UNIDAD 3
BIOELEMENTOS
Y
BIOMOLÉCULAS
BIOELEMENTOS
ELEMENTOS QUÍMICOS
De los aproximadamente 100 elementos
químicos que existen en la naturaleza,
unos 70 se encuentran en los seres
vivos.
De estos sólo unos 22 se encuentran en
todos en cierta abundancia y cumplen
una cierta función.
ELEMENTOS QUÍMICOS
http://2.bp.blogspot.com/-XSWHWCRZFHI/TWE8yqQcr1I/AAAAAAAAAD8/MTRmm9q5Ahw/s1600/Imagen1.jpg
BIOELEMENTOS
Elementos químicos que forman parte de la
materia viva
Los bioelementos se agrupan para formar
biomoléculas
BIOELEMENTOS
http://3.bp.blogspot.com/_Kie8hzVlQB0/S9uSfMdJK2I/AAAAAAAAABg/kjL8igvB6aY/s1600/composicion_quimica-copy.png
BIOELEMENTOS
http://perso.wanadoo.es/catalogoaranas/2bch/bioelementos.html
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS
Representan en su conjunto el 99% del total.
Son indispensables para formar las biomoléculas
orgánicas o principios inmediatos (glúcidos, lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos), es decir las moléculas
que forman parte de los seres vivos.
Son: C, H, O, N, P y S.
BIOELEMENTOS
SECUNDARIOS
Representan en su conjunto el 0,9% del total.
Aunque se encuentran en menor proporción que
los primarios, son también imprescindibles para los
seres vivos.
En medio acuoso se encuentran siempre ionizados.
Na+ , K+ , Ca2+ , Mg2+ , Cl-.
BIOELEMENTOS
OLIGOELEMENTOS
Son aquellos bioelementos que se
encuentran en los seres vivos en un porcentaje
menor del 0.1%.
Se clasifican en:
- Indispensables: se encuentran en todos los seres vivos
Mn, Fe, Co, Cu, Zn
-Variables: solamente los necesitan algunos organismos.
B, Al, V, Mo, I, Si
BIOELEMENTOS
BIOELEMENTOS
http://3.bp.blogspot.com/-sWm46EM3O_c/TWE-mNKphJI/AAAAAAAAAEE/un6ee9HoEYo/s1600/Imagen3.jpg
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS – FUNCIONES
http://3.bp.blogspot.com/_Mkzo04RaBuE/THldJLMD5nI/AAAAAAAAAFU/yj86PslymiE/s400/coenzimaA.jpg
http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lectf03am/ATP02a.jpg
BIOELEMENTOS
SECUNDARIOS – FUNCIONES
http://3.bp.blogspot.com/_E_tDRLfaNoQ/TOl7dyMcYBI/AAAAAAAAACc/ro2If2ubAlQ/s1600/TACTIVO.pngh
http://4.bp.blogspot.com/_n6PiOglRaoE/TJIUsAjLiDI/AAAAAAAAA9E/uyhonkHIzUY/s320/Esqueleto_calcio_huesos.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/33/Chlorophyll_a_structure.svg/620px-Chlorophyll_a_structure.svg.png
BIOELEMENTOS
OLIGOELEMENTOS ESENCIALES – FUNCIONES
Mn
Fe
Co
Cu
Zn
Forma parte de enzimas del metabolismo
de proteínas, factor de crecimiento y
participa en procesos fotosintéticos
Necesario en la hemoglobina (transporte
de oxígeno) y en citocromos (enzimas de
la respiración celular)
Necesario para la síntesis de vitamina B12
o cobalamina (formación de sangre) y
enzimas necesarias para fijación de
nitrógeno
Forma la hemocianina, la molécula de
transporte de oxígeno en invertebrados
(crustáceos, arácnidos y moluscos)
Abundante en el cerebro, en los órganos
sexuales y en páncreas. Forma parte de
la insulina
http://1.bp.blogspot.com/_4F6vT36NhLs/S5QC5w8LPZI/AAAAAAAAAB4/ZqPl7UPSYtg/s400/fotosintesis2.jpg
http://biomodel.uah.es/model3j/hemo.gif
http://www.mipediatra.com/imagenes/molusco2-tra.gif
http://www.iqb.es/d_mellitus/paciente/manual1/manual03.gif
http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/images/ency/fullsize/19517.jpg
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 1
Defina qué es un bioelemento. Cite cinco ejemplos e indique la importancia
biológica de cada uno de ellos.
