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Tema 1 2biol

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Tema 1 2biol

  1. 1. TEMA 1 BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS. AGUA Y SALES MINERALES
  2. 2. 1.1 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS 1.1 1.1 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS 1. 1 BIOELEMENTOS LOS BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGÉNICOS son los elementos que forman parte de los seres vivos De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos
  3. 3. Estos bioelementos no son especiales ni exclusivos de los seres vivos Los bioelementos mayoritarios no coinciden con los elementos químicos más abundantes en la corteza terrestre
  4. 4. <ul><li>Estos bioelementos son los mayoritarios ya que: </li></ul><ul><li>Capas electrónicas incompletas  enlaces covalentes fácilmente </li></ul><ul><li>Poseen un número atómico bajo  enlaces muy estables </li></ul><ul><li>Forman enlaces polares ( oxígeno y nitrógeno son muy electronegativos)  moléculas polares solubles en agua </li></ul><ul><li>En el medio ambiente estos elementos forman moléculas sencillas fácilmente incorporables </li></ul>
  5. 5. <ul><li>Dentro de los bioelementos destaca el carbono que </li></ul><ul><li>Tiene valencia 4 , puede formar cuatro enlaces </li></ul><ul><li>Puede formar fácilmente enlaces consigo mismo y con otro elementos formando grandes cadenas </li></ul><ul><li>Atendiendo a su abundancia se pueden clasificar en: </li></ul><ul><li>a) Bioelementos primarios , que aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. </li></ul>
  6. 6. b) Bioelementos secundarios , aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular. c) Oligoelementos , micro constituyentes, o elementos vestigiales, que aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.  
  7. 7. <ul><li>1.2 Biomoléculas </li></ul><ul><li>Los elementos biogénicos se unen por enlaces químicos para formar las moléculas constituyentes de los organismos vivos que reciben el nombre de biomoléculas o principios inmediatos </li></ul><ul><li>Estas biomoléculas se pueden clasificar por su estructura química en: </li></ul><ul><li>Inorgánicas: no presentan enlaces C-H y se pueden presentar fuera de los seres vivos. Agua y sales minerales </li></ul><ul><li>Orgánicos: presentan enlaces C- H y sólo se presentan en los seres vivos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos </li></ul>
  8. 8. 1.3 El agua Es la molécula más abundante de la materia viva entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido. El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular .
  9. 9. 1.3.1 ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxigeno unidos por enlaces covalente simples
  10. 10. Es una molécula eléctricamente neutra aunque sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad o capacidad de atraer electrones. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el del hidrógeno por ello los electrones están desplazados hacia el oxígeno. Este desplazamiento da lugar a un exceso de carga negativa sobre el oxígeno y un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de hidrógeno. Da lugar a lo que se conoce como momento dipolar y da lugar a un dipolo, es decir adquiere carácter polar
  11. 11. Debido a su carácter polar , las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí , mediante atracciones electrostáticas estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno. Cada molécula puede formar hasta 4 enlaces de hidrógeno; que le da una estructura al agua que nos permite explicar sus propiedades
  12. 12. <ul><li>1.3.2 PROPIEDADES DEL AGUA </li></ul><ul><li>Elevada constante dieléctrica </li></ul><ul><li>Debido a la polaridad de su molécula , el agua se puede interponer entre los iones de las redes cristalinas de los compuestos iónicos, lo que origina una disminución importante de la atracción entre ellas, provocando su separación y en definitiva su disolución. Cada ión queda rodeado por moléculas de agua que impiden que vuelvan a unirse (solvatación) </li></ul>
  13. 13. <ul><li>b) Elevada fuerza de cohesión: </li></ul><ul><ul><li>Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible ( volumen no disminuye aunque se apliquen presiones altas) . </li></ul></ul>c) Elevada fuerza de adhesión Debido a su polaridad y a la elevada cohesión , las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos muy pequeños, ascendiendo en contra de la gravedad
  14. 14. Este fenómeno se conoce con el nombre de capilaridad d) Elevada tensión superficial Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción netas hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada, se comporta como una membrana elástica densa
  15. 15. e) Elevado calor específico Para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario comunicarle mucha energía para poder romper los puentes de Hidrógeno que se generan entre las moléculas. El agua puede absorber grandes cantidades de &quot;calor&quot; por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. f ) Elevado calor latente: las moléculas de agua han de absorber o ceder gran cantidad de calor para cambiar de estado físico
  16. 16. g) Elevado calor de vaporización También los p.de h. son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa . Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20: C. h) Densidad máxima a 4ºC : en estado líquido ya que por los puentes de hidrógeno se forma una red que ocupa mayor volumen. Esta propiedad permite la vida en climas polares
  17. 17. i ) Bajo grado de ionización En el agua existe una pequeñísima cantidad ( 1 de 10 millones) de moléculas ionizadas el producto iónico del agua a 25: es el producto iónico del agua a 25: es                                                                                                                         . Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7 ..
  18. 18. Para simplificar los cálculos se definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según ésto: disolución neutra   pH = 7 disolución ácida    pH < 7 disolución básica    pH > 7
  19. 19. <ul><li>1.3.3 FUNCIONES DEL AGUA </li></ul><ul><li>Principal disolvente biológico </li></ul><ul><li>El agua además de disociar compuestos iónicos también puede formar puentes de hidrógeno con otras moléculas no iónicas pero que tienen grupos polares ( grupos alcohol, aldehídos o cetonas) y causar así mismo su disolución </li></ul>
