1.02. Biomol cules inorg niques - blocs.xtec.catblocs.xtec.cat/marafapremiademar/files/2012/10/1.02... · BLOC I: BIOQUÍMICA Tema 2: Biomolècules inorgàniques 19 Els bioelements

BLOC I: BIOQUMICA Tema 2: Biomolcules inorgniques

19

Els bioelements es combinen entre si per a formar les molcules que componen la matria viva. Aquestes molcules reben el nom de biomolcules o principis immediats. Les biomolcules es classifiquen, atenent a la seva composici en: biomolcules inorgniques, les que no estan formades per cadenes de carboni i hidrogen, com sn l'aigua, les sals minerals o els gasos; biomolcules orgniques, formades per cadenes de carboni i sn els glcids, lpids, protenes i cids nucleics. Les biomolcules orgniques, atenent a la longitud i complexitat de la seva cadena, es poden trobar com a monmers o polmers. Els monmers sn molcules petites, unitats moleculars que formen part d'una molcula major. Els polmers sn agrupacions de monmers, iguals o diferents, que componen una molcula de major grandria.

1. LAIGUA L'aigua s el component ms abundant de la matria viva, representa entre el 65 i el 95% del pes de la majoria dssers vius. El cos hum, per exemple, est format de mitjana per un 65% d'aigua, encara que els teixits que necessiten molta activitat, com el nervis, sn aigua en un 90%. Noms els teixits esqueltics i les llavors de les plantes presenten una baixa proporci d'aigua. La vida a la Terra es desenvolupa sempre al medi aqus. Fins i tot en els ssers no aqutics el medi intern s bsicament hdric. La immensa majoria de les reaccions bioqumiques es desenvolupen en laigua i obeeixen les lleis fisicoqumiques de les dissolucions aquoses. Es presenta a la natura en els tres estats: lquida (mars, oceans, llacs i rius), slida (glaceres i casquets polars) i en forma de vapor d'aigua (atmosfera). Laigua s una molcula simple i estranya, amb un comportament molt particular que el fa diferent a la majoria dels lquids. Les seves propietats fsiques i qumiques sn les responsables de la seva importncia biolgica. Durant levoluci de la vida, els organismes shan adaptat a lambient aqus i han desenvolupat sistemes que els permeten aprofitar les inusitades propietats de laigua. Una prdua d'un 10% pot suposar la mort de l'organisme.

Tema 2: Biomolcules inorgniques BLOC I: BIOQUMICA

20

ESTRUCTURA DE LAIGUA. La molcula d'aigua est composta per un tom d'oxigen unit covalentment amb dos toms d'hidrogen. Els enllaos dels hidrgens amb loxigen formen un angle de 104,5; a ms, l'tom d'oxigen s ms electronegatiu que el d'hidrogen i atrau amb ms fora els electrons compartits de cada enlla covalent. Encara que la crrega total de la molcula daigua s neutra, com a conseqncia de la distribuci asimtrica dels electrons compartits, es comporta com un dipol (un imant): al voltant de l'oxigen hi ha una densitat de crrega elctrica negativa (deguda a la presncia ms propera delectrons), mentre que al voltant dels hidrgens es concentra una densitat de crrega positiva per la llunyania dels electrons compartits.

El carcter dipolar que presenten les molcules d'aigua fa que interaccionin entre s i amb altres molcules polars mitjanant ponts d'hidrogen, un tipus d'enlla feble per que permet la formaci d'una estructura en xarxa, responsable del seu comportament anormal i de la peculiaritat de les seves propietats. PROPIETATS DE LAIGUA. Acci dissolvent L'aigua s el lquid que ms substncies dissol, per aix se lanomena dissolvent universal. Aquesta propietat, molt important per a la vida, es deu a la polaritat de la molcula daigua i a la seva capacitat per a formar ponts d'hidrogen amb altres substncies polars (grups -OH d'alcohols i sucres, grups NH2 d'aminocids, protenes i cids nucleics, etc.) donant lloc a dissolucions moleculars.


21

Les molcules daigua tamb poden dissoldre substncies salines que es dissocien i formen dissolucions salines. En aquest cas els ions de les sals sn atrets pols dipols daigua, tot quedant "atrapats" i recoberts de molcules daigua en forma dions hidratats o solvatats.

Observa lesquema anterior, trobes algun error?

La capacitat dissolvent s la responsable dalgunes funcions de laigua: Ser el medi on es donen les reaccions del metabolisme. Servir com a sistema de transport de nutrients i productes de rebuig que es dissolen

prviament (sang, saba, etc). Elevada fora de cohesi Els ponts dhidrogen mantenen les molcules daigua fortament unides, formant una estructura compacta que el converteix en un lquid quasi incompressible. Algunes funcions de laigua relacionades amb aquesta propietat sn: Dna volum a les cllules i turgncia a les plantes. En no poder comprimir-se, laigua pot funcionar en alguns animals com un esquelet

hidrosttic, com passa en alguns cucs perforadors capaos de foradar la roca mitjanant la pressi generada pels seus lquids interns.

