Agua1011
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21 de septiembre de 2010
Explica por qué el agua es una molécula polar y razona por qué es un buen disolvente y trasportador en los seres vivos.
Explica cómo es la estructura del agua valiéndote de un dibujo (tetraedro pag 32,33).
Explica por qué se produce una distribución de cargas asimétricas en la molécula 8la mayor electronegatividad del oxígeno) y
por qué esto produce atracciones débiles entre moléculas de agua (puentes de hidrógeno). Haz un esquema de la red cristalina pág
33) .
Esto hace que la fuerza de cohesión entre moléculas de agua es muy fuerte y provoca dos funciones importantes:
Explica por qué el agua es un buen disolvente ( en compuesto iónicos, polares y su función con los
hidrofóbicos: ¿por qué se forman bicapas lipídicas con lípidos).
Explica por qué es un buen termorregulador: indica el concepto de calor específico del agua. Por
qué se produce. La importancia de esto en los seres vivos: necesidad de temperatura estable por desnaturalización de
proteínas (puedes explicar el proceso).
1. BIOELEMENTOS: Concepto y
Clasificación.
Observa el siguiente gráfico:
¿Cuáles son los elementos más frecuentes en los seres vivos?
¿Y en la corteza terrestre?
¿por qué crees que es así?.
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TEMA 1. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS. Biología. 2º bachillerato. IES LLERENA.21 de septiembre de 2010
Enlaces intermoleculares:
a. Enlace de hidrógeno. Se produce en las moléculas dipolares, como por ejemplo el agua.
b. Enlace por fuerzas de Van der Waals. Se produce en moléculas apolares en las que aparecen atracciones electrostáticas
debido a que en determinadados instantes la distribución de la carga se vuelve asimétrica.
Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total. Son
indispensables para la formación de biomoléculas orgánicas; glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos). Y se encuentran en todos los seres vivos.
Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos para ser los componentes mayoritarios de
los seres vivos son las siguientes:
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1. Aunque no son los más abundantes, todos ellos se encuentran con facilidad en las capas más
externas de la Tierra (corteza, atmósfera e hidrosfera).
2. Todos tienen sus capas electrónicas externas incompletas. Esto hace que formen ENLACES
COVALENTES, compartiendo electrones y dan por tanto lugar a que las MOLÉCULAS FORMADOS
POR ELLOS SEAN ESTABLES. Recuerda. Se forma cuando dos átomos tienen electronegatividad alta
y similar. En este caso comparten electrones. Es un enlace muy fuerte
3. Son los elementos MÁS LIGEROS (con menor número atómico) CON CAPACIDAD DE
FORMAR ENLACE COVALENTE, por lo que dichos enlaces son muy estables, puesto que los
electrones compartidos en la formación de los enlaces se hallan próximos al núcleo y las moléculas
originadas son estables. Además permite construir seres vivos que no sean muy pesados.
4. Dado que el oxígeno y el nitrógeno son muy electronegativos (atraen fuertemente a los
electrones de su corteza ) las BIOMOLÉCULAS FORMADAS POR ELLOS SON POLARES Y
SOLUBLES EN AGUA. Dado que el agua también es dipolar, estos compuestos se disuelven bien en
ellas y este es un requisito esencial para que tengan lugar las reacciones biológicas.
5. Los bioelementos mayoritarios pueden incorporarse fácilmente a los seres vivos desde el medio
externo, ya que se encuentran en las moléculas que pueden ser captadas de manera sencilla, estables,
solubles.. (CO2, H2O...)
6. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno,
etc., permite la formación de una gran variedad de grupos funcionales esenciales para las
reacciones químicas.
Entre los bioelementos, el CARBONO desempeña un papel fundamental. Tiene cuatro electrones
desapareados en su capa externa, lo que le permiten formar
cuatro enlaces covalentes dirigidos hacia los vértices de un
hipotético tetraedro.
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estructuras tridimensionales diferentes .Los enlaces carbono- carbono permiten formar estructura
lineares, cíclicas y tridimensionales. Esta conformación espacial es responsable de la actividad
biológica de muchas biomoléculas, por ejemplo las proteínas y los ácidos nucleicos (si una proteína
se desnaturaliza, pierde su forma y entonces pierde su función). Además esto determina la gran
variabilidad de moléuclas orgánicas que existen y también de sus funciones biológicas.
• Además los átomos de carbono establecen fácilmente enlaces con el H, O, N y S. Esto permite
introducir en las moléculas orgánicas diferentes grupos funcionales (alcohol, aldehído, cetona…), es
decir, grupos de átomos que confieren propiedades concretas a las moléculas que los poseen.
