TEMA 1. Bioelementos. Biomoléculas Inorgánicas

TEMA 1. BIOELEMENTOS. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

2º Bachillerato - BiologíaIES MuriedasBonifacio San Millán

ÍNDICE

1. BIOELEMENTOS

1. Clasificación de los

bioelementos

2. BIOMOLÉCULAS

1. El agua

2. Las sales minerales

BIOELEMENTOS

Son los elementos constituyentes de los seres vivos.

Los seres vivos seleccionamos y tomamos del medio los elementos que forman parte de nuestra materia, y no los más abundantes.

Elementos mayoritarios en la corteza

terrestre

Elementos mayoritarios en los seres

vivos

O C

Si H

Al O

Fe N

P

S

Clasificación: Bioelementos 1arios o Mayoritarios: C, H, O, N, P, S (97%)

Bioelementos 2arios : Cl, Na, K, Mg y Ca (2%)

Oligoelementos: o elementos traza Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, Ni, Co, Li, Al, etc. (1%), Porcentajes menores del 0,1%

BIOELEMENTOS

Hay 70 bioelementos (25 de los cuales son comunes en todos los seres vivos)

Los bioelementos se clasifican según la proporción en la que se encuentran en los seres vivos.

BIOELEMENTOS PRIMARIOS

Son C, H, O, N, P y S Componentes fundamentales de las

biomoléculas. Se encuentran en todos los seres vivos. Propiedades generales:

Capas electrónicas externas incompletas enlaces covalente biomoléculas

Bajo nº atómico estabilidad Electronegatividad del O y N solubilidad Accesibilidad (CO2 , H2O, nitratos, etc.)

Propiedades específicas del carbono Hibridación sp3 valencia 4 Estructura

tetraédrica Variedad de cadenas carbonatadas estables

(lineales, cíclicas, ramificadas) variedad de moléculas orgánicas.

Hibridación sp2, sp formación de dobles y triples enlaces

Grupos funcionales: aparecen como consecuencia de reacciones de oxidación – reducción: ej. Alcano ↔ Alcohol ↔ Aldehído ↔ Ácido:

variedad de moléculas orgánicas polifuncionales.


HIBRIDACIÓN SP3 DEL CARBONO

GRUPOS FUNCIONALES


CARBONO: es la base de todos los seres vivos.

Tiene estructura tetraédrica, con 4 e- desapareados, lo que le permite formar enlaces covalentes con otros átomos.

HIDRÓGENO: se une al Carbono por enlace covalente formando largas cadenas hidrocarbonadas.

OXÍGENO: es el más electronegativo (más polar) y el más abundante. Forma el agua junto con el hidrógeno.

NITRÓGENO: forma los grupos amino (-NH2) de los aminoácidos y aparece en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.

AZUFRE: forma el radical sulfhidrilo (-SH) en muchas proteínas.

FÓSFORO: forma los grupos fosfatos (-PO4)-3 que forma parte del ATP , fosfolípidos, etc.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Se encuentran en los seres vivos en una

proporción mayor al 0,1%. Cl, Na, K, Mg y Ca (2%) Forman parte de todos los seres vivos. Son necesarios para la vida de la célula

OLIGOELEMENTOS ó ELM. TRAZA Se encuentran en proporciones inferiores

al 0,1%. No todos forman parte de los seres vivos. Son necesarios para el metabolismo

celular. Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, Ni, Co, Li, Al, etc.

(1%)

BIOMOLÉCULAS

Formadas por la unión de varios bioelementos. También se llaman Principios Inmediatos (se pueden separar por medios

físicos sin romper las moléculas) Se clasifican en:

EL AGUA

El agua es la sustancia más abundante en la corteza terrestre y en la materia viva, y es imprescindible para los seres vivos.

PORCENTAJE MEDIO DE AGUA EN ALGUNOS ORGANISMOS

Algas 93-98%

Medusas 95-97%

Planta del tabaco 92%

Hongos 80%

Cangrejo de río 77%

Ser humano 63%

Pino 47%

Semillas de cereales 10%

EL AGUA

La cantidad de agua en los seres vivos depende de tres factores: La especie:

Sp. acuáticas > Sp. de medios áridos Medusa (98 %) vs. Semilla (10 %)

La edad del individuo Organismos jóvenes > Organismos de + edad

Feto de 4 meses (94%) vs. 65 años (56%)

El tipo de tejido u órgano Tejidos con ↑ actividad metabólica > tejidos

inertes Plasma sanguíneo (92 %) vs. Dientes (10 %)

EL AGUA

El agua se encuentra en los seres vivos en 3 formas distintas:

AGUA CIRCULANTE: en la sangre, en la savia, etc.

