1.- Bioelementos: Concepto y Clasificación.2.- Biomoléculas: Concepto y Clasificación.

3.- El agua: Estructura molecular y propiedades que se derivan de su poder disolvente y de su elevado calor específico. Funciones biológicas del agua

(función disolvente, estructural, bioquímica, termorregulador)4.- La materia viva como dispersión coloidal. Concepto de disolución verdadera

y dispersión coloidal. Concepto de coloides. Propiedades de las disoluciones verdaderas.

Difusión, osmosis y diálisis. (Práctica obligatoria, nº 1)5.- Las sales minerales en los seres vivos. Funciones estructural, osmótica y

tamponadora.

96% 0,1%3,9%

¿Por qué unos elementos tan poco abundantes en la corteza terrestre son los mayoritarios en los ssvv?

1º- Capas electrónicas externas incompletas → Enlaces covalentes de biomoléculas

2º- Pequeño tamaño (número atómico bajo) → Enlaces muy resistentes → Moléculas muy estables.

3º- Oxígeno y nitrógeno son muy electronegativos → Biomoléculas son polares y por ello solubles en agua.

4º- Carbono tiene 4 electrones en su capa más externa → 4 enlaces covalentes con capacidad para unirse con otros átomos de carbono mediante:

• Enlaces simples, dobles o triples formando • Cadenas más o menos largas (“esqueleto” de

biomoléculas)• Ramificadas o no

5º- Carbono mediante enlaces covalentes con:• N• H• O • S

6º- Azufre y fósforo forman enlaces ricos en energía (fácil hidrólisis)

7º- Los bioelementos mayoritarios se pueden incorporar fácilmente a los seres vivos desde el medio externo, ya que se encuentran en moléculas (CO2, H2O, nitratos) que se pueden captar de manera sencilla.

Gran variedad de grupos funcionales en el esqueleto de las biomoléculas → Propiedades físicas y químicas características

3.- El aguaIntroducción 3.1. Estructura molecular 3.2. Propiedades que se derivan

de su poder disolvente y de su elevado calor específico.

3.3. Funciones biológicas del agua (función disolvente, estructural, bioquímica, termorregulador)

Introducción

El agua es una biomolécula inorgánica. Es la más abundante en los seres vivos,

variando de unos a otros (tabla).

Se encuentra en:• Medios intracelulares • Medios intercelulares (líquido interno)• Fluidos circulantes: sangre y linfa Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o

dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.

3.1. Estructura molecular del agua (→ características → propiedades)

Átomo de hidrógeno (valencia +1) Átomo de oxígeno (valencia -2)

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/celectron.htm

El agua es ELECTRICAMENTE NEUTRA aunque…

…sus átomos con valores de electronegatividad diferente

formando densidad de carga positiva y negativa. Por tanto, el agua es un DIPOLO (es una molécula polar)

Oxígeno > hidrógeno

El dipolo facilita la unión entre moléculas a través del PUENTE DE HIDRÓGENO*. Se puede establecer entre:

• Moléculas de agua entre sí

• Agua y otras moléculas polares

• Agua e iones

Lo hace a través de

4 puentes de hidrógeno.

*No es exclusivo de la molécula de agua

Los puentes de hidrógeno son débiles (20 veces más que enlaces covalentes) pero la estructura interna del seno del agua es reticular:

De 3 a 9 moléculas de agua, rodeadas de moléculas sueltas que rellenan huecos

3.2. Propiedades que se derivan de su poder disolvente y de su elevado

calor específico. 1. Capacidad disolvente2. Elevada cohesión molecular3. Elevada tensión superficial4. Elevada fuerza de adhesión5. Elevado calor latente6. Elevado calor específico7. Elevado calor de vaporización8. Densidad9. Elevada constante dieléctrica10. Bajo grado de ionización

1. Disolvente universal

http://www.edumedia-share.com/media.php?id=416

2. Elevada cohesión molecular

• Líquido fluido dentro de un gran rango de Tª (no gas)

• Líquido incomprensible

3. Elevada tensión superficial

Las moléculas del exterior de la película de agua no son atraídas por las moléculas de aire pero sí por las del agua del interior.

4. Elevada fuerza de adhesión

→ capilaridad

Las moléculas de agua presentan mayor fuerza de atracción hacia el vidrio que hacia las propias moléculas de agua que las rodean

5. Elevado calor latente

Cantidad de calor necesario para cambiar de estado físico

• Calor latente de fusión: 80cal/g

• Calor latente de vaporización: 327cal/g

6. Elevado calor específico

Cantidad de calor necesaria para aumentar 1ºC la temperatura de 1 gramo de agua.

Así, su temperatura aumenta más lentamente que otras sustancias.

Esa gran cantidad de calor se usa en romper los puentes de hidrógeno

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/ada/frameset.htm

7. Elevado calor de vaporización

Gran cantidad de calor para pasar de estado líquido a gaseoso. Por ej. a 20ºC se necesitan 540cal.

Se elimina de esta forma gran cantidad de calor: ¡A la sombra de la higuera!