  20. 20. b) Función metabólica: el agua constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas . Interviene en forma activa en las reacciones de hidrólisis. En el proceso de fotosíntesis aporta protones y electrones imprescindibles para la síntesis de moléculas orgánicas c) Función estructural: La elevada cohesión de las moléculas permite al agua dar volumen a las células , turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados. También explica las deformaciones citoplasmáticas que ocurren en algunas células
  21. 21. e) Función de transporte: Debido al poder disolvente permite el transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo. La capilaridad contribuye a la ascensión de la savia bruta g) Función termorreguladora: Permite mantener constante la temperatura interna de los seres vivos por ejemplo con el mecanismo de sudoración o con la transpiración h) Permite la vida acuática en climas fríos, ya que el hielo al flotar protege de los efectos térmicos del exterior al agua líquida que queda debajo d ) Función mecánica amortiguadora debido a que es un líquido incompresible ,. En las articulaciones constituye el líquido sinovial
  22. 22. <ul><li>1.4 SALES MINERALES </li></ul><ul><li>Son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos que se encuentran disueltas o en estado sólido </li></ul><ul><li>Disueltas </li></ul><ul><ul><li>Se encuentran disociadas en sus iones ( cationes y aniones ) que son los responsables de su actividad biológica. Forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares </li></ul></ul><ul><ul><li>Los aniones más frecuentes son los cloruros (Cl - ), los fosfatos (PO4 3 - ), los carbonatos (CO 3 - ) , los bicarbonatos (HCO 3 - ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Los cationes más abundantes son el Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , </li></ul></ul><ul><ul><li>Pueden asociarse con moléculas orgánicas como lípidos, proteínas o glúcidos </li></ul></ul>
  23. 23. <ul><ul><li>Desempeñan las siguientes funciones generales: </li></ul></ul><ul><ul><li>Mantener el grado de salinidad en los organismos </li></ul></ul><ul><ul><li>Regular la actividad enzimática: los cationes metálicos como Zn 2+ , Ca 2+ , Fe 2+ , o Mg 2+ </li></ul></ul><ul><ul><li>Regular la presión osmótica y el volumen celular: la presencia de sales es determinante para que se produzca la entrada o salida de agua a través de la membrana (ósmosis) </li></ul></ul><ul><ul><li>Estabilizar las dispersiones coloidales </li></ul></ul><ul><ul><li>Generar potenciales eléctricos </li></ul></ul>
  24. 24. Regulación del pH TAMPÓN BICARBONATO : Es común en los líquidos intercelulares . Mantiene el pH en valores próximos a 7,4 gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua TAMPÓN FOSFATO : Se encuentra en los líquidos intracelulares , manteniendo el pH en torno a 6,86 debido al equilibrio:
  25. 25. <ul><ul><ul><ul><li>Funciones específicas como intervenir en la contracción muscular (Ca2+) transporte de oxígeno (Fe2+) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>b) sólidas </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén o protectora, como : </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos : fosfatos , cloruros , y carbonatos de calcio </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice). </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Otolitos del oído interno,formados por cristales de carbonato </li></ul></ul></ul></ul>
  26. 27. 1.5 ÓSMOSIS La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable ( permite el paso de disolventes pero no de solutos) desde una disolución más diluida a otras más concentrada La membrana celular es una membrana semipermeable que permite el paso del agua desde un medio hipotónico ( concentración baja de solutos) hacia un medio hipertónico ( concentración alta de solutos)
  27. 28. Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable El paso de agua continua hasta que las disoluciones se vuelven isotónicas Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación como consecuencia disminución del volumen celular y aumento de la presión osmótica en el interior de la célula. En células vegetales se produce la rotura de la célula o plasmólisis al desprenderse la membrana de la pared celular
  28. 29. Cuando el medio externo es hipotónico se produce entrada de agua hacia el interior de la célula aumentando el volumen celular y disminuyendo la presión osmótica En el caso de células animales puede producirse estallido celular o hemólisis. En células vegetales de paredes rígidas se produce turgencia celular
  29. 30. 1.6 CARÁCTER COLOIDAL DE LAS DISOLUCIONES CELULARES En LA MATERIA viva podemos encontrar disoluciones verdaderas que contiene moléculas de soluto de pequeño tamaño como azúcares, sales minerales o aminoácidos. Pero también podemos encontrar disoluciones coloidales que contienen grandes moléculas como polisacáridos, proteínas lípidos o ácidos nucleicos. A pesar de su elevada masa molecular las dispersiones coloidales son estables y las partículas coloidales no sedimentan Las partículas suelen unirse formando agregados moleculares que reciben el nombre de micelas ( de muy variada composición) Cuando las micelas son líquidas e inmiscibles con el disolvente la dispersión coloidal recibe el nombre de emulsión
  30. 31. DISOLUCIÓN VERDADERA DISPERSIÓN COLOIDAL Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos: Soluto o fase dispersa Disolvente o fase dispersante  < 10 -7 cm 10 -7 <  <2 • 10 -5 cm ESTADO DE SOL ESTADO DE GEL Moléculas de soluto Fase dispersante líquida Moléculas de disolvente entre las de soluto
  31. 32. Todas estas dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos: a) SOL : Tiene aspecto líquido, ya que las moléculas de soluto están en menor cantidad que las del disolvente b) GEL : Tiene aspecto semisólido y gelatinoso. Las moléculas de disolvente están atrapadas entre las del soluto que forma una red que impide que el disolvente fluya por lo que el gel se comporta como un sólido blando y fácil de deformar
  32. 33. En las células los estados de sol y gel se alternan según las variaciones de concentración de las partículas coloidales. Influyen las variaciones de temperatura, pH o presión. A veces ese paso de gel a sol o viceversa es irreversible. Diálisis : es el proceso de separación de las moléculas que integran una dispersión coloidal en función de su tamaño a través de una membrana semipermeable

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