AGUA INTERSTICIAL: entre las células, fuertemente

adherida a la sustancia intercelular.

AGUA INTRACELULAR: en el citosol y en el interior

de los orgánulos celulares. (mayoritariamente)

EL AGUA: Estructura

EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA

Hibridación sp3 del O TETRAEDRO Electronegatividad del O TETRAEDRO

IRREGULAR ASIMETRÍA ELECTRICA CARÁCTER DIPOLAR

Los electrones compartidos se ven atraídos con más fuerza por los

protones del oxígeno

EL AGUA: Estructura

ELECTRONEGATIVIDAD: medida de la fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre los electrones de otro en un enlace covalente.ELECTRONEGATIVIDAD: medida de la fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre los electrones de otro en un enlace covalente.

TETRAÉDRICA IRREGULARCARÁCTER DIPOLAR Puentes de Hidrógeno

EL AGUA: Estructura

Entre los dipolos se establecen un tipo de enlaces denominados enlace o puente de Hidrógeno.

EL AGUA: Estructura

Los puentes de hidrógeno son más débiles que los enlaces covalentes o los iónicos, pero se rompen y se forman de manera constante, lo cual confiere a la molécula de agua una gran cohesión interna. Estados:

• Gaseoso 0%• Sólido 100% (4 PH)• Líquido 85% (3,4 PH)

EL AGUA: Propiedades e importancia biológica

Las propiedades del agua derivan de LA PRESENCIA DE PUENTES DE H Y ESTOS DE LA ESTRUCTURA DEL AGUA1. Cohesividad Estado líquido a Tª ambiente Transporte y

Estructural

2. Poder disolvente: K = 80 “Disolvente universal”

3. calor específico función termorreguladora

4. calor de vaporización función termorreguladora

5. Disociable en iones H+ y OH- Reactividad: hidrólisis y condensación

Cohesividad: Estado líquido del agua a temperatura ambiente

La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas de agua (Puentes de hidrógeno) permite que el agua se mantenga líquida a Tª ambiente.

Esto permite al agua actuar como vehículo de transporte en el interior de un organismo y como medio lubricante en las estructuras de movimiento.

Esto permite que sea el agua el componente principal del citosol y del interior de los orgánulos celulares.

Cohesividad: Líquido prácticamente incompresible

Gracias al elevado grado de cohesión entre las moléculas de agua, el volumen del agua líquida no disminuye apreciablemente aunque se apliquen presiones muy altas.

Esto determina las deformaciones citoplasmáticas y permite que el agua actúe como esqueleto hidrostático en las células vegetales.

Poder disolvente del agua

Poder disolvente: K = 80 “Disolvente universal”

a) Sustancias polares (hidrofílicas) disoluciones verdaderas

b) Sustancias apolares (hidrofóbicas) Insolubilidad

c) Sustancias apolares con pequeño grupo polar (anfipáticas) dispersiones Coloidales

d) Emulsiones estables: disolvente (H2O), soluto (ej.grasas), emulgente (ej. proteína)


http://www.bionova.org.es/animbio/anim/aguadisol.swf

Poder disolvente: K = 80 “Disolvente universal” Sustancias polares (hidrofílicas) disoluciones verdaderas


Sustancias apolares (hidrofóbicas) InsolubilidadSu disposición dependerá de la densidad la sustancia

considerada

1º Emulsión inestable2º flota (insoluble)

1º Emulsión inestable2º precipita (insoluble)


DISOLUCIONES COLOIDALES: Sustancias apolares con pequeño grupo polar (anfipáticas) dispersiones Coloidales

Las disoluciones coloidales pueden aparecer en dos estados distintos;

SOL GEL

SOL GEL

- (H2O)

+ (H2O)


EMULSIONES ESTABLES: Formadas por dos líquidos inmiscibles: 1de

ellos (fase dispersa) forma pequeñas gotitas dispersas en el otro (fase dispersante).