Tamb esmorteeix el fregament en les articulacions.


22

Elevada fora dadhesi

Aquesta propietat tamb est relacionada amb els ponts d'hidrogen que s'estableixen entre les molcules d'aigua i altres molcules i s responsable, juntament amb la cohesi, del fenomen de capillaritat. Quan sintrodueix un tub molt prim (capillar) en un recipient amb aigua, aquest aigua puja pel capillar com si grimps arrampant-se per les parets, fins assolir un nivell superior al del recipient.

Un fet important que es produeix grcies a aquesta propietat s lascensi passiva (sense despesa denergia) de la saba pels vasos llenyosos de les plantes des de les arrels fins a les fulles. Alta tensi superficial

La tensi superficial s el fenomen pel qual la superfcie lliure dun lquid es comporta com un llit elstic. Sabem que les molcules daigua presenten una cohesi deguda als ponts dhidrogen. Si una molcula est al mig dun recipient, es queda on s, ja que rep empentes per totes parts amb la mateixa fora. Per una molcula situada a la superfcie noms empeny a les partcules que t a sota i al costat, i no a les de laire que t a sobre. El resultat s que aquestes partcules tendeixen a tirar cap avall, sajuntin i redueixin la superfcie en contacte amb laire.

Aix, si un cos vol entrar a laigua, primer ha de separar les molcules de la superfcie que estan ms juntes del que ho haurien destar, s a dir, la superfcie de laigua presenta resistncia a ser trencada, aix es la tensi superficial. La tensi superficial s el motiu pel qual les gotes sn esfriques i les pedres reboten a la superfcie de laigua quan les llencen amb certa inclinaci. Alguns insectes saprofiten daquesta propietat per traslladar-se sobre laigua sense enfonsar-shi.


23

Gran calor especfica La calor especfica s la quantitat de calor que ha de rebre una substncia per elevar un grau la seva temperatura. Laigua pot absorbir grans quantitats de calor sense elevar massa la seva temperatura. De la mateixa manera, la seva temperatura descendeix amb ms lentitud que la d'altres lquids a mesura que va alliberant energia al refredar-se. Aquesta propietat tamb est relacionada amb els ponts dhidrogen que es formen entre les molcules daigua. Laigua absorbeix grans quantitats de calor que lutilitza per trencar els ponts dhidrogen, i no per elevar la temperatura. Diverses funcions de laigua sn degudes a aquesta propietat: Esmortedor trmic davant els canvis bruscs de temperatura, protegint aix les

cllules i les molcules orgniques. Difusor de la calor que es desprn en els processos metablics i que es dissipa

finalment cap al medi extern. Elevada calor latent de vaporitzaci Per evaporar laigua, cal primer trencar els ponts dhidrogen i posteriorment dotar les molcules de la suficient energia cintica per passar de la fase lquida a la gasosa. La calor de vaporitzaci de l'aigua s fora gran, cinc vegades l'energia necessria per escalfar l'aigua de 0 a 100 C. Els ssers vius saprofiten daquesta propietat per dissipar calor per sudoraci i refrescar-se, ja que quan s'evapora l'aigua disminueix la temperatura del cos. La irregularitat en la densitat de laigua En estat lquid, laigua s ms densa que en estat slid. Per aquest motiu, el gel sura sobre laigua. Aix es degut a qu els ponts dhidrogen formats a temperatures sota zero uneixen les molcules daigua ocupant un volum ms gran.

Aquesta propietat permet que els organismes aqutics puguin sobreviure sota laigua encara que el llac o mar on viuen es congeli.


24

IONITZACI DE LAIGUA. Laigua t la capacitat dionitzar-se (produir ions), per tant, laigua es pot considerar en realitat una barreja de:

aigua molecular (H2O ) hidrogenions o protons hidratats (H3O+, simplificat com H+) ions hidroxil (OH-)

2 H2O (aigua) Io hidroxil Io hidrogeni (OH-) (H3O+)

Aquests ions es formen en una proporci molt petita: en laigua pura a 25 C noms una molcula de cada 10.000.000 es troba dissociada en ions; per tant, la concentraci de H+, i tamb dOH-, s de 10-7. Per tal de simplificar les xifres i els clculs, Sorensen va idear el concepte de pH, que es defineix com el logaritme decimal canviat de signe de la concentraci dhidrogenions. En el cas de laigua:

pH = -log [H+] = -log 10-7 = 7 Com que en laigua es dissocien la mateixa quantitat dhidrogenions que dhidroxils, el seu pH es considera neutre. Segons aix tenim que: Una dissoluci s neutra quan el pH = 7. Una dissoluci s cida quan el pH < 7. Una dissoluci s bsica o alcalina quan el pH > 7. A la figura sassenyala el pH de algunes dissolucions. En general, cal dir que la vida es desenvolupa a valors de pH prxims a la neutralitat.

