1

TEMA 1. A MATERIA DOS SERES VIVOS. OS COMPOSTOS INORGÁNICOS

1.-ENLACES QUÍMICOS

A unión entre átomos, moléculas ou ións denomínase enlace químico. Na materia viva, os principais tipos

de enlaces son: o enlace iónico, o enlace covalente, o enlace de hidróxeno e as forzas de Van der Waals.

1.1. ENLACE IÓNICO

Os átomos tenden a ter 8 electróns no seu último orbital, isto é, tenden a acadar a configuración de gas nobre.

Para conseguilo, uns átomos perden electróns e outros cáptanos.

O enlace iónico é a unión entre átomos que teñen distinta electronegatividade, onde un dos átomos capta

electróns do outro. Os átomos que tenden a captar electróns son os electronegativos e os que tenden a

perdelos son os electropositivos. Xéranse así anións e catións que quedan unidos por unha atracción

eléctrica, formando unha rede cristalina.

Por exemplo, o enlace iónico do NaCl: o átomo de cloro ten 7 electróns na súa capa de valencia e ó aceptar 1

electrón do sodio, o cloro transfórmase nun anión (con 8 electróns na súa capa de valencia) e o sodio nun

catión (con 8 electróns na capa de valencia), quedando deste xeito unidos.

1.2. ENLACE COVALENTE

O enlace covalente é un enlace moi forte, que se dá entre átomos pola compartición de dous ou máis

electróns co obxecto de conseguir ter 8 electróns na súa capa de valencia e así formar unha molécula estable.

Diferenciamos entre:

-Enlace covalente apolar: os átomos que se unen teñen electronegatividade idéntica ou similar, por exemplo

O2, N2, CH4, etc.

-Enlace covalente polar: os átomos que se unen teñen electronegatividades diferentes, por exemplo H2O.

1.3. ENLACE DE HIDRÓXENO OU PONTE DE HIDRÓXENO

Enlace moi débil que se establece entre os átomos de hidróxeno e elementos moi electronegativos como o

osíxeno, o nitróxeno ou o flúor.

Xeralmente falamos do enlace de hidróxeno como unha forza intermolecular (atraccións entre diferentes

moléculas, como acontece entre as moléculas da auga ), pero tamén pode ser intramolecular (como sucede

entre os grupos -NH e -CO dunha mesma proteína).

2

Enlace covalente (forza intramolecular) entre os átomos de

hidróxeno e osíxeno que forman parte dunha mesma

molécula de auga. Enlace de hidróxeno entre dúas

moléculas de auga diferentes (forza intermolecular).

1.4. ENLACE POR FORZAS DE VAN DER WAALS

Son forzas atractivas ou repulsivas moi débiles, que se establecen entre moléculas (forzas intermoleculares)

ou entre partes dunha mesma molécula.

Son o resultado das forzas de atracción e de repulsión que se establecen ó acercarse os átomos. Estas forzas

débense a que cada átomo posúe unha nube electrónica que pode flutuar, creando desta maneira dipolos

temporais. Estes dipolos transitorios provocan unha atracción electrostática débil: as forzas de Van der

Waals.

Poden darse 3 tipos de forzas de Van der Waals: entre 2 moléculas polares, entre unha molécula polar e outra

non polar ou entre 2 moléculas non polares.

2- OS BIOELEMENTOS

Os bioelementos ou elementos bioxénicos son os elementos químicos que forman parte dos seres vivos.

Segundo a súa abundancia divídense en:

- Bioelementos primarios: atópanse en tódolos seres vivos e constitúen aproximadamente o 95% da materia

viva. Son seis: C, H, O, N, S e P. Son indispensables para a formación das biomoléculas.

- Bioelementos secundarios: atópanse en tódolos seres vivos pero en menor cantidade que os anteriores. Son

o Ca, Na, K, Mg e Cl. Desempeñan funcións vitais na fisioloxía celular.

- Oligoelementos: atópanse en proporcións inferiores ao 0,1%, e requírense soamente nestas cantidades

mínimas; en efecto a súa ausencia provoca enfermidades e un aumento do seu contido adoita provocar

intoxicacións. Hai 2 grupos de oligoelementos:

Oligoelementos esenciais. Aparecen en tódolos seres vivos, como o Fe, Mn, Cu, Zn, Co,…

O resto de oligoelementos coma o Si, Al, Cr, Mo,… só están presentes nalgúns tipos de

organismos.

3- BIOMOLÉCULAS OU PRINCIPIOS INMEDIATOS

Están formados pola combinación dos bioelementos.

Trátase de substancias que se obteñen dos organismos de forma inmediata cando se aplican técnicas de

análise física e constitúen os principios moleculares cos que se constrúe a organización dos seres vivos.

Clasifícanse en:

1- Simples: cando están formadas por átomos iguais. Exemplo: O2.

3

2- Compostas: cando están formadas por átomos diferentes. Estas á súa vez clasifícanse en:

2.1. Orgánicas: constituídas por polímeros de carbono: glícidos, lípidos, proteínas e ácidos

nucleicos. Son biomoléculas exclusivas dos seres vivos.

2.2. Inorgánicas: non constituídas por polímeros de carbono: auga, sales minerais, CO2. Non son

exclusivas dos seres vivos.

4- A AUGA

A auga é a substancia química máis abundante na materia viva, constituíndo entre o 50% e o 95% do seu

peso.

A cantidade de auga dun organismo depende, basicamente, de tres factores:

1- A especie: en xeral, as especies acuáticas posúen unha maior proporción de auga que as terrestres.

Exemplo: medusas (95%), embrión humano (94%), home (63%).

