EL AGUA Y LAS SALES
MINERALES
“El agua es el elemento y principio de las cosas.”
Tales de Mileto
1. EL AGUA DE LA MATERIA
VIVA
• El agua es la molécula más abundante de la
materia viva
• La cantidad de agua en los seres vivos es
variable
– Según el tipo de tejido: más agua cuanto más
actividad metabólica
– Estado de desarrollo: más agua cuanto más joven.
• La obtención del agua por los seres vivos puede
ser.
– Exógena (del medio ambiente)
– Endógena: a partir de otras moléculas orgánicas
mediante reacciones metabólicas
1.1 Características de la molécula
de agua
• Formada por dos átomos de hidrógeno y
uno de oxígeno, unidos por enlaces
covalentes que forman un ángulo (104,5º)
• Eléctricamente neutra, aunque con
diferente densidad de carga, lo que hace
que adquiera carácter polar.
• Debido al carácter polar las moléculas de
agua establecen entre si puentes de
hidrógeno
Enlaces covalentes en la molécula de
agua
Geometría molécula de agua
Geometría de la molécula de agua
2. PROPIEDADES DEL AGUA
•
•
•
•
•
Elevada cohesión molecular
Elevada tensión superficial
Elevada fuerza de adhesión
Elevado calor latente y específico
Densidad, mas densa en estado líquido que en
estado sólido
• Elevada constante dieléctrica
• Bajo grado de ionización
Capilaridad
Las moléculas de
agua tienen gran
capacidad de
adherirse a las
paredes de
conductos de
diámetros
pequeños
ascendiendo en
contra de la
acción de la
gravedad
La savia bruta
asciende por los
vasos conductores
de la planta
gracias a la
capilaridad
Elevado calor de vaporización
Para pasar de estado líquido a
gaseoso el agua necesita
absorber mucho calor para
romper todos los enlaces de
hidrógeno
Selectividad
• 36.- La hoja de una planta al sol tiene
generalmente menos temperatura que las
rocas de su entorno. ¿A qué propiedad
fisicoquímica del agua se debe este hecho?
Razone la respuesta [1]. (2007)
• Se debe a la propiedad de alto calor de
evaporización del agua: se deberá exponer la
relación de esta propiedad del agua y la
termorregulación …..................................1 punto
Densidad del agua
La densidad del agua es
máxima a 4ºC y en estado
sólido es mucho menor, lo
que permite que el hielo flote
sobre el agua líquida y
permita la vida en zonas
polares
La elevada constante dieléctrica (por la electricidad de la molécula)
del agua tiende a disminuir las fuerzas de atracción entre los iones
de las sales facilitando su disociación
Producto iónico del agua:Kw
producto de las
concentraciones de sus iones
• Agua pura: [H3O+]=[OH-]= 1*10-7
• Disoluciones acuosas: varia
o Neutras
o Ácidas: H30+>[]
o Básicas: HEO+<[]
El pH
• Más ácido: más
concentración de
H30+
• Más básico o
alcalino: más
concentración de
OH-
• pH Ácido: de 0 a 6
• pH Básico: de 8 a
14
• pH Neutro: 7
Escala de pH
• Indica la [H3O+] en disolución
• pH=-log[H3O+]
o Disolución neutra: pH=7
o Disolución ácida: pH<7
o Disolución básica: pH>7
3. FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL
AGUA
1. Principal disolvente biológico, debido a su elevada constante
dieléctrica. Fenómeno de la solvatación iónica.
2. Función metabólica, el agua actúa como reactivo o producto de
muchas reacciones metabólicas, como molécula o disociada en iones
3. Función estructural, debido a su elevada cohesión molecular
4. Función mecánica, debido a su elevada cohesión molecular
5. Función de transporte, debido a su elevada capacidad disolvente
6. Función termorreguladora, debido a su elevado calor específico
y elevado calor de vaporización
7. Permite la vida acuática en climas fríos, debido a su
máxima densidad en estado líquido
SELECTIVIDAD (JUNIO 2010)
• Describa [0,5] y dibuje [0,3] la estructura
de la molécula de agua. Enumere cuatro
propiedades fisicoquímicas del agua y
relaciónelas con sus funciones biológicas
[1,2].
4. LAS SALES MINERALES
•
•
Son moléculas inorgánicas presentes en
todos los seres vivos.