Los biolelementos o elementos biogénicos son elementos químicos que siempre están presentes en
la materia viva, es decir, forman parte de los seres vivos. Se han identificado algo más de 70
bioelementos, casi todos ellos estables, excepto los gases nobles. En relación a los bioelementos,
lo más importante no es el tipo de elementos presentes en la materia viva, sino la proporción en que
se encuentra cada uno de ellos. Todos ellos son importantes para el buen funcionamiento de los
seres vivos.
Los cuatro bioelementos mayoritarios son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno,
siempre se encuentran presentes en los seres vivos constituyendo el 95 % en peso de la materia
orgánica. Son, por tanto, los componentes esenciales con los que se construye la materia viva
formando las biomoléculas o principios inmediatos, siendo los principales los glúcidos, los lípidos,
las proteínas y los ácidos nucleicos.
Los bioelementos secundarios son Na, K, Cl, Mg y Ca. Forman iones que participan en el
equilibrio de cargas del medio interno. Son fundamentales en la transmisión de impulsos nerviosos.
El calcio forma esqueletos y estructuras internas de los seres vivos y el magnesio participa en
multitud de reacciones químicas como catalizador.
El hierro y el magnesio son oligolementos esenciales y llevan a cabo funciones muy importantes
en los seres vivos. El Fe forma parte de la hemoglobina, que es el pigmento respiratorio que
transporte el oxígeno desde los alvéolos pulmonares hasta los distintos tejidos, donde es
imprescindible para la respiración celular. El Cu forma parte de la clorofila, que es el pigmento
fotosintético capaz de absorber la energía luminosa necesaria para transformar la materia
inorgánica en orgánica.
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS – PROPIEDADES
• H, C, N, O, P y S poseen capas electrónicas
incompletas. Forman enlaces covalentes.
Configuración electrónica
1s1
1s2 2s2 2p2
1
Electrones de la capa externa
4
1s2 2s2 2p3
1s2 2s2 2p4
5
6
Diagrama de Lewis
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
1
4
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
5
P
6
S
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS – PROPIEDADES
• 1H, 6C, 7N, 8O, 15P y 16S poseen número atómico bajo
y los compuestos formados son estables.
• N y O son electronegativos y forman moléculas polares
solubles en agua (medio de reacciones bioquímicas).
• Se incorporan fácilmente a los seres vivos a partir
de moléculas sencillas presentes en el medio externo
(CO2, H2O, KNO3, K2PO3,Na2SO4).
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS – PROPIEDADES
• CARBONO (CAPÍTULO APARTE)
• HIDRÓGENO: forma junto al carbono los hidrocarburos
de gran importancia. Forma enlaces covalentes con
cualquiera de los otros bioelementos primarios.
•OXÍGENO: forma junto a carbono e hidrógeno los
distintos grupos funcionales (ver más adelante).
Es fundamental en la respiración aeróbica, donde se
emplea para sustituir átomos de hidrógeno liberando
energía.
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS – PROPIEDADES
• NITRÓGENO: forma parte de los grupos amino de
aminoácidos (proteínas) y de bases nitrogenadas (ácidos
nucleicos). Se incorpora a la mayoría de seres vivos
en forma de ión nitrato (NO3).
• AZUFRE: forma parte de determinados aminoácidos
formando puentes disulfuro en la estructura de proteínas.
•FÓSFORO: forma los grupos fosfato de moléculas
con funciones energéticas: AMP, ADP, ATP
También es constituyente de ácidos nucleicos
(ADN y ARN), fosfolípidos de membranas y fosfatos
en huesos
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 2
Destacar las propiedades físico-químicas del carbono
El átomo de carbono es un elemento químico perteneciente al
periodo 2, por lo que su configuración electrónica alcanza hasta el
segundo nivel (1s2 2s2 2p2). De los seis electrones de su corteza
electrónica, cuatro pertenecen a la capa más externa. De esta
manera, el carbono pertenece al grupo 14 del sistema periódico,
donde todos los elementos del grupo poseen cuatro electrones en
su última capa. A todos estos elementos les faltan otros cuatro
electrones para alcanzar la estructura electrónica más estable de
los gases nobles (regla del octeto).
