T2 - El agua y las sales minerales

T2 – EL AGUA Y LAS SALES T2 – EL AGUA Y LAS SALES MINERALES.MINERALES.

1.1. El agua de la materia viva.El agua de la materia viva.2.2. Propiedades del agua.Propiedades del agua.3.3. Las sales minerales.Las sales minerales.4.4. Carácter coloidal de la materia viva.Carácter coloidal de la materia viva.5.5. Ósmosis.Ósmosis.

ANTECEDENTES PAU:ANTECEDENTES PAU:

2002 – Junio: 2002 – Junio: comportamiento de las células animales y vegetales en comportamiento de las células animales y vegetales en una solución hipotónica;una solución hipotónica;

2002 – Septiembre: 2002 – Septiembre: funciones biológicas de las sales minerales;funciones biológicas de las sales minerales;sistema tampón, definición y ejemplo;sistema tampón, definición y ejemplo;

2006 – Junio: 2006 – Junio: funciones biológicas de las sales minerales;funciones biológicas de las sales minerales;sistema tampón, definición y ejemplo;sistema tampón, definición y ejemplo;

2007 – Junio: 2007 – Junio: funciones del agua en los seres vivos;funciones del agua en los seres vivos;sistema tampón, definición y ejemplo;sistema tampón, definición y ejemplo;

2010 – Junio: 2010 – Junio: estructura y propiedades del agua;estructura y propiedades del agua;funciones del agua en los seres vivos;funciones del agua en los seres vivos;

PRINCIPIOS INMEDIATOSPRINCIPIOS INMEDIATOSno exclusivos de los seres vivosno exclusivos de los seres vivos

T2. EL AGUA Y LAS SALES MINERALES.T2. EL AGUA Y LAS SALES MINERALES.

1 – EL AGUA DE LA MATERIA VIVA.1 – EL AGUA DE LA MATERIA VIVA.

H20 ≈ 60 % peso adulto

SALES MINERALES ≈ 10 % peso adulto

LA MOLÉCULA DELA MOLÉCULA DE HH2200::

Formada por Formada por 2 2 HH + 1 + 1 OO unidos covalentemente formando un ángulo unidos covalentemente formando un ángulo αα = 104´5º = 104´5º..

Tiene Tiene carga neutracarga neutra los átomos tienen los átomos tienen pp+ + = e= e--.. Es una molécula polar el núcleo del Es una molécula polar el núcleo del OO “arrastra” e “arrastra” e-- fuera del núcleo del fuera del núcleo del HH..

electronegatividad electronegatividad O O > electronegatividad > electronegatividad HH

δδ (densidad de carga) = exceso de carga (densidad de carga) = exceso de carga

δδ oxigeno negativa oxigeno negativa

δδ hidrogeno positiva hidrogeno positiva



Las moléculas de HLas moléculas de H22O se unen entre si mediante O se unen entre si mediante puentes de puentes de

hidrogenohidrogeno.. 1 molécula de H1 molécula de H22O O forma 4 puentes de Hforma 4 puentes de H

- 2 el átomo de O- 2 el átomo de O

- 2 los átomos de H- 2 los átomos de H El El enlace es muy débilenlace es muy débil

vida media = 1/100.000.000.000 de svida media = 1/100.000.000.000 de s Cuando uno se rompe, se forma otroCuando uno se rompe, se forma otro



PERMITE QUE EL H2O SEA LÍQUIDA A TEMPERATURA AMBIENTE



1.1. ELEVADA COHESIÓN MOLECULARELEVADA COHESIÓN MOLECULAR La unión de las moléculas por puentes de H permite que sea un fluido dentro de un La unión de las moléculas por puentes de H permite que sea un fluido dentro de un

amplio margen.amplio margen.

2.2. ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIALELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL En un determinado volumen de HEn un determinado volumen de H22O, la superficie tiene mayor resistencia a ser O, la superficie tiene mayor resistencia a ser

traspasada debido a la cohesión entre sus moléculas.traspasada debido a la cohesión entre sus moléculas.

(las moléculas de la superficie tienen F de atracción neta hacia el interior del liquido)(las moléculas de la superficie tienen F de atracción neta hacia el interior del liquido)


2 – PROPIEDADES DEL AGUA.2 – PROPIEDADES DEL AGUA.



3.3. ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓNELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN Las moléculas de HLas moléculas de H22O tienen capilaridad ascienden en contra de gravedad por O tienen capilaridad ascienden en contra de gravedad por

conductos de diámetro pequeño.conductos de diámetro pequeño.

