TEMA 1. Bioelementos. Biomoléculas Inorgánicas

1. TEMA 1. Bioelementos. Biomoléculas Inorgánicas 2º Bachillerato - Biología IES Muriedas Bonifacio San Millán

2. ÍNDICE • BIOELEMENTOS • Clasificación de los bioelementos • BIOMOLÉCULAS • El agua • Las sales minerales

3. 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.

4. 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 1arios o Mayoritarios: C, H, O, N, P, S (97%) • Bioelementos 2arios : Cl, Na, K, Mg y Ca (2%) • Oligoelementos: o elementos traza • Fe, Mn, Cu, F, I, Si, Zn, Ni, Co, Li, Al, etc. (1%), • Porcentajes menores del 0,1%

5. BIOELEMENTOS PRIMARIOS • Son  C, H, O, N, P y S • Componentes fundamentales de las biomoléculas. • Se encuentran en todos los seres vivos. • Propiedades generales: • Capas electrónicas externas incompletas  enlaces covalente  biomoléculas • Bajo nº atómico  estabilidad • Electronegatividad del O y N  solubilidad •  Accesibilidad (CO2 , H2O, nitratos, etc.)

6. BIOELEMENTOS PRIMARIOS • Propiedades específicas del carbono • Hibridación sp3  valencia 4 Estructura tetraédrica • Variedad de cadenas carbonatadas estables (lineales, cíclicas, ramificadas)   variedad de moléculas orgánicas. • Hibridación sp2, sp  formación de dobles y triples enlaces • Grupos funcionales:  aparecen como consecuencia de reacciones de oxidación – reducción: • ej. Alcano ↔ Alcohol ↔ Aldehído ↔ Ácido:  •  variedad de moléculas orgánicas polifuncionales.

7. HIBRIDACIÓN SP3 DEL CARBONO

8. GRUPOS FUNCIONALES

9. 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 (-NH2) de los aminoácidos y aparece en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos. • AZUFRE: forma el radical sulfhidrilo (-SH) en muchas proteínas. • FÓSFORO: forma los grupos fosfatos (-PO4)-3 que forma parte del ATP , fosfolípidos, etc.

10. 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

11. 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%)

12. 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:

13. 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.

14. 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 %)

15. EL AGUA • El agua se encuentra en los seres vivos en 3 formas distintas: • AGUA CIRCULANTE: en la sangre, en la savia, etc. • AGUA INTERSTICIAL: entre las células, fuertemente adherida a la sustancia intercelular. • AGUA INTRACELULAR: en el citosol y en el interior de los orgánulos celulares. (mayoritariamente)

16. EL AGUA: Estructura

17. EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA • Hibridación sp3 del O  TETRAEDRO • Electronegatividad del O  TETRAEDRO IRREGULAR  ASIMETRÍA ELECTRICA  CARÁCTER DIPOLAR Los electrones compartidos se ven atraídos con más fuerza por los protones del oxígeno

18. EL AGUA: Estructura TETRAÉDRICA IRREGULAR CARÁCTER DIPOLAR Puentes de Hidrógeno ELECTRONEGATIVIDAD: medida de la fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre los electrones de otro en un enlace covalente.

19. EL AGUA: Estructura • Entre los dipolos se establecen un tipo de enlaces denominados enlace o puente de Hidrógeno.

20. EL AGUA: Estructura • Los puentes de hidrógeno son más débiles que los enlaces covalentes o los iónicos, pero se rompen y se forman de manera constante, lo cual confiere a la molécula de agua una gran cohesión interna. • Estados: • Gaseoso 0% • Sólido 100% (4 PH) • Líquido 85% (3,4 PH)

21. 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 Cohesividad  Estado líquido a Tª ambiente Transporte y Estructural Poder disolvente: K = 80 “Disolvente universal”  calor específicofunción termorreguladora  calor de vaporizaciónfunción termorreguladora Disociable en iones H+ y OH- Reactividad: hidrólisis y condensación

22. Cohesividad: Estado líquido del agua a temperatura ambiente • La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas de agua (Puentes de hidrógeno) permite que el agua se mantenga líquida a Tª ambiente. • Esto permite al agua actuar como vehículo de transporte en el interior de un organismo y como medio lubricante en las estructuras de movimiento. • Esto permite que sea el agua el componente principal del citosol y del interior de los orgánulos celulares.