Así pues, el átomo de carbono tiene la capacidad de formar hasta
cuatro enlaces covalentes, dado que puede aceptar hasta cuatro
electrones en su estructura electrónica para alcanzar la
configuración estable del neón (1s2 2s2 2p6). En los compuestos
orgánicos el átomo de carbono siempre es tetravalente (se
comporta con valencia +4).
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 2’
El porqué del carbono.
La vida en la Tierra está basada en el carbono, hasta tal punto que no conocemos
ningún compuesto relacionado con la vida en el que no esté presente (la única
excepción podría ser el agua). El carbono presenta unas propiedades químicas muy
interesantes, que explican su posición de privilegio:
· En primer lugar, el carbono tiene valencia 4. La valencia es el número de uniones
que es capaz de formar un átomo con cualquier otro, y el carbono puede hacerlo
con otros cuatro, uno de los valores más altos posibles en la química (al menos
para átomos pequeños).
· En segundo lugar, el carbono es capaz de unirse a sí mismo para formar largas
cadenas, o incluso redes tridimensionales, y se trata de uniones muy fuertes; el
caso más extremo lo tenemos cuando cada átomo de carbono se une a otros
cuatro, constituyendo así una estructura formada sólo por carbono: esa estructura
es el diamante, la sustancia más dura conocida. Sin llegar a tales extremos, es
evidente que la unión de 2 ó 3 átomos de carbono será muy fuerte. Además, a esas
cadenas o redes de carbono pueden unirse otros átomo, especialmente los otros
antes mencionados, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Se forman así muchísimos
compuestos enormemente complejos, justamente el tipo de complejidad que hace
posible la vida.
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 2’
¿Puede haber vida basada en el silicio?
Es difícil.
Empezando porque el silicio no forma cadenas ni redes consigo mismo. Es un
átomo demasiado grande para poder formar ese tipo de estructuras. Lo más
parecido son las estructuras con oxígeno como unión entre dos átomos de silicio;
se forman así cadenas y redes tridimensionales de gran tamaño, pero el resultado
es casi siempre una roca. Estos compuestos de silicio y oxígeno (es decir de sílice)
carecen de las complejidades de los compuestos de los seres vivos, son
demasiado simples; además, son todos sólidos insolubles, que sólo reaccionan
estando fundidos a temperaturas del orden de 1.000ºC (temperaturas típicas de la
lava fundida, pero no de los seres vivos).
Sólo existen unos compuestos de silicio que tienen algunas propiedades conocidas
en los compuestos de los seres vivos; son las siliconas, compuestos de silicio,
carbono, oxígeno e hidrógeno. Podrían existir siliconas en algún ser vivo, pero si
nos fijamos bien, ya se nos coló el carbono por el camino... De todos modos, todos
los compuestos de silicona conocidos son artificiales, no se conoce ninguno en un
ser vivo.
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
CARBONO
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOELEMENTOS PRIMARIOS
GRUPOS FUNCIONALES
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
Están formadas por elementos biogénicos o
biomoléculas
Reciben el nombre de principios inmediatos
ya que pueden obtenerse fácilmente mediante
técnicas sencillas (filtraciones, disoluciones,
ultracentrifugaciones, precipitación química,
etc.)
SERES VIVOS
BIOMOLÉCULAS
http://perso.wanadoo.es/catalogoaranas/2bch/bioelementos.html
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
BIOMOLÉCULAS
EL AGUA
EL AGUA
EL AGUA
EL AGUA
FACTORES QUE DETERMINAN LA CANTIDAD DE AGUA
•ESPECIE: los organismos acuáticos contienen un
porcentaje muy elevado de agua (99% en algunos casos).
Las especies de medios terrestres áridos tienen los
contenidos más bajos. El ser humano tiene un 63%.
•EDAD: la cantidad de agua disminuye con la edad, de esta
manera los tejidos jóvenes tienen mayor cantidad de agua
que los viejos (endurecidos).
• TIPO DE TEJIDO: los tejidos con mayor actividad
metabólica tienen más agua que los de sostén (rígidos)
EL AGUA
CONTENIDOS EN AGUA
http://gsdl.bvs.sld.cu/greenstone/collect/enfermeria/index/assoc/HASH9d4a.dir/tabla0303.png
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
El agua a temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que
cabría esperar si se considera que otras moléculas de similar peso
molecular, como el CO2 , son gases. La razón está en que la
molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual
número de protones que de electrones ), presenta una distribución
asimétrica de sus electrones, ya que los dos electrones de los dos
hidrógenos están desplazados hacia el oxígeno, convirtiéndose en
una molécula dipolar: alrededor del oxígeno se concentra una
densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de
hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus
electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga
positiva.
