Bioelementos, Agua y Sales Minerales PDF

2. Los bioelementos, el agua y las sales minerales 1. Los bioelementos 2. Las biomoléculas 3. El agua 4. Las sales minerales 5. Las disoluciones y dispersiones coloidales  1. Los bioelementos Todos los seres vivos están formados por los mismos elementos químicos. Existen...

2. Los bioelementos, el agua y las sales minerales 1. Los bioelementos 2. Las biomoléculas 3. El agua 4. Las sales minerales 5. Las disoluciones y dispersiones coloidales  1. Los bioelementos Todos los seres vivos están formados por los mismos elementos químicos. Existen unos 70 bioelementos. Los seres vivos los obtienen de la corteza, hidrosfera y atmósfera. ¿Por qué el C, el O y el H son tan abundantes en los seres vivos? ¿Por qué son tan abundantes el Si y el O en la corteza? ¿Qué elementos obtenemos de la atmósfera y de la hidrosfera?  1. Los bioelementos ─ Macroelementos Cerca del 99% del peso de los seres vivos a) Bioelementos primarios - 95% Bioelementos - Indispensables para biomoléculas orgánicas - Establecen enlaces covalentes estables C, H, O, N, P, S b) Bioelementos secundarios - Forman iones (sales minerales y algunos coenzimas) Cl, Ca, Na, K, Mg ─ Microelementos o oligoelementos - Abundancia por elemento < 0’001 %. - Fundamentalmente funciones catalíticas - En todos los organismos o sólo en algunos. Fe, Cu, Zn, Mn, Co, I, Ni, B, Mo, Si, F, … 1. Los bioelementos 1.1 Bioelementos primarios a) El carbono  Como TODOS bioelementos primarios tiene una masa atómica pequeña lo que favorece que establezca enlaces covalentes estables.  Tiene 4 electrones libres en su última capa que se disponen en forma de tetraedro (estructura electrónica 1s2 2s1 2p3 ).  Sus enlaces covalentes son lo suficientemente fuertes para ser estables pero no demasiado para permitirles reaccionar fácilmente.  El átomo de C forma enlaces covalentes con otros átomos de C y H, formando HIDROCARBUROS.  El enlace C-H es APOLAR. 1. Los bioelementos. El carbono  Forma una gran variedad de moléculas distintas ya que: Puede formar largas cadenas carbonatadas que pueden ser lineales, ramificados, cíclicos. Puede unirse a otros átomos de C con enlaces simples (móviles), dobles y triples (rígidos). Se une fácilmente con otros elementos muy electronegativos (O, N, P, S,…), apareciendo multitud de grupos funcionales. La disposición tetraédrica de los enlaces y su movilidad hace que aparezcan multitud de moléculas con la misma fórmula química pero distinta fórmula estructural (isómeros). CH3 CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CH3 CH3 ─ CH ─ CH2 ─ CH ─ CH3 butano CH3 CH3 2,2,4 trimetilpentano etano eteno glucosa 1. Los bioelementos 1.1 Bioelementos primarios b) El oxígeno  Muy abundante ya que forma agua y gases atmosféricos que se disuelven fácilmente.  Es muy electronegativo y reacciona fácilmente. 1. Los bioelementos 1.1 Bioelementos primarios b) El nitrógeno  En la naturaleza se encuentra mayoritariamente en forma de N2, muy estable y de difícil asimilación en los seres vivos.  Forma principalmente los grupos amino de los aminoácidos y las bases nitrogenadas de los nucleótidos. H3 O C C4 C 5 aminoácido base nitrogenadaH C6 N3 H L- cisteina Timina C2 N1 C1 de la O desoxirribosa 1. Los bioelementos 1.1 Bioelementos primarios c) El azufre  El radical sulfhidrilo (–SH) está en algunos aminoácidos y es importante en la estructura de las proteínas, ya que forma enlaces disulfuro. 1. Los bioelementos 1.1 Bioelementos primarios d) El fósforo  Constituyen grupos fosfato (PO4)3-, imprescindibles para constituir el ATP, formar fosfolípidos y sales minerales. 1. Los bioelementos 1.2 Bioelementos secundarios  Calcio. En forma de CaCO3 forma caparazones de moluscos y esqueletos. En forma de Ca2+ es fundamental en muchos procesos fisiológicos (2º mensajero, contracción muscular, coagulación sanguínea, permeabilidad de membranas,…).  