2º BACHILLERATO.TEMA 1. BIOELEMENTOS, AGUA Y SALES MINERALES

ÍNDICE Conocimientos previos Esquemas Presentaciones bioelementos, sales y agua Contenidos animados Niveles de organización de la materia Bioelementos El átomo de C Biomoléculas Grupos funcionales

9.  El agua 10.  Estructura de la molécula de agua            1.  Propiedades del agua            2.  Funciones del agua            3.  Prácticas sobre el agua 11.  Sales minerales 12.  Repaso 13.  Prácticas 14.  Otras `presentaciones 15.  Cuestiones 16.  Cuestiones con calificación

1. Conocimientos previos

2. ESQUEMAS
   


3. PRESENTACIONES DE BIOELEMENTOS, AGUA Y SALES MINERALES

  

Agua y sales


4. CONTENIDOS ANIMADOS

5. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA

La materia viva e inerte se puede encontrar en diversos estados de agrupación diferentes. Esta agrupación u organización puede definirse en una escala de organización que sigue de la siguiente manera de menor a mayor organización.

Subatómico: este nivel es el más simple de todo y está formado por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partículas que configuran el átomo.

Atómo: es el siguiente nivel de organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.

Moléculas: las moléculas consisten en la unión de diversos átomos diferentes para fomar, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso (O2), dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos...

Orgánulos celulares: Las células contienen numerosos complejos macromoleculares. Las macromoléculas constituyen estructuras complejas tales como las membranas, ribosomas, retículo endoplasmático ..... Algunas estructuras están presentes tanto en procariotas como en eucariotas, otras difieren de unos organismos a otrs: cloroplastos, citocentro , pared celular.....

Celular: los orgánulos celulares se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autorreplicación.

Tisular: las células se organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular...

Organular: los tejidos están estructuras en órganos: corazón, bazo, pulmones, cerebro, riñones...Sistémico o de aparatos: los órganos se estructuran en aparatos digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos...

Organismo: nivel de organización superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización superior como seres vivos: animales, plantas, insectos,...

Población: los organismos de la misma especie se agrupan en determinado número para formar un núcleo poblacional: una manada de leones, o lobos, un bosque de arces, pinos...

Comunidad: es el conjunto de seres vivos de un lugar, por ejemplo, un conjunto de poblaciones de seres vivos diferentes. Está formada por distintas especies.

Ecosistema: es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con una distribución espacial amplia.

Paisaje: es un nivel de organización superior que comprende varios ecosistemas diferentes dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, el conjunto de vid, olivar y almendros características de las provincias del sureste español.

Región: es un nivel superior al de paisaje y supone una superficie geográfica que agrupa varios paisajes.

Bioma: Son ecosistemas de gran tamaño asociados a unas determinadas características ambientales:macroclimáticas como la humedad, temperatura, radiación y se basan en la dominancia de una especie aunque no son homogéneos. Un ejemplo es la taiga que se define por las coníferas que es un elemento identificador muy claro pero no homogéneo, también se define por la latitud y la temperatura.

Biosfera: es todo el conjunto de seres vivos y componentes inertes que comprenden el planeta tierra, o de igual modo es la capa de la atmósfera en la que existe vida y que se sustenta sobre la litosfera.

Cada nivel de organización engloba a los niveles inferiores anteriores. Por ejemplo, un elefante tiene un sistema respiratorio que consta de órganos como son los pulmones, que a su vez están compuestos de tejidos como el tejido respiratorio, el epitelial, que a su vez lo conforman células, y así sucesivamente.

1 km = 1 000 m  1 m = 1 000 mm 1 mm = 1 000 micres  1 micra = 1 000 nm (nanómetros) 1 nm = 10 angstroms CUESTIONES:    1    2    1    2     3    7    8     5     6   1    2    3    4    5    6     7     9

ANIMACIONES
 

6. LOS ELEMENTOS DE LA VIDA. BIOELEMENTOS

Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos . Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.