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
Así se establecen
interacciones dipolo-dipolo
entre las propias moléculas
de agua, formándose enlaces
o puentes de hidrógeno
formando grupos de 3, 4 y
hasta 9 moléculas: la carga
parcial negativa del oxígeno
de una molécula ejerce
atracción electrostática sobre
las cargas parciales positivas
de los átomos de hidrógeno
de otras moléculas cercanas.
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
PUENTE DE HIDRÓGENO
Gracias a los puentes de hidrógeno el agua es líquida a
temperaturas a las que otras sustancias son gaseosas
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
Los enlaces por puentes de Hidrógeno
son mucho más débiles que los
enlaces covalentes.
Los puentes de hidrógeno tienen una
duración media de 10-11 segundos.
Los puentes de hidrógeno se rompen y
se forman nuevamente de manera
constante, lo que mantiene las
interacciones y permite que las moléculas
de agua se unan con fuerza considerable.
Los puentes de hidrógeno confieren
una gran fuerza de cohesión interna
al agua líquida.
EL AGUA
ESTRUCTURA QUÍMICA
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
CARACTERÍSTICAS
EL AGUA
CARACTERÍSTICAS
EL AGUA
CARACTERÍSTICAS
EL AGUA
CARACTERÍSTICAS
EL AGUA
CARACTERÍSTICAS
EL AGUA
CARACTERÍSTICAS
EL AGUA
CARACTERÍSTICAS
EL AGUA
FUNCIONES
BIOLÓGICAS
EL AGUA
FUNCIONES
El agua, gracias a sus particulares características, realiza una serie de funciones
imprescindibles para la vida. Son:
Disolvente: la molécula de agua, por solvatación o hidratación iónica, facilita la
disolución de sales en cationes y aniones. Por ello es el medio donde se realizan
todas las reacciones químicas.
Reactivo: el agua interviene en muchas reacciones químicas como por ejemplo la
hidrólisis.
Transportadora: el agua es el medio de transporte desde el exterior al interior de los
organismos y en el propio organismo, así como en la ascensión de la savia bruta en
las plantas.
Estructural: las células que no poseen una pared rígida mantienen su forma y
volumen gracias a la presión que ejerce el agua.
Amortiguador mecánico: por ejemplo la presencia de agua en las articulaciones de
vertebrados evita el rozamiento de los huesos.
Termoreguladora: funciona como un amortiguador térmico debido a su alto calor
específico y de vaporización.
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
PROPIEDADES
Elevada fuerza de adhesión  CAPILARIDAD
El agua tiene la capacidad de ascender por las paredes de
un capilar debido a la adhesión de las moléculas de agua a
las paredes del conducto y a la cohesión de las moléculas
de agua entre sí (CAPILARIDAD). A este fenómeno se debe
la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las
hojas, a través de los vasos leñosos.
EL AGUA
PROPIEDADES
Elevada fuerza de cohesión  VOLUMEN Y TURGENCIA
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua
fuertemente unidas, formando una estructura compacta que
la convierte en un líquido casi incompresible.
Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos
animales como un ESQUELETO HIDROSTÁTICO, como
ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de
agujerear la roca mediante la presión generada por sus
líquidos internos.
EL AGUA
PROPIEDADES
Elevada fuerza de cohesión  TENSIÓN SUPERFICIAL
También explica el hecho de que su superficie ofrezca
mucha resistencia a romperse permitiendo a muchos
organismos vivir asociados a esa película superficial
(TENSIÓN SUPERFICIAL).
htthttp://www.iesbanaderos.org/html/departamentos/biogeo/Apuntes/Bio/T%202%20Agua%20y%20Sales/1%20El%20agua_archivos/image035.jpgp://4.bp.blogspot.com/_eGHxY7xV6UU/TJtHhw8Pl0I/AAAAAAAAAAw/NZ45vNZe51c/s
640/sales_minerales.jpg
EL AGUA
PROPIEDADES
Gran calor específico.  TERMOREGULADOR
Todas las sustancias para elevar su temperatura
necesitan un aporte de calor. El calor específico es la
cantidad de calor que hay que suministrar a 1 gramo
de agua para que su temperatura se eleve 1º C. En el
caso del agua es una caloría y es un valor
relativamente alto. Esto permite que el agua pueda
absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para
romper los puentes de hidrógeno por lo que la
temperatura se eleva muy lentamente. Así se convierte
en un magnífico estabilizador térmico
(TERMOREGULADOR) del organismo frente a
cambios bruscos de temperatura en el ambiente.