FFatracciónatracción (H (H22O-vidrio) > FO-vidrio) > Fatracciónatracción (H (H22O-HO-H22O)O)

Imbibición:Imbibición: penetración capilar de moléculas de H penetración capilar de moléculas de H22O en determinados materiales que O en determinados materiales que

hace que se hinchen.hace que se hinchen.

p. e.: p. e.: bloques de las pirámides de Egipto con tarugos de maderabloques de las pirámides de Egipto con tarugos de madera

germinación de semillasgerminación de semillas



4.4. ELEVADO CALOR ESPECÍFICOELEVADO CALOR ESPECÍFICO QQespecíficoespecífico = cantidad de Q que requiere una sustancia para que se produzca un ↑T. = cantidad de Q que requiere una sustancia para que se produzca un ↑T.

1 Caloría = cantidad de Q que ↑1ºC 1g de H1 Caloría = cantidad de Q que ↑1ºC 1g de H22OO

Se debe a:Se debe a:

Enlaces por puentes de H → ↓movilidad de las moléculas de HEnlaces por puentes de H → ↓movilidad de las moléculas de H22OO

Cuando se aplica Q al HCuando se aplica Q al H22OO

1º → rotura1º → rotura de puentes de H de puentes de H

2º → 2º → queda porca Energía Calorífica para mover las moléculas de Hqueda porca Energía Calorífica para mover las moléculas de H22OO

Consecuencias biológicas:Consecuencias biológicas:

El HEl H22O se calienta y se enfría mas lentamente → los organismos acuáticos tienen ambientes O se calienta y se enfría mas lentamente → los organismos acuáticos tienen ambientes

mas estables.mas estables. Función termorregulador → el HFunción termorregulador → el H22O de los organismos mantiene su T ≈ cteO de los organismos mantiene su T ≈ cte

5.5. ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓNELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN

El HEl H22O necesita ↑Q para romper todos los puentes de HO necesita ↑Q para romper todos los puentes de H

Cuando el HCuando el H22O se evaporaO se evapora

Las moléculas que escapan llevan ↑QLas moléculas que escapan llevan ↑Q

EFECTO REFRIGERANTEEFECTO REFRIGERANTE

(los organismos “descargan” el exceso de Q)(los organismos “descargan” el exceso de Q)

6.6. DENSIDADDENSIDAD densidad (Hdensidad (H22O liquida) > densidad (HO liquida) > densidad (H22O sólida)O sólida)

HH22O sólida forma un retículo que ocupa mas volumenO sólida forma un retículo que ocupa mas volumen



TTaguaagua < 4 ºC las moléculas se separan para mantener el máximo nº de puentes de H < 4 ºC las moléculas se separan para mantener el máximo nº de puentes de H

en una estructura estable.en una estructura estable.

TTaguaagua = 0 ºC se forma retículo. = 0 ºC se forma retículo.

Consecuencias biológicas:Consecuencias biológicas:

Permite la vida bajo el hielo.Permite la vida bajo el hielo. Protege de efectos térmicos del exterior.Protege de efectos térmicos del exterior.



7.7. ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICAELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA El HEl H22O tiende a ↓ las atracciones entre cationes y aniones O tiende a ↓ las atracciones entre cationes y aniones Solvatacion iónicaSolvatacion iónica

Favorece la disolución de las redes cristalinas Favorece la disolución de las redes cristalinas DISOLVENTE UNIVERSALDISOLVENTE UNIVERSAL debido al carácter dipolar de las moléculas de Hdebido al carácter dipolar de las moléculas de H22OO



8.8. BAJO GRADO DE IONIZACIÓNBAJO GRADO DE IONIZACIÓN El HEl H22O liquida tiene una pequeña cantidad de moléculas ionizadas (disociadas en O liquida tiene una pequeña cantidad de moléculas ionizadas (disociadas en

iones).iones).

La formula de disociación es: La formula de disociación es:

2 H2 H22O HO H33OO++ + OH + OH--

Producto iónico (KProducto iónico (Kww) producto de las [iones] = cte) producto de las [iones] = cte

En HEn H22O pura a 25 ºC:O pura a 25 ºC:

KKww = [H = [H33OO++] · [OH] · [OH--] = 10] = 10-14-14

En función de la [iones], las disoluciones acuosas pueden ser:En función de la [iones], las disoluciones acuosas pueden ser:

NEUTRAS: [HNEUTRAS: [H33OO++] = [OH] = [OH--]] ACIDAS: [HACIDAS: [H33OO++] > [OH] > [OH--]] BASICAS: [HBASICAS: [H33OO++] < [OH] < [OH--]]



ión hidronio

ión hidroxilo

ESCALA de pH (poder de hidrogeno):

Se emplea para facilitar la expresión de la [iones]

•Neutras: pH = - log [H3O+] = - log 10-7 = 7

•Acidas: pH < 7

•Básicas: pH >7



Gráfica de pH en sustancias comunes.