Emulsiones biológicas: Fase dispersa: lípidos insolubles (ej. triglicéridos,

colesterol) Fase dispersante: agua

La estabilidad de las emulsiones se consigue gracias a otras moléculas que mantienen las gotitas de la fase dispersa separada (ej. proteínas, fosfolípidos, sales biliares, jabón)

Ejemplos; leche, mayonesa

CALOR ESPECÍFICO: cantidad de calor que es necesario comunicar a 1 gramo de sustancia para aumentar su temperatura 1ªC.

El agua tiene un calor específico alto, porque para elevar su temperatura, hay que romper muchos de los enlaces que hay entre ellas, lo que implica que hace falta suministrar mucho calor.

Por ello, el agua es un buen estabilizador térmico del organismo frente a los cambios bruscos de temperatura del medio.

Elevado calor específico: Función termorreguladora

Elevado calor de vaporización: Función termorreguladora

Para pasar del estado líquido al gaseoso hace falta romper todos los puentes de hidrógeno, para lo cual se necesita mucha energía.

Esto hace que el agua sea una buena sustancia refrigerante en el organismo.

El agua que se evapora en la superficie de un ser vivo absorbe calor del organismo, actuando como regulador térmico.

La capacidad refrigerante del sudor está basada en este hecho.

Disociable en iones H+ y OH- Reactividad

Hidrólisis Polímero + H2O “n” monómeros

Condensación “n” monómeros Polímero + (n-1)

H2O

HidrólisisA – B A – OH +

B – HCondensación

FUNCIONES DEL AGUA

Función metabólica: Es el medio en el que se producen la mayoría de las reacciones metabólicas, puesto que las sustancias para que reaccionen tienen que estar disueltas. Además en muchas de estas reacciones el agua actúa como reactivo como por ejemplo en las reacciones de hidrólisis que ocurren en la digestión. Igualmente es la fuente de hidrógenos en la fotosíntesis vegetal.

Función transportadora: El agua actúa como vehículo transportador de sustancias por el interior del organismo y entre el exterior y el interior del mismo, debido a que es líquida y es un excelente disolvente, las sustancias son transportadas disueltas en ella.

Función estructural: Debido a la elevada fuerza de cohesión da forma a las células que carecen de membrana rígida regulando los cambios y deformaciones del citoplasma.

Función termorreguladora: Debido al elevado calor específico y al elevado calor de vaporización, regula la Tª del organismo amortiguando las variaciones bruscas de la Tª externa y ayuda a mantener constante la Tª del cuerpo en los animales homeotermos o endotermos.

EL AGUA: PropiedadesIonización del agua

El agua pura se comporta como un electrolito débil y se encuentra en parte disociada en iones H+ y OH- según la siguiente ecuación:

H2O H+ + OH-

En el agua la disociación es muy débil, esto significa que la mayor parte del agua se encuentra como H2O sin disociar y solo una pequeña parte está disociada.

El producto de las concentraciones de los iones H+ y OH- es constante y se denomina producto iónico, en el agua a 25ºC es:

[H+].[OH-] = 10-14 En el agua pura por cada H+ que se forma, se forma un OH- lo que

hace que la concentración de ambos iones sea la misma.

[H+] = [OH-] = 10-7 Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del

otro para mantener constante el producto.

EL AGUA: PropiedadesIonización del agua. Concepto de pH Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro

para mantener constante el producto. Hay sustancias que al disolverse en el agua, aumentan la concentración

de hidrogeniones, se denominan ácidos. Otras por el contrario disminuyen la concentración de hidrogeniones se denominan bases.

La acidez de una disolución viene determinada por la [H+], Sorensen ideo la escala de pH para expresar la concentración de hidrogeniones de una disolución y por lo tanto la acidez.

El pH = - log [H+]. El valor oscila 0 y 14. Si el pH de una disolución es 7 como ocurre en el agua pura, dicha disolución es neutra.

H+ = OH- Si el pH es < 7 ,la disolución es ácida. H+ > OH- . Si el pH es > 7, la disolución es básica. H+< OH-.

La escala de pH es logarítmica, es decir que si aumenta o disminuye en una unidad significa que la concentración de H+ se hará 10 veces menor o mayor.

http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/propertiesofwater/water.html

http://www.youtube.com/watch?v=x8J-Jbu_W6M&feature=related

SALES MINERALES

Son moléculas inorgánicas que están presentes en la materia viva en pequeña cantidad.