EL AGUA
PROPIEDADES
Elevado calor de vaporización.  TERMOREGULADOR
Los puentes de hidrógeno 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.
EL AGUA
PROPIEDADES
Mayor densidad en estado líquido que en estado
sólido  TERMOAILANTE
Esto explica que el hielo flote en el agua formando una
capa termoaislante permitiendo la vida bajo ella.
EL AGUA
PROPIEDADES
El agua es el único líquido que al disminuir su
temperatura
y congelarse disminuye su densidad, por lo que el
hielo flotará sobre el agua líquida.
El agua alcanza su máxima densidad a 4º C.
La importancia biológica de este hecho es que cuando
las masas de agua se congelan lo hacen de arriba
hacia abajo ya que el hielo tiene menor densidad que
el agua líquida.
La capa de hielo actúa como aislante térmico y puede
ser que la
masa de agua no termine de congelarse, permitiendo
la supervivencia de los organismos acuáticos.
http://www.textoscientificos.com/imagenes/fisica/dilatacion-21.gif
EL AGUA
PROPIEDADES
Elevada constante dieléctrica  PODER DISOLVENTE
Gracias a esta propiedad el agua tiene una gran capacidad
disolvente.
El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos
que es el disolvente universal. Por tener moléculas polares, disuelve
compuestos iónicos (sales) y covalentes polares (glúcidos).
El proceso se debe a que las moléculas polares del agua se
disponen alrededor de las moléculas polares del soluto, llegando a
romperlos en aniones y cationes en el caso de compuestos iónicos.
Este fenómeno se llama solvatación iónica.
La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: medio
donde ocurren las reacciones del metabolismo y ser el sistema de
transporte.
EL AGUA
PROPIEDADES
Elevada constante dieléctrica.
Solvatación iónica de redes cristalinas
http://www.geocities.ws/batxillerat_biologia/biomol5.jpg
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
PROPIEDADES
EL AGUA
PROPIEDADES
Bajo grado de ionización.
El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones,
por lo que en realidad se puede considerar una mezcla
de: agua molecular (H2O ) protones hidratados o
hidronios (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-).
H2O + H2O
+
H3O+ + OH-
+
+
-
EL AGUA
PROPIEDADES
Bajo grado de ionización.
Sin embargo sólo 1 de 551 000 000 moléculas de agua
se encuentra ionizada (1 · 10-14 moles).
moles
Por ello la concentración de iones hidronio (H3O+ ) e
hidroxilo (OH-) es muy baja (10-7 moles por litro). Por ello
si le añadimos un ácido (añadimos H3O+) o una base
(añadimos OH-) estos valores varían bruscamente.
EL AGUA
PROPIEDADES
Bajo grado de ionización.
moles
El pH se define como el logaritmo con signo negativo de
la concentración de iones H3O+ (hidronios) .
1
+]
pH= log
=
-log
[H
O
3
[H3O+]
El pH del agua será por lo tanto de 7
pH= -log [10-7] = 7
H2O + H2O
+
H3O+ + OH-
+
+
-
+
-
Ión hidronio
Ión hidroxilo
Los ácidos disminuyen el pH del agua pues aportan iones [H3O+].
HA + H2O
H3O+ + A-
Las bases aumentan el pH del agua pues captan iones [H3O+].
HOB + H3O+
2H2O + B+
si el pH < 7, la disolución será ácida;
si el pH = 7, será neutra;
si el pH > 7, será básica.
El pH es importante en los procesos de obtención de energía: fotosíntesis y respiración
celular.
Los ácidos disminuyen el valor del pH del agua pues aportan iones [H3O+].
H2O + HA
H3O+ + A-
+
-
¿Por qué el valor del pH disminuye al añadir un ácido, si los
ácidos aumentan la cantidad de iones [H3O+]?
Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La
cantidad de iones [H3O+] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya
sabemos. Ahora le añadimos un ácido y, volvamos a suponer, que
este aumenta en un factor de 100 la cantidad de iones [H3O+].