Porcentaje en peso de los elementos en seres vivos y litosfera
Elementos	H	C	N	O	F	Si	S	P	Cl	Na	K	Mg	Ca	Al	Fe
Universo
Tierra
Litosfera	0.1	0.2	0.05	47	0.1	26	0.1	0.1	0.1	2.4	2.3	2.1	3.2	8.0	4.7
Seres vivos	9	17	3	65	0.004	0.006	0.2	0.8	0.2	0.1	0.2	0.1	1.0	0.002	0.01
Humanos	9.3	19.4	5.1	62.8			0.6	0.6
Alfalfa	8.7	11.3	0.8	77.9			0.1	0.7
Bacteria	9.9	12.1	3.0	73.8			0.3	0.6

Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías: 

6.1. Bioelementos primarios o principales: lC, H, O, N. Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.

Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:

• Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones 
• El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico 
• Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables. 

6.1.1. El átomo de carbono tiene unas características especiales:

• A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.

  

• Las combinaciones del carbono con otros elementos, c
  omo el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas . Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de cración de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. 

Principales enlaces químicos en los seres vivos
Enlace Longitud pm EnergíaKJ/mol C-C 154 347 C-H 110 414 C-O 143 360 C-N 147 305 O-H 97 464 N-H 100 389 O-N 136 222 C=C 134 611 C=O 120 736 C=N 128 615 C-S . . S-H 132 368	Enlace Longitud pm EnergíaKJ/mol H-H 74 436 O-O 145 142 O=O 121 498 O=N 120 590 N-N 145 163 N=N 123 418 N=.N 110 964 S-S . . S-O . . S=O . . P-O . . P=O . .

• Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples.

  

• El átomo de carbono puede combinarse consigo mismo lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos. 

Los principales grupos orgánicos funcionales son:

Grupos orgánicos
Metilo		R-CH3
Etilo		R-CH2-CH3
Metileno		R-CH2-R
Hidroxilo		R-OH
Alcohol		R-CH2OH R-CHOH-R
Carbonilo		R-(C=O)-R
	Aldehido	R-CHO
	Cetona	R-CO-R
Carboxilo		R-COOH
Ácido Carboxílico		R-COO-
Amino		R-NH2
Amida		R-CO-NH2
Éster		R-CO-O-R	Enlace Ácido + Alcohol
Enlace Amida		R-CO-NH-R	Enlace Ácido + Amina
Sulfhidrilo		R-SH
Tiol		R-CH2-SH
Bisulfuro		R-S-S-R	Enlace de dos grupos sulhidrilo

6.2. Bioelementos secundarios: los más importantes son: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl.

Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.

Azufre			Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A
Fósforo			Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
Magnesio			Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo.
Calcio			Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
Sodio			Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Potasio			Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Cloro			Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial

6.3. Oligoelementos: Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo.
Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro:

Hierro			Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.
Manganeso			Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.
Iodo			Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo
Flúor			Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.
Cobalto			Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .
Silicio			Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.
Cromo			Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.
Zinc			Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
Litio			Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno			Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

ANIMACIONES

  

CUESTIONES:    1     2     3     4    6     7     8     9  


7. BIOMOLÉCULAS
La molécula es la unidad física de la materia. Es la parte más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades. Está formada por un grupo de átomos unidos entre sí. Se llama sustancia pura la que está compuesta por moléculas iguales. Si las moléculas son de distinto tipo, se trata de una mezcla. Así, el aire es una mezcla de N2 y O2 fundamentalmente. El agua de mar es una mezcla de agua y sales minerales.

Las moléculas que integran los seres vivos son las biomoléculas. La biomolécula fundamental es el agua, pero también son importantes ciertos gases (O2, N2, CO2), aniones (HCO3-, Cl-, SO4=), cationes (Na+, K+, NH4+), azúcares (glucosa, almidón, celulosa), lípidos (grasas, esteroides), proteínas (hemoglobina, insulina), ácidos nucleicos (DNA, RNA) y metabolitos intermediarios (ácido acético, urea, etanol). La Figura de la derecha muestra el contenido de cada tipo de molécula en una célula bacteriana.