Augment de lacidessa Neu

tre

Augment de lalcalinitat

0 7 14

HCl

Suc

de

llimon

a

Refr

esc

de c

ola

Caf

Ll

et

Sal

iva

San

g hu

man

a

NaH

CO3

Det

erge

nts

Amon

ac

Llei

xiu

NaO

H


25

HOMEOSTASI. Els organismes vius no suporten variacions de pH superiors a unes dcimes d'unitat, ja que afecta a l'estabilitat dalgunes biomolcules i la seva funcionalitat. Per evitar-ho han desenvolupat sistemes de tamp o buffer, que mantenen el pH constat mitjanant mecanismes homeosttics. El tamp bicarbonat s com en els lquids intercellulars, mant el pH en valors prxims a 7,4 grcies a lequilibri entre li bicarbonat (HCO -3 ) i lcid carbnic (H2CO3), que al seu torn es dissocia en dixid de carboni (CO2) i aigua:

2 2CO + H O 2 3H CO

- +3HCO + H

Si augmenta la concentraci dhidrogenions en el medi degut a qualsevol procs qumic, lequilibri es desplaa cap a lesquerra i selimina a lexterior lexcs de CO2 produt. Si, pel contrari, disminueix la concentracions dhidrogenions del medi, lequilibri es desplaa cap a la dreta prenent CO2 del medi exterior. LAIGUA EN LES DISSOLUCIONS. Osmosi i pressi osmtica Quan dues dissolucions de diferent concentraci es troben separades per una membrana semipermeable, membrana que noms deixa passar les molcules de dissolvent (aigua) per no pas les dels soluts (sals), les molcules de dissolvent passen de la dissoluci ms diluda cap a la ms concentrada fins assolir totes dues la mateixa concentraci; aquest fenomen s'anomena osmosi.

La pressi osmtica seria la pressi que haurem daplicar a la dissoluci per contrarestar lefecte osmtic.


26

La membrana plasmtica de la cllula pot considerar-se com a semipermeable i, per aix, les cllules han de romandre en equilibri osmtic amb els lquids que les banyen. Veiem qu passa amb els glbuls vermells quan es troben en diferents concentracions salines:

Quan les concentracions dels fluids extracellulars i intracellulars sn iguals, ambdues dissolucions sn isotniques. Si els lquids extracellulars augmenten la seva concentraci de soluts, es fan hipertnics respecte de la cllula, aquesta perd aigua i es deshidrata, fenomen anomenat plasmlisi (retracci de la cllula). Si els medis extracellulars es dilueixen, es fan hipotnics respecte de la cllula, aleshores laigua tendeix a entrar, fenomen anomenat turgescncia, podent arribar a patir una lisi (trencament) cellular. Difusi i dilisi

DILISI

DIFUSI

Les partcules disperses poden provocar, a ms del moviment dosmosi, aquests altres fenmens: Dilisi. En aquest cas poden travessar la

membrana, a ms del dissolvent, molcules de baix pes molecular des de la soluci ms concentrada cap a la ms diluda. s el fonament de lhemodilisi que intenta substituir la filtraci renal.

Difusi. s el fenomen mitjanant el qual les

molcules dissoltes tendeixen a distribuir-se uniformement al si de laigua. Pot ocrrer tamb a travs de una membrana si s suficientment permeable.


27

2. SALS MINERALS A ms de laigua, existeixen altres biomolcules inorgniques com les sals minerals. En funci de la seva solubilitat en aigua, es distingeixen dos tipus: insolubles i solubles. SALS INSOLUBLES EN AIGUA. Formen estructures slides que solen tenir funci de sosteniment o protectora, com:

Esquelet intern de vertebrats, on trobem: fosfats, clorurs i carbonats de calci (CaCO3).

Closques de carbonat clcic de crustacis i molluscs.

Otolits de loda interna, formats per cristalls de carbonat clcic, que tenen funci de lequilibri).

SALS SOLUBLES EN AIGUA. Les sals solubles es troben dissociades en els seus ions (cations i anions), que sn els responsables de la seva activitat biolgica. Fan les segents funcions: Funcions cataltiques. Alguns ions, com el Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+... actuen com a

cofactors enzimtics. Funcions osmtiques. Intervenen en els processos relacionats amb la distribuci

daigua entre linterior cellular i el medi on viu la cllula. Els ions Na+, K+, Cl- i Ca2+, participen en la generaci i transport de limpuls nervis i en la sinapsi neuronal.