Ahora tendremos:
[H3O+]= 10-7*100=10-5
pH= -log [H3O+]= -log [10-5]=5
Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 5.
Las bases aumentan el valor del pH del agua pues captan iones [H3O+].
HOB + H3O+
2H2O + B+
+
+
¿Por qué el valor del pH aumenta al añadir una base, si las
bases disminuyen la cantidad de iones [H3O+]?
Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La
cantidad de iones [H3O+] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya
sabemos. Ahora le añadimos una base y, volvamos a suponer, que
los iones OH- desprendidos por la base captan los iones [H3O+] y
estos disminuyen en un factor de 1000. Ahora tendremos:
[H3O+]= 10-7/1000=10-7x10-3=10-10
pH= -log [H3O+]= -log [10-10]=10
Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 10.
PAPEL DEL AGUA EN LOS EQUILIBRIOS
ÁCIDO BASE
EL AGUA
RESUMEN
DE PROPIEDADES Y
FUNCIONES BIOLÓGICAS
EL AGUA
PROPIEDADES
- ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN:
a) incompresibilidad
b) elevada tensión superficial
c) capilaridad
- ELEVADO CALOR ESPECÍFICO: termoregulación
- ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN: refrigerante
- DENSIDAD ANÓMALA: termoaislante
- ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA:
a) poder disolvente (solvatación)
b) medio de reacción
- BAJO GRADO DE IONIZACIÓN: pH
EL AGUA
EL AGUA
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 2
Describa la estructura molecular del agua y relaciónela con sus propiedades
físico-químicas.
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos
enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H
es de 104'5º. El oxígeno es más
electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos
enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H
es de 104'5º. El oxígeno es más
electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.
Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose
enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce
atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras
moléculas adyacentes.
Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan
otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o
sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y
de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.
http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm#Funciones
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 2
Resalte su papel biológico como disolvente, reactivo químico, termoregulador
y en función de su densidad y tensión superficial.
PROPIEDADES DEL AGUA Y FUNCIONES BIOLÓGICAS
1) ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA  ACCIÓN DISOLVENTE
El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal.
Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes
de hidrógeno.
En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua,
quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o
solvatados.
La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del
metabolismo.
http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm#Funciones
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 2
Resalte su papel biológico como disolvente, reactivo químico, termoregulador
y en función de su densidad y tensión superficial.
PROPIEDADES DEL AGUA Y FUNCIONES BIOLÓGICAS
2) ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA  MEDIO DE REACCIÓN
La capacidad disolvente del agua, su abundancia en el medio natural y el hecho de que permanezca líquida a
temperatura ambiente hacen que el agua sea un excelente vehículo de transporte y el medio donde tienen lugar la
mayoría de reacciones químicas del organismo.
3) GRAN CALOR ESPECÍFICO  TERMOREGULADOR
También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua.
El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que
la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los
cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante .
4) ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN  TERMOREGULADOR Y REFRIGERANTE
Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno 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 20º C y presión de 1 atmósfera.
http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm#Funciones
BLOQUE I
ORIENTACIONES - 2
Resalte su papel biológico como disolvente, reactivo químico, termoregulador
y en función de su densidad y tensión superficial.
PROPIEDADES DEL AGUA Y FUNCIONES BIOLÓGICAS
5) DENSIDAD ANÓMALA  TERMOAISLANTE
El agua es el único líquido que al disminuir su temperatura y congelarse disminuye su densidad, por lo que el hielo
flotará sobre el agua líquida. El agua alcanza su máxima densidad a 4º C. La importancia biológica de este hecho
es que cuando las masas de agua se congelan lo hacen de arriba hacia abajo ya que el hielo tiene menor
densidad que el agua líquida. La capa de hielo actúa como aislante térmico y puede ser que la masa de agua no
termine de congelarse, permitiendo la supervivencia de los organismos acuáticos.
6) ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN  ESQUELETO HIDROSTÁTICO
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura
compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos
animales como un esqueleto hidrostático.
7) ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL  INTERFASE
También explica el hecho de que su superficie ofrezca mucha resistencia a romperse permitiendo a muchos
organismos vivir asociados a esa película superficial.
http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm#Funciones
BLOQUE I
ORIENTACIONES – 2´
Describa las funciones del agua en los seres vivos
FUNCIONES DEL AGUA
Debido a sus peculiares propiedades, el agua desempeña funciones muy importantes en
los organismos vivos. Las principales son:
1) Función disolvente
El agua es básica para la vida ya que casi todas las reacciones biológicas transcurren en medio acuoso.
