Tema 1. Base molecular de la vida

TEMA 6 LIBRO (Pág. 131)

GUIÓN TEMA

• Bioelementos

• Biomoléculas inorgánicas

– Agua

– Sales minerales

• Ósmosis

• Biomoléculas orgánicas

– Glúcidos

– Lípidos

– Proteínas

– Ácidos nucleicos

Bioelementos

• Los principales elementos químicos que componen la materia viva se denominan bioelementos

• Se combinan entre sí para formar las biomoléculas

• Características de los bioelementos

– Presentan varios electrones libres en la capa de valencia; se pueden enlazar con más de un átomo (excepto el Hidrógeno) GRAN VARIABILIDAD DE MOLÉCULAS / MOLÉCULAS DE GRAN TAMAÑO (MACROMOLÉCULAS)

– Son elementos ligeros que se unen formando enlaces covalentes constituyendo moléculas muy estables

Bioelementos

• Clasificación de bioelementos, según su abundancia e importancia:

– Primarios

– Secundarios

– Oligoelementos

Fe

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS EL AGUA

• El agua es la biomolécula (inorgánica) más abundante en los seres vivos

• El ser humano presenta un contenido de agua del 65% al 75% de su peso

• La estructura química y composición del agua le proporcionan unas propiedades imprescindibles para los seres vivos

Estructura y composición

Enlace covalente

Enlace de puente de hidrógeno

Elevada constante dieléctrica

El agua

• Estructura y composición

Confieren alta estabilidad y cohesión

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Molécula polar. La estructura del agua indica una asimetría de cargas, de tal forma que constituye un dipolo eléctrico, con una carga local positiva , en cada uno de los átomos de H, y otra negativa, en el átomo de O, consecuencia de su distinta electronegatividad.

La geometría impide que las cargas parciales se anulan, y por ello la molécula es polar

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Alta constante dieléctrica. Las moléculas de agua, debido a su carácter polar, muestran un diferencial de carga negativo y un diferencial de carga positivo, superior al de otros disolventes.

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Alto calor específico. Para aumentar la temperatura del agua 1ºC es necesario proporcionar mucha energía para poder romper los puentes de hidrógeno que se generan entre las moléculas de agua (enlace estable).

De esta forma, el agua es un regulador térmico

Datos de Ce a 20ºC

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Alto calor de vaporización. El agua absorbe mucha energía cuando pasa de estado líquido a gaseoso. Gracias a esta propiedad se puede eliminar gran cantidad de calor con poca pérdida de agua (Ej; sudor)

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Alta 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 y origina una película superficial que actúa como tensa membrana

El agua

• Propiedades fisico-químicas (derivadas de su estructura)

– Alta tensión superficial. Las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes de Hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire.

El agua

• Propiedades fisico-químicas (derivadas de su estructura)

– Alta tensión superficial. Las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes de Hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire.

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Elevada fuerza de adhesión (cohesión). La elevada cohesión molecular del agua, debido a la unión de moléculas por enlace de puente de H, propicia que las moléculas de agua presenten gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la gravedad.

Este fenómeno se conoce con el nombre de capilaridad

Ejemplo; ascensión de savia bruta por capilaridad en los vasos leñosos

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Bajo grado de ionización. La mayor parte de las moléculas de agua no están ionizadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+) e iones negativos (OH-).

En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7.

Por ello, el pH del agua pura es igual a 7 (pH neutro).

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Densidad del agua. En estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello, el hielo flota en el agua.

Esto es debido a que los puentes de hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen (y si el volumen es mayor, la densidad es menor por lo que el hielo asciende y flota).

• Propiedades fisicoquímicas (derivadas de su estructura)

– Densidad del agua.

• Importancia biológica

Como consecuencia de las propiedades inherentes a su estructura el agua realiza funciones biológicas imprescindibles para el mantenimiento de la vida

– Principal disolvente biológico

– Principal medio de reacciones biológicas

– Función estructural

– Función mecánica amortiguadora

– Función de transporte

– Función termorreguladora

– Permite la vida acuática en climas fríos

– Principal disolvente biológico. Debido a su elevada constante dieléctrica y su carácter polar, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares y sustancias iónicas.

Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua.

– Principal disolvente biológico

• Sustancias iónicas. Se disuelven con facilidad en agua, debido a las atracciones electrostáticas entre los iones del compuesto iónico y los dipolos del agua

– Principal disolvente biológico

• Sustancias polares (p.ej. glúcidos). Molécula de agua establece enlaces de hidrógeno con grupos funcionales polares (aldehídos, cetonas, alcoholes), por este motivos solubles en agua

R

O

H Enlace de puente de hidrógeno

Sustancia polar (p.ej. R-OH)

– Principal disolvente biológico

• Sustancias anfipáticas (sustancias con una parte polar y otra parte apolar). El agua en este caso no disuelve estas moléculas, sino que las dispersa: – la parte polar (hidrófila) de la sustancias queda en contacto con el

agua

– la parte apolar (hidrófoba) de la sustancia queda hacia el interior. Es el caso de los fosfolípidos y la formación de micelas

– Medio de reacción. El agua constituye el medio donde se realizan la mayoría de reacciones bioquímicas, debido a que es un buen disolvente, presenta elevada constante dieléctrica y por su bajo grado de ionización.

– Función estructural. Por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia. Como ejemplo, el agua permite dar volumen a células o actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados (p.ej. Anélidos)

– Función de transporte. Por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por presentar capilaridad, la mayoría de los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.

– Función mecánica amortiguadora. Debido a su elevada cohesión molecular, el agua es un líquido incompresible que le permite ejercer esta función en las articulaciones de los animales vertebrados (líquido sinovial que evita el contacto entre huesos)

– Función termorreguladora. Al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

Ejemplo; agua celular (del citoplasma) mantiene temperatura constante de la célula por el alto calor específico del agua

Ejemplo; el sudor en vertebrados permite disminuir temperatura corporal por el elevado calor de vaporización del agua

– Permite la vida acuática en climas fríos. Debido la mayor densidad del agua en estado líquido, al descender la temperatura se forma una capa de hielo en superficie que flota y protege de los efectos térmicos del exterior al agua líquida que queda por debajo.

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS LAS SALES MINERALES

Las sales minerales

• Biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disueltas en forma de iones o asociada a otras moléculas.

• Precipitadas

– Las sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua

– En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las poseen (FUNCION ESTRUCTURAL)

– Ejemplos; carbonato cálcico (sal ternaria) en las conchas, los caparazones o los esqueletos.

Las sales minerales

• Disueltas

– Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas.

– Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+

– Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO4

3-, CO32-.

– Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como: • Mantener el grado de salinidad.

• Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón.

• Controlar la contracción muscular

• Producir gradientes electroquímicos

• Estabilizar dispersiones coloidales.

Las sales minerales

• Asociadas a otras moléculas

– Los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ion.

Ejemplos:

– La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe2+.

– Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe3+.

– La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg2+ en su estructura.

ÓSMOSIS

Ver apuntes cuaderno

• La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable desde una disolución más diluida a otra más concentrada.

• Dado que el agua es el principal disolvente en los seres vivos, es capaz de atravesar las membranas celulares que son semipermeables, para penetrar en el interior celular o salir al exterior. Este movimiento estará en función de la diferencia de concentración entre el medio extracelular e intracelular, determinado por la presencia de sales minerales y moléculas orgánicas disueltas (soluto).

• En función de la concentración de soluto (sales minerales y otras moléculas), los medios acuosos separados por la membrana semipermeable pueden ser hipertónicos (alta concentración) o hipotónicos (baja concentración). La difusión de moléculas de agua será desde el medio hipotónico hacia el medio hipertónico hasta que se igualen las concentraciones (medios isotónicos).

Ejercicio

• La concentración de cloruro de sodio en la sangre es de 0,9g/100 ml. Explica razonadamente qué ocurriría si se colocaran hematíes humanos en los siguientes medios:

a) Agua destilada

b) Una solución salina de 3g/100 ml

c) Una solución salina de 9g/l