8. Densidad

Agua en estado líquido más densa que en estado sólido → Hielo flota

Agua líquida y sólida

9. Elevada constante dieléctrica

Debido a que el agua es un dipolo →

• Disuelve redes cristalinas (por solvatación iónica)

• Disuelve compuestos orgánicos polares

Poder disolvente

Poder disolvente

Poder disolvente

10. Bajo grado de ionización

De cada 107 de moléculas de agua, sólo 1 se encuentra ionizada:

Por eso, el pH del agua pura es 7 = Neutro

Ácidas = [H3O+] > [OH-]

Básicas =[H3O+] < [OH-]

H2O → H3O+ + OH-

Actividad para casa

Relacionar las propiedades del agua con su importancia biológica mediante una tabla.

Propiedad Importancia biológica

Elevada cohesión molecular

Función estructural:•Volumen celular•…

…

Biología2.º Bachillerato

Biomoléculas

• Elevada cohesión molecular

Da volumen a las células. Turgencia en las plantas. Esqueleto hidrostático. Deformaciones citoplasmáticas. Amortiguación en articulaciones.

• Elevada tensión superficial

Desplazamiento de algunos organismos sobre el agua.

• Elevada fuerza de adhesión Ascensión de la savia

bruta por capilaridad.• Elevado calor específico Función termorreguladora.

• Densidad máxima a 4 °C Permite la vida bajo el hielo.

Las fuerzas de adhesión entre las moléculas de agua y el vidrio, son mayores que las de las moléculas de agua entre sí. Por esto el líquido asciende por las paredes del capilar.

Vidrio

Capilar de vidrio

Moléculas de agua

Fuerzas de adhesión

Propiedades del agua (I)

Biología2.º Bachillerato

Biomoléculas

• Elevado calor de vaporización

Al evaporarse, absorbe calor del organismo.

• Elevada capacidad disolvente

Solvatación iónica.Transporte de sustancias.

Medio de reacción.

• Bajo grado de ionización

• Las disoluciones acuosas pueden tener distintos grados de pH.

Función termorreguladora.

Cristal de NaCl

Molécula de agua

Iones solvatados

Na+

Cl -

Propiedades del agua (II)

4. La materia viva como dispersión coloidal (pág. 33)

4.1. Concepto de disolución verdadera y dispersión coloidal.

4.2. Concepto de coloides

4.3. Propiedades de las disoluciones verdaderas

4.4. Difusión, osmosis y diálisis

La materia viva se comporta como una disolución debido:

• Gran cantidad de agua = FASE DISPERSANTE

• Moléculas de soluto (resto de biomoléculas) = FASE DISPERSA

4.1. Concepto de disolución verdadera y dispersión coloidal.

En la materia viva podemos encontrar:

Soluto o fase dispersa

Disolvente o fase dispersante

DISOLUCIÓN VERDADERA DISPERSIÓN COLOIDAL

< 10-7 cm 10-7< <2 • 10 -5 cm

4.2. Concepto de coloides

= Dispersión coloidalEj: • Emulsiones (líquido-líquido)

• Suspensiones (sólido-líquido)

• Agregados moleculares (micelas)• Soluciones de macromoléculas

(proteínas,ácidos nucleicos, polisacáridos, polímeros)

• Sistemas biológicos (suspensiones de microorganismos, sangre, células aisladas).

Estados físicos:

Coloides

Naturaleza de la fase dispersa:Suspensión: proteínas, glúcidos

Emulsión: lípidos (ej. Aceite)

Tipos (según tamaño partículas): Disoluciones verdaderas <1nm

Coloides 1nm<X<0,2 μm

Coloides (estados):Sol

Gel

Coloides (clasificación):

ESTADO DE SOL ESTADO DE GELMoléculas de soluto

Fase dispersante líquida

Moléculas de disolvente entre

las de soluto

Las moléculas de soluto actúan como

fase dispersante

Propiedades de los coloides

La importancia de las disolucionescoloidales radica en que participan en procesos vitales muy importantes gracias a sus propiedades:

1. Efecto Tyndall

2. Movimiento browniano

3. Sedimentación

4. Elevada viscosidad

5. Elevada adsorción

6. Diálisis

1. Efecto Tyndall1. Efecto Tyndall

2. Movimiento browniano2. Movimiento browniano

→ Difusión y ósmosis

http://www.edumedia-sciences.com/es/a247-movimiento-brownianohttp://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/applets/Hwang/ntnujava/term_browniano/gas2D_s.htm

3. Sedimentación3. Sedimentación

Floculación

4. Elevada viscosidad4. Elevada viscosidad

Es la resistencia a fluir que ofrece un líquido y en la materia viva es la responsable del aspecto del citoplasma celular

5. Elevada adsorción5. Elevada adsorción

Favorece las reacciones entre los componentes celulares, ya que aumenta el contacto entre ellos

6. Diálisis6. Diálisis

4.3. Propiedades de las disoluciones verdaderas

1. Difusión

2. Ósmosis

3. Estabilidad del grado de acidez

4. Descenso del punto de congelación

5. Aumento del punto de ebullición

1. Difusión1. Difusión

http://www.biosci.ohiou.edu/introbioslab/Bios170/diffusion/Diffusion.html

2. Ósmosis2. Ósmosis

Lo veremos en próximo punto

3. Estabilidad del grado de 3. Estabilidad del grado de acidezacidez

4. Descenso del punto de 4. Descenso del punto de congelacióncongelación

Imaginad cuando se le echa sal al agua…

5. Aumento del punto de 5. Aumento del punto de ebulliciónebullición

Comparad una olla hirviendo con sal y sin sal.