2) Función bioquímica
El agua interviene en multitud de reacciones bioquímicas (hidrólisis, digestión, fotosíntesis, etc.)
3) Función de transporte
El agua actúa como vehículo de transporte de sustancias tanto hacia el interior como hacia el exterior de los
organismos. En las plantas puede circular en contra de las fuerzas de gravedad.
4) Función estructural
El agua ejerce una presión interna dentro de la células que les permite mantener su forma en ausencia de una
membrana rígida.
5) Función mecánica amortiguadora
El agua sirve como amortiguador al actuar como escudo contra golpes.
6) Función termoreguladora
El agua absorbe gran cantidad de energía antes de cambiar de estado lo cual permite su acción termoreguladora y
refrigerante.
http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm#Funciones
LAS SALES
MINERALES
SALES MINERALES
DEFINICIÓN
Las sales minerales son moléculas inorgánicas de
fácil ionización en presencia de agua y que en los
seres vivos aparecen tanto precipitadas, como
disueltas, como asociadas.
SALES MINERALES
(PRECIPITADAS)
Asociadas
(DISUELTAS)
http://4.bp.blogspot.com/_eGHxY7xV6UU/TJtHhw8Pl0I/AAAAAAAAAAw/NZ45vNZe51c/s640/sales_minerales.jpg
SALES MINERALES
FUNCIONES
- Formación de estructuras esqueléticas
- Mantener el grado de salinidad del medio
- Acciones específicas de los iones (hierro en
hemoglobina, yodo en la hormona tiroidea y
magnesio en la clorofila).
- Estabilizar dispersiones coloidales
- Constituir soluciones amortiguadoras
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales precipitadas
Constituyen estructuras sólidas, insolubles con
funciones esqueléticas:
- Carbonato cálcico en conchas de moluscos
- Fosfato cálcico en los huesos
- Dióxido de silicio en exoesqueletos
CaCO3
Ca3(PO4)2
SiO2
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales asociadas
Son moléculas que suelen encontrarse junto a
proteínas (fosfoproteínas), lípidos (fosfolípidos) o
glúcidos (agar-agar).
Proteínas
Lípidos
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales disueltas
Las sales minerales disueltas en agua siempre
están ionizadas.
,NO3-
SALES MINERALES
TIPOS
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales disueltas
Funciones específicas
Estas sales tienen función estructural y funciones
de regulación del pH, de la presión osmótica y de
reacciones bioquímicas, en las que intervienen
iones específicos. Participan en reacciones
químicas a niveles electrolíticos.
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales disueltas
Reguladoras de pH
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales disueltas
Reguladoras de pH
Otro ejemplo es el sistema tampón bicarbonato:
Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por
cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la
derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si
por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones
del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual
se toma CO2 del medio exterior.
2
PAPEL DEL AGUA EN LOS EQUILIBRIOS
ÁCIDO BASE
Otro ejemplo es el sistema tampón bicarbonato:
Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por
cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la
derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si
por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones
del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual
se toma CO2 del medio exterior.
2
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales disueltas
Reguladoras de presión osmótica
Cuando existen dos disoluciones de diferente
concentración separadas por una membrana
semipermeable (deja pasar sólo al disolvente y
no al soluto) se produce el paso del disolvente
desde el medio menos concentrado (hipotónico
o hipoosmótico) hacia el menos concentrado
(hipertónico o hiperosmótico) hasta que se
igualan las concentraciones.
SALES MINERALES
TIPOS
Sales minerales disueltas
Reguladoras de presión osmótica
Se entiende por presión osmótica la presión que
sería necesaria para detener el flujo de agua a
través de la membrana semipermeable.
http://www.geocities.ws/batxillerat_biologia/biomol14.jpg
SALES MINERALES
EQUILIBRIOS OSMÓTICOS
Fenómenos osmóticos en los glóbulos
rojos de la sangre
PLASMOLISIS TURGENCIA
SALES MINERALES
EQUILIBRIOS OSMÓTICOS
Fenómenos osmóticos en
células vegetales
TURGENCIA
PLASMOLISIS
SALES MINERALES
DIÁLISIS
Un fenómeno similar a la ósmosis es la diálisis, proceso que ocurre cuando la
membrana que separa dos disoluciones deja pasar, además del agua, moléculas
de bajo peso molecular (pm) éstas atraviesan la membrana hacia el lado donde
su concentración es menor.
