concentración relativa de medios acuosos separados por membranas semipermeables
• Los medios acuosos pueden ser:
»HIPERTÓNICOS»HIPOTÓNICOS»ISOTÓNICOS
• Las moléculas se difunden desde los medios hipotónicos hacia los hipertónicos provocando un aumento de presión sobre la cara del compartimento hipotónico. A esta presión se denomina presión osmótica.
Ósmosis celular• Las membranas celulares se comportan como membranas semipermeables
MEDIO EXTRACELULAR HIPERTÓNICO
• Provoca:
•Salida de agua de la célula
•Disminución volumen celular
•Aumenta presión osmótica en el interior celular.
•Tiene como efectos:
•Plasmolisis (células vegetales)
•Crenación (células animales)
MEDIO EXTRACELULAR HIPOTÓNICO
Provoca:
•Entrada de agua al interior de la célula
•Aumento del volumen celular
•Disminución de la presión osmótica en el interior celular
•Tiene como efectos.
•Turgencia (células vegetales)
•Hemolisis (células animales)
Osmorregulación
• Los seres vivos están obligados a regular la presión osmótica– Seres unicelulares: pared celular, vacuolas pulsátiles– Vegetales: en medios hipotónicos la entrada de agua
en las células provoca turgencia y facilita el crecimiento de las plantas. En medios hipertónicos se marchitan
– Animales pluricelulares: Consiguen regular la cantidad de agua y sales mediante mecanismos de excreción
Selectividad27.- En la gráfica adjunta se representa la variación del volumen de una célula en función del tiempo. La célula fue colocada inicialmente en un medio con alta concentración de sales y a los 10 minutos fue transferida a un medio con agua destilada. Proponga una explicación razonada a los cambios de volumen que sufre la célula a lo largo del tiempo [1]. (2007)
El volumen de la célula disminuye en un medio con alta concentración de sales por pérdida de agua y aumenta en agua destilada por entrada de agua (procesos osmóticos) ........................................... 1 punto
29.- Un sistema de conservación de alimentos muy utilizado desde antiguo consiste en añadir una considerable cantidad de sal al alimento (salazón) para preservarlo del ataque de microorganismos que puedan alterarlo. Explique de forma razonada este hecho [1]. (2007)
La alta concentración de sal provoca la deshidratación de los microorganismos que intentan colonizar el alimento así protegido ................................................................................................................. 1 punto
75.- Se introducen células animales en tres tubos de ensayo: el tubo A tiene una solución hipertónica, el B una hipotónica y el C una isotónica. Exponga razonadamente lo que les ocurrirá a las células en cada uno de los tubos [1]. (2006)
Las del tubo A perderán agua (plasmólisis), a las del B les entrará (turgescencia), pudiendo llegar a lisarlas, y a las del C no les ocurrirá nada por ser isotónicas respecto al medio ............................................................... 1 punto
19.- En la figura 1 se representa un tubo en U cuyas ramas están separadas por una membrana semipermeable. La concentración salina es mayor en la rama B y menor en la A. Teniendo esto en cuenta, y una vez que haya transcurrido cierto tiempo, ¿cuál de las dos figuras, 2 ó 3, esperaría encontrar? [0,5]. Dibuje la figura resultante si la concentración salina fuese igual en ambas ramas [0,5]. Razone las respuestas. (2008)
Esperaría encontrar la figura 2, dado que mediante ósmosis tienden a igualarse las concentraciones salinas de ambas ramas pasando agua a través de la membrana semipermeable de la rama A (solución menos concentrada) a la B (solución más concentrada), aumentando el volumen de la rama B ....................... 0,5 puntos
Dibujo de la figura 1. Si las dos ramas tienen soluciones con la misma concentración salina no necesitan igualarse quedando ambas ramas con el volumen inicial .......................... 0,5 puntos
56.- En el Mar Muerto existe una elevada salinidad. Explique razonadamente por qué el número de especies en el Mar Muerto es menor que en otros mares [1]. (2006)
Deberá relacionarse la elevada salinidad con los procesos de plasmólisis (cualquier otra respuesta razonada se podrá dar como válida) .................................................................................................. 1 punto
60.- Al añadir un ácido a una disolución de cloruro sódico se produce un gran descenso en el valor del pH. Sin embargo, si se añade la misma cantidad de ácido al plasma sanguíneo apenas cambia el pH. Proponga una explicación para este hecho [1]. (2006)
La presencia de sales minerales con efecto tampón en el plasma amortigua los cambios en el pH ........................................................................................ 1 punto
70.- El contenido salino interno de los glóbulos rojos presentes en la sangre es del 0,9%. ¿Qué le pasaría a un organismo, si se le inyectara en la sangre una solución salina que hiciera que la concentración final de sales en sangre fuese del 2,2%? [0,5]. ¿Y si la concentración final fuese del 0,01%? [0,5]. Razone las respuestas. (2006)
Un medio hipertónico provoca la plasmólisis de los glóbulos rojos ............0,5 puntos
Un medio hipotónico provoca la turgescencia y lisis de los glóbulos rojos. 0,5 puntos
88.- ¿Qué ocurre cuando células que carecen de pared celular se colocan en una solución muy concentrada de sales? [0,5]. ¿Sucedería lo mismo si se colocasen en agua destilada? [0,5]. Razone las respuestas. (2005)
En la solución de sales muy concentrada las células pierden agua del interior para compensar la concentración (plasmólisis) .............................. 0,5 puntos
En agua destilada entra agua en las células (turgescencia) y se lisan ... 0,5 puntos
RESUMEN
1. EL AGUACaracterísticas de la molécula
• Es la molécula más abundante en la materia viva
• Está formada por dos átomos de H u uno de O
• Adquiere carácter polar, aunque es eléctricamente neutra
• Interaccionan entre si estableciendo puentes de H
• Es un fluido en estado líquido a temperatura ambiente
PROPIEDADES IMPORTANCIA BIOLÓGICA
Elevada cohesión molecular
•Da volumen a las células y turgencia a las plantas•Permite deformaciones en el citoplasma celular•Actúa como esqueleto hidrostático en invertebrados•Función mecánica y amortiguadora en articulaciones de vertebrados
Elevada tensión superficial
Permite el desplazamiento de algunos organismos sobre la superficie de medios acuáticos
Elevado calor latente
Termorreguladora
Elevado calor específico
Elevado calor de vaporización
Máxima densidad en estado líquido
Permite la vida acuática en climas fríos
Elevada fuerza de adhesión
Permite la ascensión de la savia bruta a través de los vasos leñosos
Elevada constante dieléctrica
Bajo grado de ionización
HIDRURO "PESO" MOLECULAR PUNTO DE FUSIÓN PUNTO DE EBULLICIÓN
H2O 18 0° C 100° C
H2S 34 -82° C -61° C
H2Se 80 -64° C -42° C
H2Te 129 -51° C -4° C
Puntos de fusión y ebullición de hidruros similares al agua
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