Se pueden encontrar:
– Disueltas
– En estado sólido
– Asociadas a moléculas
orgánicas
4.1 Sales minerales disueltas
Son las sales minerales solubles que se encuentran disociadas en iones
Aniones Cationes
•
•
•
•
•
•
ClPO43HPO42CO32HCO3NO3-
Forman parte de los medios
•
•
•
•
•
•
Na+
Ca2+
Mg2+
Fe2+
Fe3+
K+
internos intracelulares y extracelulares
Funciones de tipo general
1. Mantener el grado de salinidad.
2. Regular la actividad enzimática, actuando como
cofactores
3. Regular el equilibrio osmótico (mantener iguales las
concentraciones).
4. Controlar la contracción muscular.
5. Producir gradientes electroquímicos, generando
potenciales de membrana
6. Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto
tampón.
Disoluciones amortiguadoras del
pH
• Son disoluciones que mantienen el pH constante cuando
se le añade un ácido o una base.
• Están formadas por el equilibrio entre
ÁCIDO DÉBIL + BASE CONJUGADA
O
BASE DÉBIL + ÁCIDO CONJUGADO
• Dos ejemplos de tampones:
– Sistema tampón bicarbonato (sangre)
– Sistema tampón fosfato (medio intracelular)
TAMPÓN FOSFATO
H2PO4- + H2O ↔HPO42- + H3O+
TAMPÓN BICARBONATO
Selectividad. (Junio 2000, Comunidad Valenciana)
• 1. Concepto de sistema tampón. Cita algunos ejemplos
biológicos de tampones inorgánicos.
La actividad biológica del medio interno celular se produce a un determinado valor de
pH. Dados el bajo grado de ionización del H2O, si se le añade un ácido (se añade
H3O+ ) o una base (se añade OH- ), aunque sea en muy poca cantidad, estos niveles
varían bruscamente. En los líquidos biológicos, sin embargo, y pese a estar
constituidos únicamente por agua, la adición de ácidos o bases no varía apenas su
pH. Ello se debe a que esos líquidos contienen sales minerales y proteínas disueltas
que pueden ionizarse en mayor o menor grado dando lugar a H3O + o a OH- que
contrarresten el efecto de las bases, o ácidos añadidos. Este efecto se denomina
efecto tampón y estas disoluciones se las llama disoluciones amortiguadoras.
Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biológicos. Los más
importantes son: el sistema tampón fosfato (H2PO4 / HPO42-)) en el medio
intracelular y el sistema tampón bicarbonato (HCO3- / H2CO3) en el medio
extracelular.
Los sistemas tampón contienen dos especies iónicas en equilibrio. La alteración del pH
del medio se contrarresta debido al desplazamiento del equilibrio entre estas dos
especies. En el sistema tampón fosfato las dos especies son el ion dihidrógeno
fosfato (H2PO4-) y el monohidrógeno fosfato (HPO42-). Su equilibrio viene
determinado por la ecuación:
H2PO4- + H2O ↔HPO42- + H3O+
Por ejemplo, cuando en el interior celular se produce un aumento de la concentración de
iones H3O+, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, y si, por el contrario, se
produce una disminución, el equilibrio se desplaza en sentido contrario.
4.2 Sales minerales precipitadas
• Desempeñan una función estructural, de
protección o sostén
• Se pueden asociar a macromoléculas de tipo
proteico que regulan el crecimiento de los
cristales.
• Las más abundantes en los organismos son:
– Silicatos
– Carbonatos
– Fosfatos
Conchas de moluscos
CARBONATO CÁLCICO
Foraminífero. Globigerina
Esponjas calcáreas
Algas diatomeas
Gramineas
SILICATOS
Radiolarios
5. CARÁCTER COLOIDAL DE LA
MATERIA VIVA
• Coloide: mezcla formadas por una
– Fase dispersante (agua)
– Fase dispersa (grandes moléculas)
• Las dispersiones coloidales pueden
presentar dos estados físicos:
– Sol: aspecto líquido espeso
– Gel: aspecto semisólido
Medio de
dispersión
Fase dispersa
Nombre
Gas
Líquido
Sólido
Aerosol líquido
Aerosol sólido
Líquido
Gas
Líquido
Sólido
Espuma
Emulsión
Sol
Sólido
Gas
Líquido
Sólido
Espuma sólida
Emulsión sólida
Sol sólido
Ejemplos
Niebla, nubes,
polvo, humo.
Espumas (de jabón , cerveza, etc.), nata batida.
Leche, mahonesa.
Pinturas, tinta china, goma arábiga, jaleas
Piedra pómez.
Mantequilla, queso.
Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas
Sol
Gel
Propiedades de las disoluciones
Membrana
semipermeable
Molécula
de soluto
Ósmosis
Molécula
de disolvente
VER SISTEMAS TAMPÓN
VER RESPUESTA
CELULAR A
DIFERENTES
CONCENTRACIONES
DEL MEDIO
Flujo de moléculas
de disolvente
Solución con alta
concentración
Solución con baja
concentración
Ambas soluciones igualan
su concentración
DIFUSIÓN
• Cuando 2 disoluciones de distinta concentración
se ponen en contacto o están separadas por
una membrana permeable, el agua y los solutos
se desplazan hasta alcanzar una concentración
intermedia.
• Este proceso se denomina Difusión.
• El movimiento de las partículas es direccional:
se produce desde las regiones de mayor a las
de menor concentración.
Difusión
ÓSMOSIS
• Es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de
un solvente a través de una membrana semipermeable.
Tal comportamiento supone una difusión simple a través
de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del
agua es un fenómeno biológico importante para
el metabolismo celular de los seres vivos.
• Cuando 2 disoluciones de distinta concentración se
mantienes separadas por una membrana
semipermeable (sólo deja pasar agua), el agua pasará
de la disolución más diluida a la más concentrada y las
concentraciones se igualarán
• Este proceso se denomina Ósmosis.
Debido a que la membrana plasmática de las células se
comporta como una membrana semipermeable, la célula
puede verse afectada por procesos osmóticos.
• Las células animales pierden agua y se deforman o
pueden llegar a estallar.
• Las células vegetales soportan mejor los cambios
porque tienen una pared resistente por fuera de la
membrana.
Respuesta celular a diferentes concentraciones del medio
Medio externo isotónico
Medio externo hipertónico
Medio externo hipotónico
VOLVER
Concentración relativa de medios acuosos
separados por membranas semipermeables
• Los medios acuosos pueden ser:
»HIPERTÓNICOS
»HIPOTÓNICOS
»ISOTÓNICOS
• Las moléculas se difunden desde los medios hipotónicos hacia los
hipertónicos provocando un aumento de presión sobre la cara del
compartimento hipotónico. A esta presión se denomina presión
osmótica.
•
Ósmosis celular
Las membranas celulares se comportan como membranas semipermeables
MEDIO EXTRACELULAR
HIPERTÓNICO
• Provoca:
•Salida de agua de la célula
•Disminución volumen celular
•Aumenta presión osmótica en el
interior celular.
•Tiene como efectos:
•Plasmolisis (células
vegetales)
•Crenación (células
animales)
MEDIO EXTRACELULAR
HIPOTÓNICO
Provoca:
•Entrada de agua al interior de la
célula
•Aumento del volumen celular
•Disminución de la presión
osmótica en el interior celular
•Tiene como efectos.
•Turgencia (células vegetales)
•Hemolisis (células animales)
Lisis celular
Normal
Medio externo: Hipotónico
Isotónico
Turgencia
Normal
Fenómeno de
crenación
Hipertónico
Plasmolisis
Comparativa de célula animal y vegetal en medios hipo, hiper e isotónicos.
Osmorregulación
• Los seres vivos están obligados a regular la
presión osmótica
– Seres unicelulares: pared celular, vacuolas pulsátiles
– Vegetales: en medios hipotónicos la entrada de agua
en las células provoca turgencia y facilita el
crecimiento de las plantas. En medios hipertónicos se
marchitan
– Animales pluricelulares: Consiguen regular la
cantidad de agua y sales mediante mecanismos de
excreción
Selectividad
27.- En la gráfica adjunta se representa la variación del volumen de una
célula en función del tiempo. La célula fue colocada inicialmente en un
medio con alta concentración de sales y a los 10 minutos fue transferida
a un medio con agua destilada. Proponga una explicación razonada a los
cambios de volumen que sufre la célula a lo largo del tiempo [1]. (2007)
El volumen de la célula
disminuye en un medio con
alta concentración de sales
por pérdida de agua y
aumenta en agua destilada
por entrada de agua
(procesos osmóticos)
........................................... 1
punto
29.- Un sistema de conservación de alimentos muy utilizado desde antiguo
consiste en añadir una considerable cantidad de sal al alimento (salazón)
para preservarlo del ataque de microorganismos que puedan alterarlo.
Explique de forma razonada este hecho [1]. (2007)
La alta concentración de sal provoca la deshidratación de los microorganismos
que
intentan
colonizar
el
alimento
así
protegido
................................................................................................................. 1 punto
75.- Se introducen células animales en tres tubos de ensayo: el tubo A tiene
una solución hipertónica, el B una hipotónica y el C una isotónica. Exponga
razonadamente lo que les ocurrirá a las células en cada uno de los tubos [1].