Funci tamponadora. Es duu a terme pels sistemes carbonat-bicarbonat i tamb pel

monofosfat-bifosfat.

El ferro (tom central) es troba a la mioglobina (imatge) i a lhemoglobina


28


29

1 . Fes un esquema que representi la dissociaci duna sal.

2 . Observa la taula de contingut daigua en diferents rgans de lsser hum i

raona el sentit biolgic daquesta distribuci irregular.

Contingut hdric Cervell 86% Sang 79%

Msculs 75% Fetge 70%

Cartlags 55% Ossos 22% Dents 10%

3 . Si laigua t un pH igual a 7, per qu es diu que aquest s neutre?

4 . Qu vol dir que una substncia t un pH 4?

5 . Explica com es solucionaria un augment en lalcalinitat del nostre medi intern i

escriu les reaccions necessries.


30

6 . Observa els segents dibuixos. Representen glbuls vermells en diferents dissolucions aquoses:

a) Indica quina s una dissoluci hipertnica, quina hipotnica i quina isotnica.

b) Quins fenmens pateixen els glbuls de lesquema B, i els del C?.

7 . Explica qu passaria si a una persona linjectessin en vena una soluci salina

hipotnica amb el plasma sanguini.


31

8 . Fes una taula on relacionis les diferents funcions biolgiques de laigua amb les propietats que les fan possible.


32

Indica la resposta correcta.

111... Una de les segents funcions NO

s de laigua: a Dissolvent. b Termoreguladora. c Esqueltica. d Medi de transport. e Enzimtica.

222... Principalment, laigua juga un

paper en la matria viva... a Com a dissolvent dions minerals.

b Per mantenir la humitat externa de les cllules.

c Per mantenir la temperatura interior dels rgans.

d Per mantenir lestat gelatins del citoplasma.

e Totes les respostes anteriors sn correctes.

333... En introduir una alga marina en

aigua dola es produeix: a La seva plasmlisi. b Una immersi cellular. c Un procs de turgescncia. d Un inflament per exosmosi. e Un arrugament per exosmosi.

444... Una cllula dintre dun medi isotnic experimentar un dels segents fenmens:

a Osmosi. b Exosmosi. c Endosmosi. d Difusi. e Cap de les anteriors.

555... Lhemlisi dels eritrcits en

collocar-los en aigua destillada s un exemple de:

a Difusi. b Osmosi. c Plasmlisi. d Turgescncia. e Bany a laigua Maria.

666... El pH del medi intern dels

organismes es mant prcticament constant degut a:

a Cl-. b HCO3-. c SO42-. d Ca2+. e Cap de les anteriors.

777... Identifica lafirmaci CORRECTA: a Les sals regulen el pH grcies a la seva funcionalitat estructural. b Laigua s imprescindible en la matria viva, per les sals no tant. c Les sals regulen la pressi osmtica grcies al seu control del pH. d Les sals fan que laigua sigui un lquid incompressible. e Totes les afirmacions anteriors sn incorrectes.


33

888... En els fenmens osmtics cellulars a travs de la membrana plasmtica... a Laigua la travessa en totes direccions. b Laigua noms passa de la zona ms diluda a la ms concentrada. c El medi hipertnic est ms dilut respecte a lhipotnic. d Al final, sempre les concentracions a ambds costats de la membrana sigualen. e Totes les afirmacions anteriors sn correctes. 999... Els ponts dhidrogen de laigua... a Sn molt estables. b Es trenquen en augmentar la temperatura. c Es trenquen per sota els 0 C. d Sn estables quan laigua bull. e Sn inestables a laigua en fase slida. 111000... Indica, respecte laigua, quina s la CORRECTA relaci propietat-funci: a Elevada cohesi Turgncia (volum). b Alta calor especfica Esmortedor trmic. c Alta calor de vaporitzaci Termoregulaci. d Molcula dipolar Poder dissolvent. e Totes les relacions anteriors sn correctes. 111111... Identifica lafirmaci INCORRECTA: a No existeixen H+ lliures a laigua. b Una alta [H+] s ndex dacidesa duna dissoluci. c Una baixa [OH-] s ndex de basicitat duna dissoluci. d Una alta [OH-] s ndex dalcalinitat duna dissoluci. e Una baixa [H+] s ndex de basicitat duna dissoluci. 111222... El fenomen de la capillaritat s degut a: a Ladhesi de les molcules daigua a les parets dels conductes. b La cohesi de les molcules daigua entre s. c Lelevada calor especfica de laigua. d Cap de les propietats anteriors. e Les dues primeres propietats.

Documents

1.02. Biomol cules inorg niques - blocs.xtec.catblocs.xtec.cat/marafapremiademar/files/2012/10/1.02... · BLOC I: BIOQUÍMICA Tema 2: Biomolècules inorgàniques 19 Els bioelements