IMPORTANCIA BIOLÓGICA DEL AGUAIMPORTANCIA BIOLÓGICA DEL AGUA(Son consecuencia de sus propiedades)(Son consecuencia de sus propiedades)

PRINCIPAL DISOLVENTE BIOLÓGICOPRINCIPAL DISOLVENTE BIOLÓGICODisocia compuestos iónicos y moléculas con grupos funcionales polares Disocia compuestos iónicos y moléculas con grupos funcionales polares

(alcoholes, aldehídos, cetonas).(alcoholes, aldehídos, cetonas). FUNCIÓN METABÓLICAFUNCIÓN METABÓLICA

Es el medio en el que se realizan la mayoría de reacciones bioquímicas.Es el medio en el que se realizan la mayoría de reacciones bioquímicas. FUNCIÓN ESTRUCTURALFUNCIÓN ESTRUCTURAL

La elevada cohesión entre sus moléculas permite dar volumen a las células, La elevada cohesión entre sus moléculas permite dar volumen a las células, turgencia a las plantas, esqueleto hidrostático de vertebrados,…turgencia a las plantas, esqueleto hidrostático de vertebrados,…

FUNCIÓN MECANICA AMORTIGUADORAFUNCIÓN MECANICA AMORTIGUADORAp.e. liquido sinovial de articulaciones.p.e. liquido sinovial de articulaciones.

FUNCIÓN DE TRANSPORTEFUNCIÓN DE TRANSPORTELa elevada capacidad disolvente permite el transporte de sustancias en los La elevada capacidad disolvente permite el transporte de sustancias en los

organismos.organismos.La capilaridad contribuye a la ascensión de la savia bruta.La capilaridad contribuye a la ascensión de la savia bruta.

FUNCIÓN TERMORREGULADORAFUNCIÓN TERMORREGULADORAEl elevado Q especifico mantiene cte la T interna de los org.El elevado Q especifico mantiene cte la T interna de los org.El elevado Q de vaporización explica la refrigeración del org. cuando sudamosEl elevado Q de vaporización explica la refrigeración del org. cuando sudamos ..

PERMITE LA VIDA ACUATICA EN CLIMAS FRÍOSPERMITE LA VIDA ACUATICA EN CLIMAS FRÍOSLa mayor densidad en estado liquido explica la formación de una capa de hielo La mayor densidad en estado liquido explica la formación de una capa de hielo

en la superficie que protege de los efectos térmicos del exterior.en la superficie que protege de los efectos térmicos del exterior.



Elevada cohesión molecularElevada cohesión molecular Da volumen a las células.Da volumen a las células. Turgencia en las plantas.Turgencia en las plantas. Esqueleto hidrostático.Esqueleto hidrostático. Deformaciones Deformaciones

citoplasmáticas.citoplasmáticas. Amortiguación en Amortiguación en

articulaciones.articulaciones. Elevada tensión superficialElevada tensión superficial

Desplazamiento de algunos Desplazamiento de algunos organismos sobre el agua.organismos sobre el agua.

Elevada fuerza de adhesiónElevada fuerza de adhesión Ascensión de la savia bruta Ascensión de la savia bruta

por capilaridad.por capilaridad. Elevado calor latente y Elevado calor latente y

especificoespecifico El agua puede absorber mucho El agua puede absorber mucho

calor.calor. Funcion termorreguladora.Funcion termorreguladora.

Elevado calor de vaporizaciónElevado calor de vaporización Al evaporarse, absorbe el calor Al evaporarse, absorbe el calor

del organismo. del organismo. Funcion termorreguladora.Funcion termorreguladora.

Densidad máxima a 4 ºCDensidad máxima a 4 ºC Permite la vida bajo el hielo.Permite la vida bajo el hielo.

Elevada constante dieléctricaElevada constante dieléctrica Solvatación iónica.Solvatación iónica. Elevada capacidad disolvente.Elevada capacidad disolvente. Transporte de sustancias.Transporte de sustancias. Medio de reacción.Medio de reacción.

