TEMA 1. BIOELEMENTOS. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

2º Bachillerato - Biología

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

O Si Al Fe

Elementos mayoritarios en los seres vivos

C H O N P S

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.

Clasificación:

Bioelementos 1 arios

o Mayoritarios: C H, O, N, P, S (97%)

Bioelementos 2 arios

: 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 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 incompleta  covalente  biomoléculas Bajo nº atómico  estabilidad Electronegatividad del O y N   Accesibilidad (CO 2 , H 2 solubilidad O, nitratos, etc.) enlaces

BIOELEMENTOS PRIMARIOS

  Propiedades específicas del carbono  Hibridación sp 3  valencia 4 

Estructura tetraédrica

 Variedad de cadenas carbonatadas estables (lineales, cíclicas, ramificadas)   variedad de moléculas orgánicas.  Hibridación sp 2 , sp  enlaces formación de dobles y triples  Grupos funcionales:  aparecen como consecuencia de reacciones de oxidación –reducción:  ej. Alcano ↔ Alcohol ↔ Áldehido ↔ Ácido:   variedad de moléculas orgánicas polifuncionales.

HIBRIDACIÓN SP3 DEL CARBONO

GRUPOS FUNCIONALES

BIOELEMENTOS PRIMARIOS

  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 (-NH 2 ) de los aminoácidos y de los ácidos nucleicos.

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

FÓSFORO: forma los grupos fosfatos (-PO 4 ) -3 ATP , fosfolípidos, etc.

que forma parte del

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:

BIOMOLÉCULAS Inorgánicas

Agua Sales Minerales Glúcidos

Orgánicas

Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos

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.

 El contenido de agua en los seres vivos depende del tipo de organismo y del ambiente en el que viva:

PORCENTAJE MEDIO DE AGUA EN ALGUNOS ORGANISMOS

Algas Medusas 93-98% 95-97% Planta del tabaco Hongos Cangrejo de río 92% 80% 77% Ser humano Pino Semillas de cereales 63% 47% 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.

EL AGUA: Estructura

TETRAÉDRICA ELECTRONEGATIVIDAD DEL O CARÁCTER DIPOLAR



Puentes de Hidrógeno

 

•

Estados

:

Gaseoso • Sólido • Líquido 0% 100% (4 PH) 85% (3,4 PH) ELECTRONEGATIVIDAD: medida de la fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre los electrones de otro en un enlace covalente.

EL AGUA: Estructura

EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA

 TETRAEDRO IRREGULAR  ASIMETRÍA ELECTRICA  CARÁCTER DIPOLAR

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.

EL AGUA: Propiedades e importancia biológica

 Las propiedades del agua derivan de LA PRESENCIA DE PUENTES DE H Y ESTOS DE LA ESTRUCTURA DEL AGUA

1.

Cohesividad



Estructural

Estado líquido a Tª ambiente 

Transporte y 2.

Poder disolvente

: K = 80 

“Disolvente universal” 3.



calor específico



función termorreguladora 4.



calor de vaporización



función termorreguladora 5.

Disociable en iones H +

condensación

y OH -



Reactividad

: hidrólisis y

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 principal del citosol y del interior de los orgánulos celulares.

componente

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

)  b) c)

disoluciones verdaderas

Sustancias apolares (

hidrofóbicas

) 

Insolubilidad

Sustancias apolares con pequeño grupo polar (

anfipáticas

)  d)

dispersiones Coloidales

Emulsiones estables: disolvente (H 2 O), soluto (ej.grasas), emulgente (ej. proteína)

Poder disolvente del agua

Poder disolvente

: K = 80 

Disolvente universal”

Sustancias polares (

hidrofílicas

) 

disoluciones verdaderas

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

Poder disolvente del agua

Sustancias apolares (

hidrofóbicas

) 

Insolubilidad Su disposición dependerá de la densidad la sustancia considerada

1 º 2 º Emulsi ó n inestable flota (insoluble) 1 º 2 º Emulsi ó n inestable precipita (insoluble)

Poder disolvente del agua

 DISOLUCIONES COLOIDALES: Sustancias apolares con pequeño grupo polar (

anfipáticas

) 

dispersiones Coloidales

 Las disoluciones coloidales pueden aparecer en dos estados distintos;  SOL  GEL

SOL - (H 2 O) + (H 2 O) GEL

Poder disolvente del agua

 EMULSIONES:  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)  Ejemplos; leche, mayonesa

Elevado calor específico: Función termorreguladora  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 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 + H

2

O “n” monómeros Condensación  “n” monómeros Polímero + (n-1) H

2

O

Hidrólisis A – B Condensación A – OH + B – H

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 deformaciones del citoplasma.

cohesión

da forma a las células que carecen de membrana rígida regulando los cambios y  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: Propiedades

Ionización 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: H 2 O  H + + OH En el agua la disociación es muy débil, esto significa que la mayor parte del agua se encuentra como H 2 O sin disociar y solo una pequeña parte está disociada.

El producto de las concentraciones de los iones H + y OH denomina producto iónico, en el agua a 25ºC es: es constante y se [H + ].[OH ] = 10 -14 En el agua pura por cada H + que se forma, se forma un OH la concentración de ambos iones sea la misma. lo que hace que [H + ] = [OH ] = 10 -7 Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para mantener constante el producto.

EL AGUA: Propiedades

Ionización 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 tanto la acidez. + ], Sorensen ideo la escala de pH para expresar la concentración de hidrogeniones de una disolución y por lo    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.youtube.com/watch?v=x8J-Jbu_W6M&feature=related http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/propertiesofwater/water.html

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  Cationes: K + ,CO 3 2 ,Na + ,HCO 3 ,Ca 2+ ,PO , Mg +2 4 3 etc 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 ( ósmosis.

 ) sería la presión que habría que hacer para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable debido a la

SALES MINERALES: Presión osmótica

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

SALES MINERALES: Presión osmótica

SALES MINERALES: Presión osmótica

DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS

DIFUSIÓN OSMOSIS

 Membrana permeable o s/m  De la + concentrada a la + diluida  Pasa agua y solutos    Membrana semipermeable De la + diluida a la + concentrada Solo pasa agua

DIÁLISIS

 De la + concentrada a la + diluida  Pasa el agua y moléculas de soluto de bajo peso molecular

Funciones de las sales minerales



Regulación del pH:



Sistemas amortiguadores



H

2

PO

4 -

/ HPO

4 2 – 

H

2

CO

3

/ HCO

3 -

intracelular extracelular El pH afecta a la actividad enzimática

TEMA 1

TEST DE REPASO



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

ÓSMOSIS

 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.

D.

E.

Aporte de H y O disolvente medio de transporte



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

A. capaz de ionizar 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.