Magnesio. En forma de Mg2+. Se encuentra en muchas coenzimas y pigmentos vegetales (clorofila) e interviene en muchos procesos fisiológicos (ADP ATP, fisiología de los ácidos nucleicos,…).  Sodio, Potasio y Cloro. Se encuentran como iones solubles (Na+, K+, Cl-). Mantienen el grado de salinidad y el equilibrio eléctrico entre el exterior e interior celular. 1. Los bioelementos 1.3 Oligoelementos  Hierro. Forma parte de la hemoglobina y algunos citocromos  Cinc. Forma parte de muchas enzimas del metabolismo de las proteínas y ácido nucleico. Aumenta los niveles de testosterona en sangre.  Cobre. Presente en la hemocianina (“hemoglobina” de algunos moluscos y artrópodos) y en algunos citocromos.  Cobalto. Forma parte de la vitamina B12.  Manganeso. Se encuentra en muchas enzimas como la encargada de romper el H2O en la fotosíntesis.  Litio. Participa en la secreción de neurotransmisores.  Silicio. Forma parte de algunos caparazones del fitoplancton y endureciendo tallos de algunas plantas.  Yodo. Participa en la formación de la hormona tiroidea.  Flúor. Forma parte del esmalte dentario.  ANEXO  RECORDAR conceptos de química: ─ Estructura electrónica y orbitales ─ Enlace iónico ─ Enlace covalente: simple, doble, triple, polar ─ Enlaces débiles: Iónicos Fuerzas de Van der Waals Puentes de Hidrógeno Interacciones hidrofóbicas 2. Las biomoléculas - BIOMOLÉCULAS o Principios inmediatos  Inorgánicas: Agua (H2O) Sales minerales (CaCO3, NaCl,…) Gases (CO2, O2, …)  Orgánicas: Glúcidos Lípidos Proteínas Ác. nucleicos Otras moléculas, como los alcoholes (glicerol, etanol,…), ácidos orgánicos (ácido fórmico, ácido málico,…),… 2. Las biomoléculas 3. El agua ─ El agua en los seres vivos Componente mayoritario y fundamental Contenido variable según especie y tejido ─ Estructura molecular Geometría angular Dipolo permanente Gran capacidad de establecer puentes de hidrógeno 3. El agua ─ Propiedades fisico-químicas  Fuerza de cohesión. Las moléculas están muy unidas entre sí, lo que permite que el agua sea líquida en un amplio rango de temperaturas y que varíe poco su volumen ( incomprensibilidad).  Fuerza de adhesión. Las moléculas realizan fácilmente puentes de H con las moléculas del recipiente en el que se encuentra. Esto, junto con la cohesión, permite al agua ascender por conductos de pequeño diámetro ( capilaridad).  Tensión superficial. Las moléculas superficiales realizan más puentes de H entre sí lo que aumenta la resistencia de la superficie a ser traspasada. 3. El agua ─ Propiedades fisico-químicas  Capacidad disolvente. Realiza fácilmente puentes de H con iones y grupos polares de otras moléculas, disolviendo una gran cantidad de sustancias.  Calor específico. Ya que antes de elevar su temperatura hay que romper muchos puentes de H.  Calor de vaporización. Para pasar de líquido a gas es necesario romper todos los enlaces de H, lo que precisa mucha energía. El agua actúa así de refrigerante al evaporarse, ya que absorbe mucha energía. 3. El agua ─ Propiedades fisico-químicas líquido > sólido. Los enlaces de H del hielo forman un retículo regular que deja bastantes huecos. Esto permite que el hielo flote sobre el agua líquida y que forme una capa termoaislante que impida la congelación del resto del agua.  Grado de ionización. El agua tiene una pequeñísima cantidad de moléculas ionizadas. 