Bajo grado de ionizacionBajo grado de ionizacion Las disoluciones acuosas Las disoluciones acuosas

pueden tener distintos grados de pueden tener distintos grados de pH:pH:

- Acidas.Acidas.- Neutras.Neutras.- Básicas.Básicas.




3 – LAS SALES MINERALES.3 – LAS SALES MINERALES.

SALES MINERALES

(≈ 10% peso adulto)

DISUELTAS PRECIPITADASASOCIADAS A OTRAS

MOLECULAS ORGÁNICAS

Solubles en HSolubles en H22O.O.

Se encuentran en medios intra/extracelulares, disociadas en sus iones.Se encuentran en medios intra/extracelulares, disociadas en sus iones. Las más frecuentes son: Las más frecuentes son:



SALES MINERALES DISUELTAS

ANIONESANIONES Cloruros (ClCloruros (Cl--))Fosfatos (POFosfatos (PO44

3-3-))

Fosfatos monoFosfatos monoáácidos (HPOcidos (HPO442-2-))

Carbonatos (COCarbonatos (CO2-2-))Nitratos (NONitratos (NO3-3-))

CATIONESCATIONES NaNa++

KK++

CaCa2+2+

MgMg2+2+

FeFe2+2+

FeFe3+3+

FUNCIONES:FUNCIONES: Colaboran en el mantenimiento de la Colaboran en el mantenimiento de la homeostasishomeostasis ( medio interno ( medio interno

estable)estable)

Mantener el Mantener el grado de la salinidadgrado de la salinidad de los organismos. de los organismos.

Regular la Regular la actividad enzimáticaactividad enzimática..Determinados iones activan/inhiben reacciones bioquímicas.Determinados iones activan/inhiben reacciones bioquímicas.

Regular el Regular el volumen celularvolumen celular..La presencia de sales en el medio interno determina la entrada/salida de H2O.La presencia de sales en el medio interno determina la entrada/salida de H2O.

MEDIO HIPERTONICO: medio con ↑ [salina]MEDIO HIPERTONICO: medio con ↑ [salina]

MEDIO HIPOTONICO: medio con ↓ [salina]MEDIO HIPOTONICO: medio con ↓ [salina]


3 – LAS SALES MINERALES3 – LAS SALES MINERALES



Estabilizar las Estabilizar las dispersiones coloidalesdispersiones coloidales..Mantiene el grado de hidratación y la suspensión de las partículas coloidales.Mantiene el grado de hidratación y la suspensión de las partículas coloidales.

Generar Generar potenciales eléctricospotenciales eléctricos..Iones a ambos lados de la mb celular generan una diferencia de carga (Iones a ambos lados de la mb celular generan una diferencia de carga (potencial eléctrico potencial eléctrico

de membrana)de membrana)..

Regular el pHRegular el pH..Determinadas sales minerales disminuyen las variaciones de pH.Determinadas sales minerales disminuyen las variaciones de pH.

TAMPONES O DISOLUCIONES AMORTIGUADORASTAMPONES O DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS



SISTEMAS TAMPÓN, BUFFER, DISOLUCIONES AMORTIGUADORASSISTEMAS TAMPÓN, BUFFER, DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS

En los seres vivos hay que mantener la homeostasis el pH de sus fluidos En los seres vivos hay que mantener la homeostasis el pH de sus fluidos no debe cambiar porque cambiarían las estructuras de las macromoléculas y no debe cambiar porque cambiarían las estructuras de las macromoléculas y dejarían de ser funcionales.dejarían de ser funcionales.

Para ello se tienen los…Para ello se tienen los…

SISTEMAS TAMPÓN O BUFFER:SISTEMAS TAMPÓN O BUFFER:

disoluciones que contribuyen a mantener el pH de los organismos constante cuando se le disoluciones que contribuyen a mantener el pH de los organismos constante cuando se le añade un añade un áácido o una base.cido o una base.

¿Por qué una disolución es ácida o básica?¿Por qué una disolución es ácida o básica?

Disolución ácida: la sustancia disuelta libera H+ al agua por lo que la [H+] > [OH-]Disolución ácida: la sustancia disuelta libera H+ al agua por lo que la [H+] > [OH-]

HCl ↔ HHCl ↔ H++ + Cl + Cl--

COOH ↔ COOCOOH ↔ COO-- + H + H++

Disolución básica: la sustancia disuelta libera OH- al agua por lo que la [H+] < [OH-] Disolución básica: la sustancia disuelta libera OH- al agua por lo que la [H+] < [OH-]

NaOH ↔ NaNaOH ↔ Na++ + OH + OH--

HH++ + NH + NH22-- ↔ NH ↔ NH33



HCl y COOH son ácidosHCl y COOH son ácidos

NaOH y NHNaOH y NH22-- son bases son bases

¿Cómo funcionan los sistemas tampón?¿Cómo funcionan los sistemas tampón?