4.4. Difusión, ósmosis y diálisis (pág 34)

Presión osmótica

http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biomole4.html

Comparación con otro tipo de membranas

PLASMÓLISISLa membrana plasmática se separa de la pared celular.

• Disminuye el volumen celular.

• Aumenta la presión osmótica en el interior.

El agua sale de la célula.

El agua entra en la célula.

• Aumenta el volumen celular.

• Disminuye la presión osmótica en el interior.

TURGENCIALa célula se hincha hasta el límite de la pared celular.

MEDIO HIPERTÓNICO

MEDIO HIPOTÓNICO

Hemólisis y retracción en celulas animales

http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm#pohttp://www.maph49.galeon.com/memb1/osmosis.html

Biología2.º Bachillerato

Biomoléculas

Todos los seres vivos están obligados a regular la presión osmótica. Los distintos grupos han desarrollado estrategias diferentes.

Peces de agua dulcePeces marinos Mamíferos

ProcariotasPared celular

Estomas

Entrada de agua

Abundante orina hipotónica

Pérdida de agua

Orina isotónica escasa

Excreta el exceso de sal

No bebe

Bebe agua

salada

Pared celular

Dulceacuícolas Vacuolas pulsátiles

Riñones

Intestino grueso

Piel

SERES VIVOS UNICELULARES

ANIMALES PLURICELULARES

VEGETALES

Osmorregulación

5. Las sales minerales en los seres vivos.

5.1. Tipos

5.2. Funciones (tamponadora y estructural)

Sales disueltas Sales precipitadas

5.1. TiposSales minerales

Disueltas Asociadas Precipitadas

Aniones Cationes

Bicarbonatos

Carbonatos

Cloruros

Fosfatos

Fosfatos monoácidos

Nitratos

Calcio

Hierro

Magnesio

Potasio

Sodio

Sales minerales

Disueltas Asociadas Precipitadas

Hierro Magnesio Fosfato Cobalto Yodo Azufre

La salinidad varía:• Entre organismos• Entre compartimentos celularesPero en estos siempre debe ser constante

5.2. Funciones

Sales disueltas1. Regular la actividad enzimática2. Regular la presión osmótica y el volumen

celular* = Función osmótica3. Estabilizar las dispersiones coloidales4. Generar potenciales eléctricos

5. Regular el pH = Función tamponadora*

* Contribuyen a la homeostasis

1. Regula la actividad enzimática

Activa o inhibe reacciones químicas. Por ej. los cationes actúan como cofactores metálicos de enzimas.

2. Regular la presión osmótica y el volumen celular = Función osmótica

Determina la entrada o salida de agua a través de membranas.

4. Generar potenciales eléctricos

Potencial de membrana = Cambios de las cargas eléctricas a ambos lados de una membrana.

Es responsable de:• Impulsos nerviosos• Contracción muscular• Bomba de Na-K • Bomba de protones (en cadena de

transporte de electrones)

5. Regular el pH = Función tamponadora (pág. 31)

Disoluciones que mantienen el pH constante cuando se le añade un ácido o una base.

Son especies iónicasen equilibrio:• Ácido débil + su base conjugada• Base débil + su ácidoconjugado

Disoluciones amortiguadoras

Orgánicas

Inorgánicas

Proteínas/aminoácidos

Tampón hemoglobina

Tampón bicarbonato

Tampón fosfato

Tampón = ácido débil (poca tendencia a disociarse y una sal de este ácido (una base conjugada). En presencia de la sal, el ácido no se disocia

Tampón bicarbonato

• Mantiene pH ~ 7,4

• Medio extracelular = Sangre

• Sistema abierto: expulsa CO2 por ventilación pulmonar y HCO3

- por excreción renal

• Relación 20/1

Tampón fosfato

• Mantiene pH ~ 7,4

• Medio intracelular

• Relación 4/1

Funciones específicas

Sales asociadas

Sales precipitadas

• Estado sólido (cristales de una o varias especies minerales)

• Pueden asociarse a macromoléculas• Función estructural• Ej:

– Silicatos– Carbonatos– Fosfatos

Función Estructural

Protección = •Refuerzo de esqueletos

(exoesqueletos y huesos) y dientes

•Refuerzo estructuras vegetales

•Caparazones y conchas

Sostén = •Esqueleto interno vertebrados

•Espículas de esponjas

Otras = •Oído interno (otolitos)

•Cristales en el interior de células•Dientes

*

*•Moluscos gasterópodos: forma conchas como en caracoles o lapas•Bivalvos: forma conchas como en almejas•Artrópodos: impregna exoesqueleto endureciéndolo como en cangrejos

SosténSostén