• Los enlaces covalentes formados por el átomo de carbono, tanto consigo mismo como con otros
elementos, son suficiente para formar moléculas estables, pero a la vez son relativamente débiles, tanto
como para romperse con relativa facilidad al añadirle energía, lo cual es muy importante para que puedan
llevarse a cabo las reacciones bioquímicas del metabolismo.
El hidrógeno es el otro elemento que resulta indispensable para formar la materia orgánica. El único
electrón que posee el átomo de hidrógeno le permite formar un enlace con cualquiera de los otros
bioelementos primarios. Entre el hidrógeno y el carbono se forma un enlace covalente apolar lo
suficientemente fuerte como para ser estable, pero no tanto como para impedir su rotura, y posibilitar así
la síntesis de otras moléculas.
El oxígeno es el bioelemento primario más electronegativo. Por ello cuando se enlaza con el hidrógeno
atrae hacia sí el único electrón del hidrógeno originándose polos eléctricos. Debido a esto, los radicales –
OH, -CHO y –COOH son radicales polares. Si éstos sustituyen a algunos hidrógenos de una cadena de
carbono e hidrógenos, pueden dar lugar a moléculas polares que son solubles en líquidos polares como el
agua.
El nitrógeno, al igual que el carbono y el azufre, presenta una gran facilidad para formar compuestos
tanto con el hidrógeno como con el oxígeno. Principalmente se encuentra formando grupos amino (-NH2) de
los aminoácidos (moléculas que constituyen las proteínas) y las bases nitrogenadas, que son los
componentes de los ácidos nucleicos.
El azufre, básicamente se encuentra en forma de radical sulfhidrilo (-SH) en determinados
aminoácidos. Está en alta proporción en la queratina y forma algunos coenzimas.
El fósforo permite establecer enlaces ricos en energía. Interviene en la constitución de los ácidos
nucleicos (ADN y ARN), de los fosfolípidos de la membrana plasmática y de los huesos de los vertebrados.
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• El calcio, en forma de carbonato (CaCO3), da lugar a los caparazones de los moluscos y a los esqueletos
de otros muchos animales y, como ión (Ca+2), actúa en muchas reacciones, como los mecanismos de la
contracción muscular, la permeabilidad de las membranas celulares, la coagulación de la sangre, etc.
• El magnesio es un componente de muchas enzimas y del pigmento clorofila. También interviene en la
síntesis y degradación del ATP, en la replicación del ADN, en la síntesis del ARN, etc.
Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas
Azufre
sustancias como el Coenzima A
Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras
Fósforo moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los
fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en
Magnesio
muchas reacciones químicas del organismo.
Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción
Calcio
muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción
Potasio
muscular
Cloro Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial
c) OLIGOELEMENTOS
Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma
vestigial ( en total la suma de todos representa el 0,1% del organismo), pero que son indispensables para el
desarrollo armónico del organismo y su carencia puede provocar la muerte. Muchos de ellos son indispensables
para el funcionamiento de las enzimas y de proteínas.
Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse
comunes para casi todos,
Se clasifican en;
∗ OLIGOELEMENTOS ESENCIALES PARA TODOS LOS SERES VIVOS. Son cinco y se encuentran en
todos los seres vivos.: Hierro, manganeso, cobre, cobalto y Zinc
∗ OLIGOELEMENTOS NO ESENCIALES EN TODOS LOS ORGANISMOS. Son 65 y son esenciales
para unos seres vivos y para otros no. Entre ellos: Flúor, yodo, Silicio, vanadio, cromo, molibdeno,
estaño, litio....
Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos
Hierro
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. Su carencia está relacionada con la caries.
Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina . u carencia produce anemia.
Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, en las uñas, el cabello y , endurece tejidos vegetales como en las
Silicio
gramíneas.
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Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Su ausencia en el agua produce un aumento
Cromo
de la diabetes juvenil.. Protege de la arteriosclerosis y enfermedades coronarias.
Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. Es un estabilizador del estado de ánimo En dosis
Litio
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.
b) EL AGUA.
El agua es la molécula que se encuentra en mayor proporción en todos los seres vivos (entre un 50% y
un 95% de su peso). Esta agua se encuentra dentro de las células (40%), en el líquido extracelular
(15%) y en los líquidos circulantes (8%).