Clasificación de los compuestos de los seres vivos: 

Inorgánicos	Agua
	Sales minerales
	Gases disueltos
Orgánicos	Glúcidos
	Lípidos
	Prótidos
	Ácidos nucleicos

La representación química de las moléculas se realiza mediante las fórmulas, que informan sobre el número y clase de átomos que las constituyen y si es preciso, la forma como están unidos y su situación real en el espacio. Según el tipo de información que suministran, hay varios tipos de fórmulas

empírica molecular estructural (desarrollada) C   H Indica la clase de átomos que integran la molécula y su proporción relativa. Así, la molécula CH está constituída por hidrógeno y carbono en proporción 1:1. Puede corresponder tanto al benceno como al etino. Indica la clase de átomos que integran la molécula y el número real de átomos de cada elemento. En algunos casos, coincide con la empírica , pero en muchos otros no. Informa sobre la naturaleza y el número de los átomos que integran la molécula, e indica con todo detalle cómo están unidos entre sí. racional (semidesarrollada) electrónica espacial Informa sobre la naturaleza y el número de átomos que integran la molécula, e indica de forma resumida cómo están unidos entre sí. Representan la distribución de los electrones de valencia de los átomos que componen la molécula. Cada trazo equivale a 2 electrones. Si es compartido, va de átomo a átomo y si pertenecen a un solo átomo se dibujan junto a él. Indica la verdadera dirección de los enlaces interatómicos, consecuencia de la naturaleza y propiedades de los electrones implicados en estos enlaces. CUESTIONES:     1      2    3     4     6   7  8. GRUPOS FUNCIONALES ENLACES DE GRUPOS FUNCIONALES

