TEMA 1: BIOMOLÉCULAS, AGUA Y SALES MINERALES 1.Átomos, moléculas y enlaces Elemento químico (sust simple): Sustancia que NO se puede descomponer en otras mediante reacciones químicas y que esta formada por un solo tipo de átomo. Átomo: Parte + pequeña de un elemento químico - Núcleo: protones y neutrones Corteza: electrones Molécula: Unión de dos o + átomos - Homogénea: átomos del mismo tipo (gas oxigeno) Heterogénea: átomos de diferente tipo (agua) Sustancia compuesta: - Formada por 2 o + elementos químicos Se puede separar mediante reacciones químicas Su parte mas pequeña es una molécula heterogénea 1.1.Enlaces químicos Enlace químico: Unión entre átomos, moléculas e iones • - Enlace IÓNICO: unión entre átomos (uno capta electrones del otro). Se generan oniones y cationes (uniones eléctricas) formando red cristalina Unión entre: electronegativos (No metálicos) , Electropositivos (metálicos) • Enlace COVALENTE: Entre átomos que comparten electronos Electronegatividad elevada Enlace muy fuerte - ➢ M.APOLARES: Átomos con electronegatividad similar (O, H, hidrocarbro) Sin carga eléctrica ➢ M.POLARES : Unos átomos atraen hacia si más electrones (H2O, NH3). Polo positivo y negativo • • Enlace de HIDRÓGENO: átomos de H unidos a elementos muy electronegativos (O,N,F). Puede ser intermolecular H2O. Intramolecular entre grupos -NH- y -COde una misma proteína Enlace FUERZA DE VAN DER WALLS: Distribución electrónica se vuelve asimétrica durante algunos momentos (dipolos instantáneos) 2.Los seres vivos están constituidos por bioelementos Bioelementos: Elementos químicos que constituyen la materia viva. Bioelementos PRIMARIOS: Indispensables → Formación biomoléculas que constituyen los seres vivos. ( C, H, O, N, P, S → 96,2 % materia orgánica) Bioelementos SECUNDARIOS: NO son básicos para la formación de biomoléculas orgánicas. - Indispensables: Indispensables para la vida de la célula (Ce , Mg, Na, Fe, CI, I) Variables: NO en todos los organismos (Br, Zn, Ti) Otra forma de clasificar por su proporción: - Oligoelementos: Indispensables para la vida (menos del 0.1% del peso de la materia) Bioelementos plásticos: + del 99% del peso de la materia. (C, H, O, N, S, P, Na, K, Mg, Cl, Nc) *Biomoléculas: Glúcidos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos 2.1. Características de los Bioelementos Primarios - Biomasa con altos porcentaje de H,O Materia viva constituida por agua: 65% (terrestres) , 90% (acuáticos) Todas las reacciones químicas en seres vivos se llevan a cabo en medio acuoso La vida no se formó por los elementos + abundantes, sino los que tenían características químicas capaces de construirla ( C, H, O , N, P, S) Masa átomica relativamente pequeña: Favorece la formación de enlaces covalentes estables 2.2.Propiedades y funciones de los bioelementos Bioelementos PRIMARIOS: ➢ CARBONO E HIDRÓGENO: - Únicos elementos indispensables para construir la materia viva - 4 electrones periféricos del C permiten formar enlaces covalentes apolares con otro C, I, H (largas cadenas hidrocarbonadas estables) - Moléculas formadas por solo C , H algunos lípidos son apolares (insolubles H2O) - Cadenas hidrocarbonadas con diferentes tipos de enlaces: se pueden replegar, adquirir una estructura tridimensional (necesaria para su función) - En seres vivos permiten obtener materia para formar materia y energía - Las cadenas hidrocarbonadas permiten al ADN contener la información y pasarla ➢ OXÍGENO, NITROGENO, AZUFRE Y FOSFORO - Elementos electronegativos → (enlace covalente) Con H y entre si → Moléculas dipolares - Cuando se añade grupos polares (-SH, -OH) a las cadenas hc pueden presentar cierta polaridad y ser solubles en agua (permite todas las reacciones químicas) OXÍGENO: - - Es el más electronegatividad Enlazado