La cantidad de agua presente en los seres vivos depende de tres factores:
La especie de la que se trate. Los organismos acuáticos contienen un porcentaje muy elevado
de agua (hasta un 99%), mientras que las especies adaptadas a zonas desérticas contienen menos agua.
La edad del individuo. Los organismos jóvenes presentan una proporción de agua mayor que los
individuos de más edad.
Tipo de tejido u órgano. Dado que las reacciones biológicas se llevan a cabo en un medio
acuosos, los tejidos con una gran actividad bioquímica contienen una proporción de agua mayor que los
más pasivos. En cambio las estructuras esqueléticas animales tienen menos agua.
Importancia cualitativa:
El agua EN ESTADO LÍQUIDO fue el soporte donde surgió la vida y dónde se desarrollan los
procesos biológicos.
La evolución ha venido condicionada por la necesidad de los seres vivos de mantener un entorno
acuoso (medio interno): La conquista del medio terrestre sólo fue posible cuando algunos organismos
consiguieron retener agua en su interior.
“El agua es el líquido de la vida”. El elevado contenido en agua de los seres vivos pone de manifiesto
la importancia de las FUNCIONES que desempeña en ellos, las cuales derivan de sus
PROPIEDADES FÍSICO- QUÍMICAS y estas, as u vez de SU ESTRUCTURA QUÍMICA.
FUNCIONES
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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 (puesto que en su núcleo hay 8 protones-
ocho cargas positivas-, mientras que en el del oxígeno sólo 1) 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 del enlace:
Los electrones del enlace se sienten más atraídos por el
núcleo del oxígeno y se acercan a él, creándose una densidad de
carga negativa (-0,82) alrededor de él,
Mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos,
desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por
tanto, una densidad de carga positiva (+0,42)
Este hecho convierte a la molécula de agua- aunque neutra- en una
MOLÉCULA POLAR. Por eso en la práctica la molécula de agua se
comporta como UN DIPOLO .
La polaridad del enlace O-H de la molécula de agua tiene una consecuencia importante: los dipolos
permanentes del agua se atraen entre ellos.
Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua: 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. Esta atracción se denomina
PUENTE O ENLACE DE HIDRÓGENO. Es un enlace débil, que solo representa el 5% de la fuerza de un
enlace covalente y su tiempo de vida es muy breve. Los enlaces se forman y
rompen continuamente lo que hace que el agua tenga una alta cohesión interna.
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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 (el agua es líquida a temperatura ambiente, tiene un
alto calor específico….). Una molécula de agua puede formar un máximo de cuatro puentes de
hidrógeno con otras tantas moléculas, esto sucede en el hielo.
También se pueden formar puentes de hidrógeno entre el agua y otras moléculas polares distintas
(alcoholes, aminas, etc)
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una red más abierta que la del agua líquida. Esto hace que el hielo sea menos denso que el agua y
flote sobre ella.
Esta propiedad provoca la FUNCIÓN protectora del agua en la naturaleza, ya que que cuando se
congelan los ríos y lagos durante el invierno puede haber vida en su interior pues la capa de hielo
actúa como aislante.
Es el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. Dado que las moléculas
deben de encontrarse disueltas para reaccionar entre sí el agua desempeña un papel
fundamental como medio donde tienen lugar las reacciones bioquímicas.
Sistema de transporte en los seres vivos, puesto que es capaz de disolver la
mayoría de las sustancias biológicas.
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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.( 0,0000001 M)
Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y
así definió pH COMO EL LOGARITMO CAMBIADO DE SIGNO DE LA CONCENTRACIÓN DE
HIDROGENIONES.
Según esto, las disoluciones pueden ser:
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1. FUNCIÓN DISOLVENTE: Soporte o medio donde ocurren todas las reacciones metabólicas
de los seres vivos Propiedades: _____________________
2. FUNCIÓN TERMORREGULADORA: Propiedades _______________________
3. Transporte de sustancias_______________________
4. FUNCIÓN MECÁNICA AMORTIGUADORA: Lubricante, amortiguadora del roce entre
órganos _____________________
5. FUNCIÓN DE TRANSPORTE: Transporta la sustancias en el interior de animales y plantas.,
Propiedades: _______________________
6. FUNCIÓN ESTRUCTURAL: Da volumen y forma a la célula.
Propiedad______________________
7. FUNCIÓN BIOQUÍMICA: Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo,
aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.______________________________
FUNCIONES OSMÓTICAS.
• ¿Por qué no es bueno regar las plantas con agua salada?