Sólo las moléculas pequeñas pueden atravesar la membrana, pudiendo así
separarse de las moléculas grandes.
Este proceso es la base de la hemodiálisis, técnica que se
emplea en Medicina cuando el riñón no puede realizar
correctamente su función. Básicamente, consiste en hacer
pasar la sangre por un circuito donde una membrana de las
características descritas separa la sangre de una disolución
muy diluida. Los componentes de la sangre de bajo Pm
atraviesan esta membrana y pasan
a la disolución.De esta forma, la sangre queda desprovista de
sustancias tóxicas resultantes del metabolismo celular, como la
urea; pero también ha perdido sustancias que son necesarias
como H2O, sales, glucosa, aminoácidos, etc; por ello, antes de
introducir la sangre en el enfermo hay que reincorporarle estas
sustancias.
http://www.prepararlaselectividad.com/2011/06/el-proceso-de-dialisis.html
MEZCLAS ACUOSAS
Disoluciones y
dispersiones
MEZCLAS ACUOSAS
TIPOS
En los seres vivos se suelen dar dos tipos de
mezclas de biomoléculas y agua las cuáles tienen
distintas propiedades:
- Disoluciones verdaderas: los solutos son
moléculas de bajo pm (cristaloides).
- Dispersiones coloidales: los solutos son
moléculas de alto pm (coloides).
MEZCLAS ACUOSAS
DISOLUCIONES VERDADERAS
PROPIEDADES
- Difusión: capaces de repartir de forma homogénea las
partículas de un fluido (gas o líquido) en el seno de otro, al
ponerlos en contacto. Se debe a la constante agitación que tienen
las moléculas de agua.
- Ósmosis
- Control del grado de acidez o pH.
MEZCLAS ACUOSAS
DISPERSIONES COLOIDALES
PROPIEDADES
- Produce estado gel: estado semisólido producido por la
combinación de un líquido y sustancias hidrófilas que lo retienen
por capilaridad e hidratación. Aspecto gelatinoso o viscoso.
- Elevada viscosidad: resistencia interna al movimiento
- Elevado poder adsorbente: adhesión de moléculas que
quedan unidas a la mezcla.
- Efecto Tyndall: la dispersión tien cierta opacidad cuando se
ilumina lateralmente
- Sedimentación: separación por gravedad
- Diálisis: separació por presión osmótica
- Electroforesis: separación por campo eléctrico
MEZCLAS ACUOSAS
DISPERSIONES COLOIDALES
MEZCLAS ACUOSAS
DISPERSIONES COLOIDALES
BLOQUE I
ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los
equilibrios osmóticos y ácido base
Cuando existen dos disoluciones de diferente concentración separadas por una
membrana semipermeable (deja pasar sólo al disolvente y no al soluto) se produce
el paso del disolvente desde el medio menos concentrado (hipotónico o
hipoosmótico) hacia el menos concentrado (hipertónico o hiperosmótico) hasta
que se igualan las concentraciones.
Se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el
flujo de agua a través de la membrana semipermeable.
BLOQUE I
ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los
equilibrios osmóticos y ácido base
La presión osmótica provoca que las células tanto animales como vegetales
Sufran los llamados fenómenos de plasmolisis (medio hipertónicos) o turgencia
(medios hipotónicos)
PLASMOLISIS
TURGENCIA
TURGENCIA
PLASMOLISIS
BLOQUE I
ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los
equilibrios osmóticos y ácido base
El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se
puede considerar una mezcla de: agua molecular (H2O) protones hidratados o
hidronios (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-).
H2O + H2O
H3O+ + OHmoles
BLOQUE I
ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los
equilibrios osmóticos y ácido base
Los ácidos disminuyen el pH del agua pues aportan iones [H3O+].
HA + H2O
H3O+ + A-
Las bases aumentan el pH del agua pues captan iones [H3O+].
HOB + H3O+
si el pH < 7, la disolución será ácida;
si el pH = 7, será neutra;
si el pH > 7, será básica.
2H2O + B+
BLOQUE I
ORIENTACIONES – 3
Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los
equilibrios osmóticos y ácido base
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