(2006)
Las del tubo A perderán agua (plasmólisis), a las del B les entrará
(turgescencia), pudiendo llegar a lisarlas, y a las del C no les ocurrirá nada por
ser isotónicas respecto al medio ............................................................... 1 punto
19.- En la figura 1 se representa un tubo en U cuyas ramas están separadas por
una membrana semipermeable. La concentración salina es mayor en la rama B y
menor en la A. Teniendo esto en cuenta, y una vez que haya transcurrido cierto
tiempo, ¿cuál de las dos figuras, 2 ó 3, esperaría encontrar? [0,5]. Dibuje la figura
resultante si la concentración salina fuese igual en ambas ramas [0,5]. Razone las
respuestas. (2008)
Esperaría encontrar la figura 2,
dado que mediante ósmosis
tienden a igualarse las
concentraciones salinas de
ambas ramas pasando agua a
través de la membrana
semipermeable de la rama A
(solución menos concentrada) a
la B (solución más concentrada),
aumentando el volumen de la
rama B ....................... 0,5 puntos
Dibujo de la figura 1. Si las dos
ramas tienen soluciones con la
misma concentración salina no
necesitan igualarse quedando
ambas ramas con el volumen
inicial .......................... 0,5 puntos
56.- En el Mar Muerto existe una elevada salinidad. Explique
razonadamente por qué el número de especies en el Mar Muerto es menor
que en otros mares [1]. (2006)
Deberá relacionarse la elevada salinidad con los procesos de plasmólisis
(cualquier otra respuesta razonada se podrá dar como válida)
.................................................................................................. 1 punto
60.- Al añadir un ácido a una disolución de cloruro sódico se produce un
gran descenso en el valor del pH. Sin embargo, si se añade la misma
cantidad de ácido al plasma sanguíneo apenas cambia el pH. Proponga una
explicación para este hecho [1]. (2006)
La presencia de sales minerales con efecto tampón en el plasma amortigua los
cambios en el pH ........................................................................................ 1 punto
70.- El contenido salino interno de los glóbulos rojos presentes en la sangre
es del 0,9%. ¿Qué le pasaría a un organismo, si se le inyectara en la sangre
una solución salina que hiciera que la concentración final de sales en sangre
fuese del 2,2%? [0,5]. ¿Y si la concentración final fuese del 0,01%? [0,5].
Razone las respuestas. (2006)
Un medio hipertónico provoca la plasmólisis de los glóbulos rojos ............0,5 puntos
Un medio hipotónico provoca la turgescencia y lisis de los glóbulos rojos. 0,5 puntos
88.- ¿Qué ocurre cuando células que carecen de pared celular se colocan en
una solución muy concentrada de sales? [0,5]. ¿Sucedería lo mismo si se
colocasen en agua destilada? [0,5]. Razone las respuestas. (2005)
En la solución de sales muy concentrada las células pierden agua del interior para
compensar la concentración (plasmólisis) .............................. 0,5 puntos
En agua destilada entra agua en las células (turgescencia) y se lisan ... 0,5 puntos
RESUMEN
1.
•
•
•
•
•
EL AGUA
Características de la molécula
Es la molécula más
abundante en la materia
viva
Está formada por dos
átomos de H u uno de O
Adquiere carácter polar,
aunque es eléctricamente
neutra
Interaccionan entre si
estableciendo puentes de H
Es un fluido en estado
líquido a temperatura
ambiente
PROPIEDADES
IMPORTANCIA BIOLÓGICA
Elevada cohesión
molecular
•Da volumen a las células y
turgencia a las plantas
•Permite deformaciones en el
citoplasma celular
•Actúa como esqueleto hidrostático
en invertebrados
•Función mecánica y
amortiguadora en articulaciones de
vertebrados
Elevada tensión
superficial
Permite el desplazamiento de
algunos organismos sobre la
superficie de medios acuáticos
Elevado calor
latente
Termorreguladora
Elevado calor
específico
Elevado calor de
vaporización
Máxima densidad
en estado líquido
Permite la vida acuática en climas
fríos
Elevada fuerza de
adhesión
Permite la ascensión de la savia
bruta a través de los vasos
leñosos
Elevada constante
dieléctrica
Bajo grado de
ionización
Puntos de fusión y ebullición de
hidruros similares al agua
HIDRURO
"PESO" MOLECULAR
PUNTO DE FUSIÓN
PUNTO DE EBULLICIÓN
H2O
18
0° C
100° C
H2S
34
-82° C
-61° C
H2Se
80
-64° C
-42° C
H2Te
129
-51° C
-4° C
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Tema 2 Agua y Sales Minerales