8.1. Hidrocarburos Los hidrocarburos son compuestos binarios de carbono e hidrógeno. Son sustancias muy apolares, y por lo tanto no son miscibles con el agua y sí con disolventes orgánicos (cloroformo, éter). Son especialmente interesantes porque todos los demás compuestos orgánicos se estructuran a partir de ellos. En función de su cadena carbonada, los hidrocarburos pueden ser de cadena abierta (alifáticos) o cíclicos. Entre los abiertos, la cadena puede ser lineal o ramificada. Los cíclicos pueden ser alicíclicos o aromáticos (si contienen anillos de benceno). El nombre sistemático de los hidrocarburos de cadena lineal consta de tres partes: la primera alude al número de carbonos de la molécula. El número de carbonos viene indicado por distintos prefijos (Figura de la derecha) la segunda parte indica el tipo de enlaces presentes en la cadena carbonada: Si todos son sencillos se indica por -an-; un doble enlace se indica por -en- y un triple enlace se indica por -in-. Si hay más de un doble o triple enlace, se colocan los prefijos di, tri, tetra, etc. la tercera parte del nombre hace referencia al carácter hidrocarburo del compuesto, y se indica por la terminación -o. Al sustituir un hidrógeno de un hidrocarburo por una valencia libre se obtiene un radical. Los radicales se nombran como el hidrocarburo de origen, sustituyendo la terminación -o por la terminación -il o -ilo. Si el hidrocarburo es saturado se omite la partícula -an- (Figura de la izquierda).     Los hidrocarburos alicíclicos contienen una cadena carbonada cerrada (Figura 14). Los hidrocarburos alicíclicos y sus radicales se nombran como los abiertos, anteponiendo el prefijo ciclo. Los hidrocarburos aromáticos contienen al menos un anillo bencénico, con tres dobles enlaces conjugados estabilizados por resonancia. La mayor parte de los hidrocarburos aromáticos y sus radicales tienen nombres consagrados por el uso. 8.2. Alcoholes Los alcoholes son compuestos ternarios de C, H y O. Pueden considerarse derivados de los hidrocarburos por sustitución de un átomo de H por un hidroxilo (-OH). Al contener en su molécula un radical alquilo y un grupo hidroxilo tienen propiedades físicas intermedias entre los hidrocarburos y el agua. Su carácter apolar aumenta con la longitud de la cadena carbonada, mientras que su carácter polar o hidrofílico aumenta con el número de hidroxilos en la molécula. 8.3. Aldehidos y cetonas Se nombran como los hidrocarburos, cambiando el sufijo -o por -ol. Si hay más de un grupo hidroxilo en la misma molécula, se antepone el prefijo di, tri, tetra..., y se indica mediante un número a qué carbono está unido cada grupo -OH. Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios según la naturaleza del carbono que sustenta la función. Por condensación de dos funciones alcohol con pérdida de una molécula de agua se obtiene la función éter. Los aldehídos y las cetonas son funciones en segundo grado de oxidación. Se consideran derivados de un hidrocarburo por sustitución de dos átomos de hidrógeno en un mismo carbono por uno de oxígeno, dando lugar a un grupo oxo (=O). Si la sustitución tiene lugar en un carbono primario, el compuesto resultante es un aldehído, y se nombra con la terminación -al. Si la sustitución tiene lugar en un carbono secundario, se trata de una cetona, y se nombra con el sufijo -ona. El grupo carbonilo (>C=O), común a aldehídos y cetonas, confiere polaridad a la moléculas, aunque en menor cuantía que el grupo hidroxilo. Los aldehídos y cetonas pueden, por captación de un átomo de hidrógeno de un carbono contiguo, dar lugar a una reacción intramolecular con formación de un doble enlace y una función hidroxilo, es decir, un enol. Este proceso es fácilmente reversible y se conoce con el nombre de tautomería cetoenólica. Una de las reacciones químicas más importantes del grupo carbonilo es la adición de una molécula de alcohol para dar hemiacetales (hemicetales si son cetonas). En los monosacáridos se pueden formar hemiacetales o hemicetales internos que dan lugar a la forma cerrada de la molécula. Éstos, a su vez, pueden condensar con otra molécula de alcohol, con pérdida de una molécula de agua, para dar lugar a acetales o a cetales. Es lo que ocurre en el caso de los glicósidos. 8.4. Ácidos carboxílicos Los ácidos carboxílicos son funciones con grado de oxidación tres, es decir, en un mismo átomo de carbono se insertan un grupo oxo (=O) y un grupo hidroxilo (-OH), formando un grupo carboxilo. Se nombran sistemáticamente sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo de procedencia por el sufijo -oico, pero la mayoría posee nombres vulgares consagrados por el uso. El grupo carboxilo es el responsable de la polaridad de la molécula y de la posibilidad de establecer enlaces de hidrógeno. El hidrógeno del hidroxilo puede disociarse y el compuesto se comporta como un ácido. Esta disociación se ve favorecida por la resonancia del ión carboxilato, ya que el doble enlace se deslocaliza y la carga negativa se distribuye entre los dos átomos de oxígeno. En la misma molécula pueden existir varios grupos carboxilo. El número de estos grupos se indica con los prefijos di, tri, tetra, etc. Los ácidos monocarboxílicos de cadena larga se llaman también ácidos grasos. Los ácidos carboxílicos pueden reaccionar con álcalis para dar lugar a sales (jabones). Asímismo, cuando reaccionan con alcoholes dan lugar a ésteres. Cuando el enlace éster se produce dentro de la misma molécula se origina una función lactona. Dos grupos carboxilo o un grupo carboxilo y un ácido inorgánico pueden condensar (con pérdida de agua) para originar un anhídrido.

AMPLIACIÓN CONTENIDOS



CUESTIONES:    1    2   3   4   


9. EL AGUA

El agua, una molécula simple y extraña, puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de de la mayor parte de las formas vivas es agua.

 

El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño comportamiento que la convierten en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee una manifiesta reaccinabilidad y posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su

Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua.


9.1. Estructura de la molécula de agua
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104'5:, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

 

El resultado es 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, lo que la convierte en una molécula polar, 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.

Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo 

  
Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o 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 físicoquímicas.

9.2. Propiedades del agua

1. 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 formarpuentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica ( alcoholes, azúcares con grupos R-OH , aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares 

   

También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.
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 dos funciones : 

• Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo 
• Sistemas de transporte: Este efecto puede verse en esta animacisn, donde vemos a las moliculas de agua separando los iones, e impidiendo que istos vuelvan a unirse.