con el H → genera polos eléctricos forma radicales polares (solubles H2O ) alcohol (-OH), Aldehído (-CHO) , Ácido carboxilo (-COOH) NITRÓGENO: grupos amino(- NH2) de aminoácidos y vasos nitrogenados AZUFRE: radical Sulfhidrilo (-SH) muchas proteínas. Forman enlaces que mantienen la estructura de las proteínas FÓSFORO: grupos fosfato del ATP (almacena energía química en los enlaces) Bioelementos SECUNDARIOS: - - Na, K, Cl: Disueltos formando iones. Muy abundantes en el medio interno y en las células. Mantienen el grado de salinidad y el equilibrio de las cargas eléctricas. Ca: Formando esqueletos. En forma de ión interviene en la contracción muscular. Mg: Componentes de muchas enzimas y de la clorofila. *Oligoelementos esenciales: Boro, Cromo, Flúor, Manganeso, Níquel, Selenio, Yodo Cobalto: componente central de la vitamina B Hierro: forma parte de la molécula de la hemoglobina y la cadena respiratoria Silicio: sus funciones están en el metabolismo óseo y en la piel Vanadio: imita y potencia la actividad de la insulina Zinc: interviene en el metabolismo de las proteínas y ácidos nucleicos *Grupos funcionales y biomoléculas − − − − Glúcidos: -OH, -CO, -CHO Lípidos: -COOH A. Nucleicos: Grupo fosfato Proteínas: NH2, COOH 3.Los principios inmediatos o biomoléculas constituyen la materia viva TIPOS DE MOLÉCULAS QUE APARECEN EN LOS SERES VIVOS O molecular N molecular SIMPLES INORGÁNICAS COMPUESTAS ORGÁNICAS H2O, CO2, Sales minerales Glúcidos: constituidos x H2O Lípidos: …. CHO Proteínas: … por C, H, O, N, S A.Nucléicos: … C, H, O, N, P ,S 4.El agua es fundamental para las reacciones que permiten la vida − sustancia química + abundante en la materia viva − relación entre el contenido en H2O y la actividad fisiológica de un organismo − EL H2O se puede encontrar de 3 formas: ➢ AGUA CIRCULANTE: sangre y savia (8%) ➢ AGUA INTERSTICIAL: Agua entre las células, puede estar unida a la sustancia intracelular (agua de ambición), (tejido conjutivo) 15% ➢ AGUA INTRACELULAR: Se encuentra en el citosol y en el interior de los órganos celulares 40% *Agua metabólica: − Combustión glucosa: proceso que ocurre en la respiración celular − C6 H12 O6 + 602 → 6CO – 6H2O Comportamiento líquido del agua - Seres vivos necesitan agua líquida Mantiene su estado líquido en unos márgenes de temperatura muy amplios Permite la presencia de formas vivas en ambientes con Tª anuales extremadamente diferentes Gracias a su estructura química Estructura del agua - El átomo de O (-) atrae a los electrones que comparten con el H (+) Molécula con dos covalentes polares (H2O es dipolar) Una molécula de H2O líquida forma puertos de H con otras moléculas de H20. Puentes de hidrogeno en la molécula H2O - El H2O a temperatura ambiente es líquido (al contrario de otras moléculas de masa similar) Se debe a que las moléculas son dipolos y establecen puentes de H ( hasta 9) Esto hace que se formen otras masas moleculares y el agua se comporta como un liquido Estas agrupaciones duran fracciones de segundo Le dan al agua todas las propiedades de fluido 4.1.Propiedades del agua El agua presenta las siguientes propiedades físico- químicas: 1.elevada fuerza de cohesión entre moléculas: − − − − − − Gracias a enlaces de H Idóneo para dar volumen a las células Provocar turgencia en plantas Construir esqueletos hidrostáticos de los analidos, pólipos… Explica del ascenso de la savia por los capilares Capilaridad: depende de k cohesión y adhesión 2.Elevada tensión superficial: − Su superficie opone gran resistencia o recompensa − Gracias a k elevada fuerza de cohesión − Asocia a organismos a vivir en esta película 3.Elevado calor especifico: − − − − la temperatura de un organismo es la agitación de sus moléculas El H2O forma polímeros, hace falta romper muchos puertos de H Para aumentar la temper. Del H20 hace falta altas Tª s El H2O es un buen estabilizador térmico de los cambios bruscos de Tª *CALOR ESPECÍFICO: calor necesario para aumentar la temperatura de una unidad de masa en un Cº. Depende del calor inicial de esa sustancia. 