Se pueden encontrar de varias formas: Precipitadas: Carbonatos, fosfatos, etc. Disueltas

Aniones: Cl- ,CO32- ,HCO3

- ,PO43- etc

Cationes: K+ ,Na+ ,Ca2+ , Mg+2 etc Asociadas a moléculas orgánicas: Fe, P, etc.

Funciones de las SALES MINERALES:Regulación de los procesos

osmóticos

o OSMOSIS y presión osmótica

o Turgescencia y plasmolisis Importancia biológica:

Absorción (raíces) Adaptaciones (plantas

halófitas) Homeostasis

SALES MINERALES: Presión osmótica Presión osmótica () sería la presión que habría que

hacer para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable debido a la ósmosis.

SALES MINERALES: Presión osmótica

Video resumen ósmosis: http://www.youtube.com/watch?v=oONjIH39uUw



DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS

Membrana semipermeable

De la + diluida a la + concentrada

Solo pasa agua

De la + concentrada a la + diluida

Pasa el agua y moléculas de soluto de bajo peso molecular

DIFUSIÓN DIÁLISISOSMOSIS

Membrana permeable o s/m

De la + concentrada a la + diluida

Pasa agua y solutos

Funciones de las sales minerales

Regulación del pH: Sistemas amortiguadores

H2PO4- / HPO4

2 – intracelularH2CO3/ HCO3

- extracelular

El pH afecta a la actividad enzimática

TEST DE REPASO

TEMA 1

El paso de agua desde una solución menos concentrada a una más concentrada a través de una membrana semipermeable se denomina...

La hemolisis (rotura) de los eritrocitos al colocarlos en agua destilada es un ejemplo de:

A. Difusión

B. Ósmosis

C. Plasmólisis

D. Turgencia

Indica cómo se formará el puente de Hidrógeno entre las dos moléculas de agua

http://www.educa.madrid.org/portal/c/portal/layout?p_l_id=2288.193&c=an

Los enlaces de H en el agua...

A. Son inestables en el agua en fase

sólida

B. se rompen con facilidad al aumentar

la temperatura

C. se rompen por debajo de los 0ºC.

D. son estables cuando el agua hierve

E. son muy estables

El paso del agua y no de las partículas disueltas en ella, sólo se produce en el caso de la...

A. Diálisis

B. en ninguno de los casos anteriores

C. Difusión

D. Ósmosis

E. en todos los casos anteriores

Una de las siguientes funciones NO lo es del agua

A. esquelética

B. Termorreguladora

C. Aporte de H y O

D. disolvente

E. medio de transporte

El agua tiene carácter de reactivo químico porque es...

A. capaz de hidrolizar a otras sustancias.

B. el disolvente universal.

C. termorreguladora

D. el medio donde se producen las

reacciones metabólicas.

E. un vehículo de transporte de otras

sustancias.

Al introducir un alga marina en agua dulce se produce...

A.un arrugamiento por exósmosis

B.una inmersión celular.

C.un hinchamiento por exósmosis

D.un proceso de turgencia.

E.su plasmolisis.

Dibuja 5 moléculas de agua unidas por puentes de hidrógeno.

¿Qué importancia biológica tienen los puentes de hidrógeno?

Comenta brevemente las propiedades físico-químicas del agua que justifiquen la importancia de esta molécula en los seres vivos.

Explica el concepto de <<puente de hidrógeno>> e indica mediante un dibujo cómo se forman estos en el caso del agua. ¿Qué repercusiones tienen estos en las propiedades físicas y químicas del agua? ¿En qué forma afectan estos a los seres vivos? Razona la respuesta.

¿Qué es un sistema tampón? Pon un ejemplo e indica cómo actúa

Sabiendo que el principal tampón intracelular es el tampón fosfato monobásico/dibásico. Explica qué ocurriría si en el interior de la célula se produjera una sobreproducción de protones.

Diferencia claramente los procesos de ósmosis, diálisis y difusión.

DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS

DIFUSIÓN DIÁLISISOSMOSIS

Para observar el proceso de ósmosis, tres muestras de sangre humana son sometidas a una prueba de laboratorio: Si se añade agua destilada a una de las muestras,

indica que les sucede a los glóbulos rojos y por qué:

Si se añade una solución saturada de sal a otra de las muestras, indica que aspecto presentan los glóbulos rojos al microscopio, cómo se denomina este fenómeno y explica cómo se produce:

Si a la tercera muestra se le añade una solución isotónica explica si se alteraría la forma y función del glóbulo rojo:

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