2. Elevada fuerza de cohesión
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. 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.
 


3. Elevada fuerza de adhesión
Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar  en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua , se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.

 
3. Gran calor específico
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 p.de h. 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 latemperatura constante .


4. Elevado calor de vaporización
Sirve el mismo razonamiento, también los p.de h. 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 20: C.


9.3. Funciones del agua

Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos : 

• Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas 
• Amortiguador térmico 
• Transporte de sustancias 
• Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos 
• Favorece la circulación y turgencia 
• Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos 
• Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio. 

1. Ionización del aguaEl 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 (H3O+ ) e 
• iones hidroxilo (OH-) 

En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25º centígrados es:

 

Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7. Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según ésto:

• disolución neutra pH = 7 
• disolución ácida pH < 7 
• disolución básica pH > 7 

En la figura  se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.


Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas de tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos. Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.

El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4, gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua: 

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. Ósmosis y presión osmótica
Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto ), se pruduce el fenómeno de laósmosis que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua ( disolvente ) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida ( hipotónica ) a la más concentrada (hipertónica ), este trasiego continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración ( isotónicas o isoosmóticas ).

  

Y se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.

Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intracelulares es igual , ambas disoluciones son isotónicas.

Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se hacer hipertónicos respecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren (plamólisis).

Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes ( turgescencia ), llegando incluso a estallar. 



Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno del agua. Según el tamaño de las partículas se formarán dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgánicas de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos.

Las partículas dispersas pueden provocar además del movimiento de ósmosis , estos otros dos:

3. La diálisis. 
En este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. Es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada.


4. La difusión 
Es el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable. 

Así se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes entre la célula y el medio en el que vive.

  

ANIMACIONES

             

CUESTIONES:    1   2    5   6   7    8


10. PRÁCTICAS SOBRE EL AGUA

     


11. SALES MINERALES

Además del agua existe otras biomoléculas inorgánicas como las sales minerales. En función de su solubilidad en agua se distinguen dos tipos: insolubles y solubles en agua. 


11.1. Sales insolubles en agua. 
Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén o protectora, como :

• Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos : fosfatos, cloruros, y carbonatos de calcio 
• Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos. 
• Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice). 
• Otolitos del oído interno,formados por cristales de carbonato cálcico (equilibrio).

  

11.2. Sales solubles en agua. 

Se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones ) que son los responsables de su actividad biológica. Desempeñan las siguientes funciones: 

• Funciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+,...actúan como cofactores enzimáticos
• Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con la distribucisn de agua entre el interior celular y el medio donde vive esa cilula. Los iones de Na, K, Cl y Ca, participan en la generacisn de gradientes electroqummicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de accisn y en la sinapsis neuronal. 
• Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y tambiin por el monofosfato-bifosfato. 

CUESTIONES:    1     2   

19. REPASO

   

Test:    1    2    3    4    5    6    7    8    9


20. PRÁCTICAS

Práctica Porcentaje agua
Actividad agua
Laboratorio virtual
Escala pH 2
Determinac. pH
Cálculo pH
Escala de pH
Ionización
Ácido_base 2 3 5
Tampón acético
Tampónes

21. OTRAS PRESENTACIONES
Bioelementos, agua y sales
Bioelementos y agua
Agua y solubilidad
Agua
Bioelementos. Propiedades del agua
Sales minerales. Ósmosis

22. CUESTIONES
Biomoléculas
El agua.
Cuestiones resueltas
Agua y sales minerales
Bioelemntos
Biomoléculas
Biomoléculas con soluciones
Preguntas y respuestas

23. CUESTIONES CON CALIFICACIÓN

Bioelementos Primarios
Biomoléculas
BIOMOLECULAS

BIOMOLECULAS parte 2
BIOMOLECULAS parte 3
Estructura de las biomoléculas
Evaluación de Biomoléculas
Funciones de las biomoléculas
Adivina la biomolécula
las biomoleculas
Grupos funcionales
Biomoléculas
tema5 organica

PORTADA