4.Elevado calor de vaporación: − Estado liquido (romper puentes de H, Requiere mucha energía)→ estado gaseoso − el agua que se vapora es buen refrigerante del organismo (evaporación del sudor) 5.Densidad más alta en estado líquido que en sólido: − Implica que el hielo flote sobre el agua líquida − Forma una capa superficial (termoaislante) − Posibilita la vida debajo ( ríos, lagos, mares) • ¿A qué se debe esto? En el hielo los puertos de H se fijan las moléculas en una red cristalina, las moléculas en la red son más espaciadas que en el agua líquida, el hielo por lo tanto es menos denso. 6.Elevado poder disolvente − El H2O al ser dipolar disolverá: compuestos covalentes polares (glucos), compuestos iónicos (sales minerales) − El proceso de disolución consiste en que las moléculas de H2O se disponen alrededor de los grupos polares del soluto. − En compuestos iónicos (sales min Na Ci ) consigue separar iones de cationes y rodearlos (solvatación o hidratación iónica) − Dispersa moléculas ANFIPÁTICAS: extremo polar (hidrófilo), extremo apolar (hidrofóbico) 7.Bajo nivel de ionización − De cada 10.000.000 de moléculas de H2O , 1 está ionizada - Debido a los bajos niveles de H y OH , si añadimos un acido H o una base OH , aunque sea poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. 4.2.Funciones del agua en los seres vivos a. Función disolvente y transporte Su capacidad de disolución permite: − Ser el medio de transporte de las sustancias +el medio de casi todas las reacciones biológicas (digestión de alimentos y distribución de los nutrientes) b.funcion bioquímica: El H2O interviene en numerosas reacciones químicas: − Hidrolisis (rotura de enlaces con la intervención del agua) − Digestión de alimentos − Fotosíntesis…. c.Función estructural: − Volumen y forma de las células sin pared se debe a la presión que ejerce el agua interna − La perdida de agua en las células puede provocar que se arruguen incluso que se rompan − En caso de absorber muchas agua puedes explotar y morir d.función de amortiguador mecánico las bolsas de liquido sinovial de las articulaciones de vertebrados evitan el rozamiento entre los huesos e. función termo-reguladora: Al tener elevado calor especifico y elevado calor de vaporización los animales (cuando sudan: expulsan agua que al evaporarse toma el calor del cuerpo y este se enfría) CONCEPTOS BASICOS Ph: Coeficiente que indica el grado de acidez o basicidad de una disolución Ácido: desprenden H+ para que al reaccionar con el H2O formen H3O+( oxonios) Bases: Captan H+ y darán moléculas de H2O (OH-) SOLUCIÓN TAMPON: - Los tampones son disoluciones formadas por un ácido débil y una base débil y sus bases conjugadas Su importancia radica en que gracias a ellas no se producen importantes modificaciones del Ph en el lugar donde se encuentran - “Al añadir H” se coge + , vuelve a ser ácido acético Si añadimos un ácido a una base a una disolución tampon, apenas varía, pq los H+ (procedentes de la disociación del ácido) reaccionan con la sal del tampon presente en la disolución 5. Las sales minerales se pueden encontrar precipitadas o disueltas SALES MINERALES PRECIPITADAS - Constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esqueléticas Ejemplos: - - Carbonato calcico (caparazon molusco) Fosfato: calcico y carbonato calcico + colageno → forman huesos Silico: exoesqueleto de las diatomicas SALES MINERALES DISUELTAS Cuando se disuelven dan lugar a cationes y aniones - Aniones: -HCO3, -3HCO3 Cationes: N+, K+, Cc++, Ms++ ¿Para que utilizan las células estos iones? - Mantener el grado de salinidad y ph Los líquidos biológicos mantienen su ph pese a la adición (ácidos, basos) EFECTO TAMPON: (explicación) como por ejemplo: Buffor Iones Antagónicos: aquellos que ejercen funciones contrarias K+: Aumenta la turgencia Ca +2: disminuye la turgencia Medio interno presenta concentraciones iónicas constantes Una variación en ellas provoca alteraciones de: Permeabilidad, exitabilidad, contractibilidad de las células 6.Las disoluciones verdadera están formadas por cristaloides En los fluidos de los organismos aparecen: solutos (moléculas dispersas) y agua (fase dispersante) Los solutos pueden ser: - BAJA MASA MOLECULAR O CRISTALOIDES: Cloruro, Sodio, glucosa ELEVADA MASA MOLECULAR: Coloides (H2O+solutos de elevado peso molecular) DISOLUCIONES VERDADERAS: Son dispersiones de solutos de baja masa molecular. 6.1Difusion - repartición homogénea de un fluido (gas o líquido) en el seno de otro fluido al ponerlos en contacto. es proceso es debido al movimiento constante en que se encuentran las partículas de los líquidos y los gases. Ejemplo - Absorción de O2 por paree te del agua - Humificación del aire: entrada de moléculas de vapor de H2O en el aire. 6.2 Ósmosis - Paso del disolvente a través de una membrana semipermeable. El disolvente: Desde la más diluida—> Más concentrada número de choques contra la membrana en el lado más diluido. PRESIÓN OSMOTICA: impulso del agua hacia la disolución más concentrada. 6.3 Estabilidad del grado de acidez o ph TAMPON FOSFATO TAMPON BICARBONATO EL AGUA La molécula de agua tiene una estructura determinada que le permite tener una serie de características y funciones concretas. El agua o H2O está formada por enlaces covalente entre el átomo de O (Electronegativo) que tres hacia el los electrones de dos hidrógenos (electropositivos) fuertemente a una distancia de 0,96 A y formando un ángulo de 105°. A estos enlaces se añaden que las moléculas de H2O pueden formar puentes de hidrógeno entre sí, ya que son polares, formando unas estructuras que le permiten tener las propiedades de un líquido. El agua posee una serie de características: -elevada fuerza de cohesión, que gracias a los puentes de hidrógeno que ejercen como estructuras biológicas y junto a la adhesión a la capilaridad. -Tensión superficial, debido a los puentes de hidrógeno se forma como una red que genera fuerzas contrarias y asocia organismos a vivir aquí. -Elevado calor específico, gracias a sus puentes de hidrógeno, el Estado requiere mucha energía por tanto está presente en un margen amplio de temperatura que facilita la vida en un rango de temperatura muy amplio. podemos decir por esto que es un buen amortiguador térmico. -Densidad más alta en líquido que en sólido facilitando la formación de una capa superficial, por tanto flota en estado sólido, permitiendo que haya vida debajo. Esto es debido a la estructura del agua que al congelarse fija las moléculas formando estructuras más espaciada que las del agua líquida. - Elevado poder disolvente que al ser una molécula polar disolver a compuestos polares y iónicos. Esto consiste en rodear el soluto y separarlo. -Elevado calor de vaporización requiere mucha energía para romper los puentes de hidrógeno pero es un buen refrigerante. -bajo nivel de ionización solo uno de cada 10 millones de moléculas de H2O está en forma de ion, por eso al añadir un ácido o una base los niveles se disparan, variando mucho su pH. Entre las funciones del agua destacamos: − − función de disolvente y transporte, a demás, es el medio de todas las reacciones químicas. Función biomecánica el H2O lleva a cabo casi toda la reacciones químicas (Hidrólisis, fotosíntesis, digestión alimentaría)