2 H2O  H3O+ + OH- Producto iónico (Kw) Kw = [H3O+]·[OH-] = 10-14 en el agua pura… [H3O+] = [OH-]  [H3O+] = 10-7 El grado de acidez depende de [H3O+] pH = -log [H3O+] 3. El agua ─ Funciones biológicas Disolvente. Disuelve muchas biomoléculas. Función metabólica. Constituye el medio donde se desarrollan todas las reacciones biológicas, incluso en alguna participa como reactivo o producto. Función de transporte. Su  capacidad disolvente permite el transporte de sustancias por el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo. En plantas la savia bruta se mueve gracias a la capilaridad del agua. Función estructural. Por su  cohesión actúa como esqueleto hidrostático manteniendo las células y muchos organismos turgentes. Función mecánica amortiguadora. Su incompresibilidad permite a los vertebrados usar bolsas de agua como “cojinete” para evitar el roce de los huesos. Función termorreguladora. Gracias a su  calor específico y  calor de vaporación. 4. Las sales minerales ─ Precipitadas (sólidas) Función esquelética y protectora Sílice (SiO2), carbonatos o fosfatos de Ca (CaCO3, Ca3(PO4)2), … ─ Disueltas Funciones metabólicas y reguladoras (pH, equilibrio osmótico) Forma iónica (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, HCO3-, HPO42-, …) ─ Asociadas a moléculas orgánicas Formando fosfolípidos, nucleótidos, coenzimas,… 5. Las disoluciones y las dispersiones coloidales FLUIDOS = Fase dispersante (H2O)+ Fase dispersa (soluto) ─ Según el tamaño del soluto tenemos: Disolución: Tamaño soluto < 5 nm. Dispersión coloidal (geles y soles): 5 nm < Tamaño soluto < 200 nm 5.1 Propiedades de las disoluciones ─ Estabilidad del grado de acidez Los sistemas tampón amortiguan los cambios de pH. Sistema tampón = Ácido débil + base conjugada Tampón bicarbonato (intercelular  7,4) H   HCO3  H 2CO3  CO2  H 2O Tampón fosfato (intracelular  7,2) Η 2 PΟ4  ΗPΟ42  Η  5. Las disoluciones y las dispersiones coloidales ─ Difusión y ósmosis En cualquier disolución las moléculas se mueven al azar, repartiendose equitativamente en la disolución. Difusión. Es el reparto de las partículas de un fluido en el seno de otro fluido. Ósmosis. Es el paso del disolvente a través de una membrana semipermeable entre dos disoluciones de distinta concentración. DIFUSIÓN ÓSMOSIS 5. Las disoluciones y las dispersiones coloidales Fenómenos osmóticos Presión osmótica: La diferencia en el contenido de agua a ambos lados de la membrana genera una presión. Hemolisis/ Retracción Situación normal Turgescencia Plasmólisis Isotónica Hipotónica Hipertónica 5. Las disoluciones y las dispersiones coloidales 5.2 Propiedades de las dispersiones coloidales ─ Capacidad de presentarse en forma de gel Sol. Aspecto líquido. Gel. El soluto son fibras y tiene aspecto gelatinoso. En ciertas condiciones un dispersión puede pasar de sol a gel y viceversa. ─ Separación por diálisis. Separación de partículas dispersas según su masa molecular, gracias a una membrana semipermeable que tan solo deja pasar agua y otras moléculas pequeñas, pero no las grandes. ─ Otras (Elevado poder adsorbente, elevada viscosidad, Efecto Tyndall, capacidad de sedimentación, capacidad de respuesta a la electroforesis).  ACTIVIDADES 1. Realiza un esquema resumen del tema que contenga como MÍNIMO los siguientes puntos: a) Esquema de la clasificación de los bioelementos con ejemplos. b) Esquema de las biomoléculas. c) Esquema del H2O donde aparezcan los datos de estructura, propiedades y funciones. De cada dato pon una pequeña explicación de no más de 2 líneas. d) Esquema de las sales minerales, con ejemplos y sus funciones. e) Concepto de disolución y propiedades (En Estabilidad del grado de acidez nombra los 2 sistemas tampón, dónde se usan y su ácido y base conjugada; explica brevemente los procesos de difusión, ósmosis y los procesos osmóticos). f) Concepto de dispersión coloidal y tipos. https://es.khanacademy.org/science/biology  ENLACES - https://ed.ted.com/lessons/how-polarity-makes-water-behave-s trangely-christina-kleinberg - https://ed.ted.com/lessons/why-does-ice-float-in-water-george- zaidan-and-charles-morton - https://ed.ted.com/lessons/why-don-t-oil-and-water-mix-john-p ollard - https://es.khanacademy.org/science/biology - http://biomodel.uah.es -... A medida que vayáis encontrando cosas interesantes pegarlas aquí