Son formas disociadas y no disociadas de un ácido débil (dador de HSon formas disociadas y no disociadas de un ácido débil (dador de H++) y su base ) y su base conjugada (aceptor de Hconjugada (aceptor de H++) que mantienen el pH ≈ cte por su tendencia a ) que mantienen el pH ≈ cte por su tendencia a combinarse con iones Hcombinarse con iones H++ (o H (o H33OO++):):

√ √ Si ↑[HSi ↑[H++] los elimina de la disolución] los elimina de la disolución

√ √ Si ↓[HSi ↓[H++] los libera a la disolución] los libera a la disolución



Cambio de pH tras añadir ácido/base a una disolución amortiguadora

Cambio de pH tras añadir ácido/base al agua

Ejemplos de sistemas tampón importantes en los sistemas Ejemplos de sistemas tampón importantes en los sistemas biológicos.biológicos.

MEDIO INTRACELULAR:MEDIO INTRACELULAR: Tampón fosfato. Tampón fosfato.

HH22POPO44-- + H + H22O ↔ HPOO ↔ HPO44

2-2- + H + H33OO++

Si en el medio hay muchos HSi en el medio hay muchos H++ (H (H33OO++) la disolución se desplaza hacia la izquierda, si hay pocos lo ) la disolución se desplaza hacia la izquierda, si hay pocos lo hará a la derecha.hará a la derecha.

MEDIO EXTRACELULAR:MEDIO EXTRACELULAR: Tampón bicarbonato. Tampón bicarbonato.

COCO22 + H + H22O ↔ HO ↔ H22COCO33 ↔ HCO ↔ HCO33-- + H + H++

Si en el medio hay muchos HSi en el medio hay muchos H++ (H (H33OO++) la disolución se desplaza hacia la izquierda, si hay pocos lo ) la disolución se desplaza hacia la izquierda, si hay pocos lo hará a la derecha.hará a la derecha.



ión dihidrógeno fosfato

ión monohidrógeno fosfato

ácido carbónico ión bicarbonato

Citoplasma de todas las

células

Plasma sanguíneo

Son sales minerales que se unen a otras moléculas orgánicas para Son sales minerales que se unen a otras moléculas orgánicas para formar determinadas moléculas.formar determinadas moléculas.

El ión y la molécula orgánica no realizan esa funcion por separado. El ión y la molécula orgánica no realizan esa funcion por separado. Fe + proteínas → hemoglobinaFe + proteínas → hemoglobina Mg + clorofila → importante en fotosíntesisMg + clorofila → importante en fotosíntesis POPO44

3-3- + ácidos nucleicos → forma nucleótidos + ácidos nucleicos → forma nucleótidos

Se encuentran en estado sólido.Se encuentran en estado sólido. Forman estructuras de sostén y protección.Forman estructuras de sostén y protección.

CaCOCaCO33: huesos y dientes de vertebrados: huesos y dientes de vertebradosespinas de erizos de marespinas de erizos de maresqueleto de coralesesqueleto de coralesexoesqueleto de artrópodosexoesqueleto de artrópodos

Silicatos: caparazones de microorganismosSilicatos: caparazones de microorganismosestructuras de sostén de vegetalesestructuras de sostén de vegetales

CaHPOCaHPO44: huesos de vertebrados: huesos de vertebrados



SALES MINERALES ASOCIADAS

SALES MINERALES PRECIPITADAS




4 – CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA.4 – CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA.

Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos:Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos: ESTADO DE SOL ESTADO DE GEL

Moléculas de soluto

Fase dispersante liquida

Moléculas de disolvente entre las de soluto (se entrelazan formando una red)

La red impide que el disolvente fluya (sólido blando fácil de deformar)


5 – ÓSMOSIS.5 – ÓSMOSIS.

Fenómeno en el que se produce el paso de un disolvente a través de una membrana semipermeable desde una disolución mas diluida a otra mas concentrada



Las membranas celulares son semipermeables.

Todos los seres vivos están obligados a regular la presión osmótica.Todos los seres vivos están obligados a regular la presión osmótica.

Los distintos grupos han desarrollado estrategias diferentes.Los distintos grupos han desarrollado estrategias diferentes.



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