23. 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.

24. Poder disolvente del agua • Poder disolvente: K = 80 “Disolvente universal” • Sustancias polares (hidrofílicas) disoluciones verdaderas • Sustancias apolares (hidrofóbicas) Insolubilidad • Sustancias apolares con pequeño grupo polar (anfipáticas) dispersiones Coloidales • Emulsiones estables: disolvente (H2O), soluto (ej.grasas), emulgente (ej. proteína)

25. Poder disolvente del agua • Poder disolvente: K = 80 “Disolvente universal” • Sustancias polares (hidrofílicas) disoluciones verdaderas http://www.bionova.org.es/animbio/anim/aguadisol.swf

26. Poder disolvente del agua • Sustancias apolares (hidrofóbicas) Insolubilidad • Su disposición dependerá de la densidad la sustancia considerada 1º Emulsión inestable 2º flota (insoluble) 1º Emulsión inestable 2º precipita (insoluble)

27. 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 - (H2O) SOL GEL + (H2O)

28. Poder disolvente del agua • EMULSIONES ESTABLES: • Formadas por dos líquidos inmiscibles: 1de ellos (fase dispersa) forma pequeñas gotitas dispersas en el otro (fase dispersante). • Emulsiones biológicas: • Fase dispersa: lípidos insolubles (ej. triglicéridos, colesterol) • Fase dispersante: agua • La estabilidad de las emulsiones se consigue gracias a otras moléculas que mantienen las gotitas de la fase dispersa separada (ej. proteínas, fosfolípidos, sales biliares, jabón) • Ejemplos; leche, mayonesa

29. 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.

30. 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.

31. Disociable en iones H+ y OH- Reactividad • Hidrólisis • Polímero + H2O “n” monómeros • Condensación • “n” monómeros Polímero + (n-1) H2O Hidrólisis A – B A – OH + B – H Condensación

32. FUNCIONES DEL AGUA • Función metabólica: Es el medio en el que se producen la mayoría de las reacciones metabólicas, puesto que las sustancias para que reaccionen tienen que estar disueltas. Además en muchas de estas reacciones el agua actúa como reactivo como por ejemplo en las reacciones de hidrólisis que ocurren en la digestión. Igualmente es la fuente de hidrógenos en la fotosíntesis vegetal. • Función transportadora: El agua actúa como vehículo transportador de sustancias por el interior del organismo y entre el exterior y el interior del mismo, debido a que es líquida y es un excelente disolvente, las sustancias son transportadas disueltas en ella. • Función estructural: Debido a la elevada fuerza de cohesión da forma a las células que carecen de membrana rígida regulando los cambios y deformaciones del citoplasma. • Función termorreguladora: Debido al elevado calor específico y al elevado calor de vaporización, regula la Tª del organismo amortiguando las variaciones bruscas de la Tª externa y ayuda a mantener constante la Tª del cuerpo en los animales homeotermos o endotermos.

33. EL AGUA: PropiedadesIonización del agua • El agua pura se comporta como un electrolito débil y se encuentra en parte disociada en iones H+ y OH- según la siguiente ecuación: H2O  H+ + OH- • En el agua la disociación es muy débil, esto significa que la mayor parte del agua se encuentra como H2O sin disociar y solo una pequeña parte está disociada. • El producto de las concentraciones de los iones H+ y OH- es constante y se denomina producto iónico, en el agua a 25ºC es: [H+].[OH-] = 10-14 •  En el agua pura por cada H+ que se forma, se forma un OH- lo que hace que la concentración de ambos iones sea la misma. [H+] = [OH-] = 10-7 • Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para mantener constante el producto.