• ¿Qué ocurriría si se inyectara en vena una solución hipotónica con el plasma
sanguíneo.
• Si se eliminara la pared celular de un tejido vegetal por procesos
enzimáticos, las células quedarán con la membrana plasmática únicamente. ¿Se darán fenómenos de turgencia?
¿Qué ocurrirá con las células de un tejido vegetal así tratado?
• Cuando un huevo se cuece es frecuente que se estalle. Para evitarlo, se
suele echar sal al agua de cocción. Explica este hecho.
• La salazón de los alimentos es una técnica de conservación. Explica por qué.
• ¿Por qué no es conveniente echar sal a la carne antes de asarla?
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Todos los medios líquidos biológicos (sangre, plasma...) constituyen disoluciones de sales en agua de cuyo
grado de concentración depende la estabilidad celular y la realización de algunas funciones fundamentales.
La presencia de sales en el medio interno celular es esencial para que se mantenga el volumen
celular y se produzca la entrada y salida de agua a través de la membrana.
Figura 11
Y se entiende por PRESIÓN OSMÓTICA la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a
través de la membrana semipermeable.
Como la membrana plasmática es semipermeable, es necesario mantener una concentración salina dentro
de la célula igual a la del medio externo para que la célula no tenga una ganancia o pérdida neta de agua.
Figura 12
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Describe varios casos en los que los procesos osmóticos sean aprovechados por el ser humano para
la conservación y preparación de alilmentos.¿Por qué el suero que se inyecta a un enfermo tiene un
0,9% de NaCl?
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Los seres vivos no soportan variaciones de pH, puesto que altera la estructura y función de
proteínas y ácidos nucleicos. En concreto, influyen decisivamente en la actividad de las enzimas, donde un
cambio de pH puede cambiar las cargas de su molécula, romper enlaces débiles, cambiar su forma y hacer
que pierda su función. Este proceso se conoce con el nombre de desnaturalización. ¿Has probado a añadir
limón a la leche? ¿Qué ocurre?
En las reacciones bioquímicas se liberan con frecuencia pequeñas cantidades de H+, lo que provoca
una acidificación del medio. Para evitar esto los seres vivos han desarrollado los SISTEMAS TAMPÓN,
que amortiguan los cambios de pH, cuando se añaden cantidades moderadas de H+ u OH-.
Un SISTEMA TAMPÓN está formado por un ácido débil y su base conjugada que actúan como dador y
aceptor de H+ respectivamente. Las PROTEÍNAS Y ALGUNAS SALES SON TAMPONES
BIOLÓGICOS (ej, tampón carbonato-bicarbonato (mantiene el pH de los líquidos internos y monofosfato-
bifosfato (que mantiene el pH del interior de la célula.).
El CO2 se expulsa
por los pulmones o
se recoge de ellos.
Si aumenta la concentración de hidrogeniones (H+) en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio
se desplaza a la derecha y se elimina al exterior a través de los pulmones 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 y se sueltan los H+ al medio celular.
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PREGUNTAS SELECTIVIDAD:
Junio 98 Defina los siguientes términos: oligoelemento…..
Explicar el carácter dipolar de la molécula de agua. Relacionar este carácter con
dos propiedades físico aquimicas. Explica la estructura del agua y a partir de ella su
Junio 2000 caracter dipolar y la unión de las moléculas por puentes de hidrógeno (alta fuerza de cohesión).
Presenta dos propiedades físico químicas: alto calor específico y alta constante dielectrica (por
tanto buen disolvente), explica a qué se deben estas propiedades . Dos funciones:
termorregulación (explica por qué) y la importancia para los seres vivos de esta función.
Para pensar......
Preguntas selectividad.
Junio 98 Op B,1 Define:oligoelemento, ósmosis, desnaturalización y heteroproteína. Fácil.
Apuntes.
Sep 98. Op B,1 Explicar el carácter dipolar de la molécula de agua. Relacionar este carácter con
dos propiedades físico químicas y dos funciones biológicas derivadas de ellas
Explica la estructura del agua y a partir de ella su caracter dipolar y la unión de las
moléculas por puentes de hidrógeno (alta fuerza de cohesión). Presenta dos propiedades
físico químicas: alto calor específico y alta constante dielectrica (por tanto buen
disolvente), explica a qué se deben estas propiedades . Dos funciones: termorregulación
(explica por qué) y la importancia para los seres vivos de esta función.
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Y otra función : Medio de trasmporte en los seres vivos, puesto que es el disolvente de la mayoría de los
compuestos org´anicos.
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