34. EL AGUA: PropiedadesIonización del agua. Concepto de pH • Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro para mantener constante el producto. • Hay sustancias que al disolverse en el agua, aumentan la concentración de hidrogeniones, se denominan ácidos. Otras por el contrario disminuyen la concentración de hidrogeniones se denominan bases. • La acidez de una disolución viene determinada por la [H+], Sorensen ideo la escala de pH para expresar la concentración de hidrogeniones de una disolución y por lo tanto la acidez. El pH = - log [H+]. El valor oscila 0 y 14. • Si el pH de una disolución es 7 como ocurre en el agua pura, dicha disolución es neutra. H+ = OH- • Si el pH es < 7 ,la disolución es ácida. H+ > OH- . • Si el pH es > 7, la disolución es básica. H+< OH-. • La escala de pH es logarítmica, es decir que si aumenta o disminuye en una unidad significa que la concentración de H+ se hará 10 veces menor o mayor. http://www.youtube.com/watch?v=x8J-Jbu_W6M&feature=related http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/propertiesofwater/water.html

35. SALES MINERALES • Son moléculas inorgánicas que están presentes en la materia viva en pequeña cantidad. • Se pueden encontrar de varias formas: • Precipitadas: Carbonatos, fosfatos, etc. • Disueltas • Aniones: Cl- ,CO32- ,HCO3- ,PO43- etc • Cationes: K+ ,Na+ ,Ca2+ , Mg+2 etc • Asociadas a moléculas orgánicas: Fe, P, etc.

36. Funciones de las SALES MINERALES:Regulación de los procesos osmóticos • OSMOSIS y presión osmótica • Turgescencia y plasmolisis Importancia biológica: • Absorción (raíces) • Adaptaciones (plantas halófitas) • Homeostasis

37. SALES MINERALES: Presión osmótica • Presión osmótica () sería la presión que habría que hacer para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable debido a la ósmosis.

38. SALES MINERALES: Presión osmótica Video resumen ósmosis: http://www.youtube.com/watch?v=oONjIH39uUw

39. SALES MINERALES: Presión osmótica

40. SALES MINERALES: Presión osmótica

41. DIFUSIÓN, ÓSMOSIS y DIÁLISIS OSMOSIS DIFUSIÓN DIÁLISIS • 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 • De la + concentrada a la + diluida • Pasa el agua y moléculas de soluto de bajo peso molecular

42. Funciones de las sales minerales • Regulación del pH: • Sistemas amortiguadores • H2PO4-/ HPO42 – intracelular • H2CO3/ HCO3- extracelular El pH afecta a la actividad enzimática

43. TEMA 1 TEST DE REPASO

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

45. La hemolisis (rotura) de los eritrocitos al colocarlos en agua destilada es un ejemplo de: • Difusión • Ósmosis • Plasmólisis • Turgencia

46. 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

47. Los enlaces de H en el agua... • Son inestables en el agua en fase sólida • se rompen con facilidad al aumentar la temperatura • se rompen por debajo de los 0ºC. • son estables cuando el agua hierve • son muy estables

48. El paso del agua y no de las partículas disueltas en ella, sólo se produce en el caso de la... • Diálisis • en ninguno de los casos anteriores • Difusión • Ósmosis • en todos los casos anteriores

49. Una de las siguientes funciones NO lo es del agua •   esquelética •   Termorreguladora •   Aporte de H y O •   disolvente •   medio de transporte

50. El agua tiene carácter de reactivo químico porque es... • capaz de hidrolizar a otras sustancias. • el disolvente universal. •  termorreguladora •  el medio donde se producen las reacciones metabólicas. •  un vehículo de transporte de otras sustancias.