2- A idade: nos individuos novos existe maior cantidade de auga que nos adultos.

3- O órgano e o tecido: a maior actividade metabólica, maior proporción de auga. Exemplo: tecido

nervioso (85%) e óso (25%).

ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE AUGA

A molécula de auga está formada por 2 átomos de hidróxeno e 1 de osíxeno unidos por enlaces covalentes

simples (cada átomo de hidróxeno dunha

molécula comparte un par de electróns co átomo

de osíxeno).

Os enlaces non se dispoñen en liña recta, senón

formando un ángulo de 104,5˚, é dicir, os

átomos de hidróxeno forman respecto ao osíxeno

un ángulo de 104,5º.

A molécula de auga é electricamente neutra,

pero os seus átomos teñen diferentes valores de

electronegatividade (a electronegatividade é a

capacidade dun átomo de atraer aos electróns). O osíxeno, debido a que é máis electronegativo que o

hidróxeno, atrae con máis forza aos electróns compartidos, por iso, os electróns dos enlaces entre estes dous

átomos están desprazados cara o osíxeno. Este desprazamento dá lugar a unha densidade de carga negativa

sobre o átomo de osíxeno, e os átomos de hidróxeno que quedan desprovistos parcialmente dos seus

electróns manifestan unha densidade de carga positiva. Esta distribución espacial de cargas eléctricas

defínese como momento dipolar, as moléculas de auga compórtanse pois como dipolos.

Debido ao seu carácter polar, as moléculas de auga poden interaccionar entre elas, mediante atraccións

electrostáticas, establecendo enlaces ou pontes de hidróxeno.

Unha molécula de auga pode chegar a formar ata 4 pontes de hidróxeno con outras moléculas: dous por

medio de cada un dos átomos de hidróxeno e outros dous grazas ao seu átomo de osíxeno. Isto fai que na

4

auga se formen grupos de moléculas, co que se alcanzan pesos moleculares elevados e por iso a auga a

temperatura ambiente é líquida.

Estes enlaces de hidróxeno estanse continuamente formando e destruíndo, pois a duración destes enlaces é

menor á millonésima de segundo.

Cando a auga se conxela, estes enlaces fanse permanentes, e a auga adquire unha estrutura cristalina fixa

orixinando unha estrutura reticular aberta que ocupa un maior volume e na cal, as moléculas da auga se

atopan máis separadas que en estado líquido; por iso, a densidade do xeo é menor que a da auga líquida.

En estado de vapor, os enlaces de hidróxeno desaparecen e só hai moléculas de auga libres.

PROPIEDADES DA AUGA E A SÚA RELACIÓN COAS FUNCIÓNS BIOLÓXICAS

As características estruturais da molécula de auga (a súa natureza polar e o seu potencial para formar enlaces

de hidróxeno) son responsables dunha serie de propiedades físico-químicas moi particulares que lles

permiten cumprir importantes funcións nos organismos:

1. Propiedade: Elevada calor específica.

A calor específica é a cantidade de calor que é necesario comunicar a un

gramo dunha sustancia para aumentar a súa temperatura 1ºC.

As moléculas de auga poden absorber gran cantidade de calor sen elevar

notablemente a súa temperatura, xa que parte da enerxía é empregada en

romper os enlaces de hidróxeno.

Función termorreguladora. A función biolóxica que deriva desta

propiedade é que a auga é un bo estabilizador térmico, mantendo a

temperatura do organismo relativamente constante fronte a cambios bruscos de temperatura.

2. Propiedade: Elevada calor de vaporización. Cando a auga pasa de estado líquido a estado gasoso

necesita absorber moita calor para romper todos os enlaces de hidróxeno.

Función refrixerante. Cando a auga se evapora na superficie dun ser vivo, absorbe calor do organismo

actuando como regulador térmico. A suor é un método fisiolóxico de refrixeración baseado nesta propiedade.

3. Propiedade: Elevada forza de cohesión. Líquido practicamente incompresible.

A cohesión é a tendencia da auga a unirse a outras 4 moléculas veciñas por pontes de hidróxeno.

As pontes de hidróxeno aínda que se forman e rompen constantemente, manteñen xuntas ás moléculas de

auga. Esta alta cohesión explica que sexa un líquido incompresible que mantén constante o seu volume aínda

que se apliquen fortes presións.

Función estrutural. A auga é un líquido idóneo para dar volume ás células, turxencia ás plantas e

constituír o esqueleto hidrostático de invertebrados (medusas, anélidos, etc).

4. Propiedade. Elevada tensión superficial. A cohesión tamén explica que a auga teña unha elevada tensión

superficial.

No interior dunha masa de auga as moléculas cohesionan entre si mediante pontes de hidróxeno. Con todo,

as moléculas de auga situadas na superficie unicamente están sometidas á acción das moléculas da auga do

interior do líquido, ao non existir forzas de cohesión coas moléculas do aire. Orixínase desta forma unha

5

forza de atracción neta dirixida cara ao interior do líquido, que se denomina tensión superficial. Isto favorece

que dita superficie opoña resistencia a ser traspasada e orixina unha “película superficial” que actúa como

unha tensa membrana.

Función. Esta propiedade é a causa da maioría das deformacións celulares e dos movementos

citoplasmáticos. Esta propiedade tamén permite que moitos organismos vivan asociados á película

superficial da auga.

5. Propiedade. Elevada forza de adhesión. Capilaridade.

A adhesión é a tendencia das moléculas de auga a formar enlaces por pontes de hidróxeno con outras

moléculas polares.

As moléculas de auga teñen gran capacidade de adherirse ás paredes de condutos de diámetros pequenos,

ascendendo en contra da acción da gravidade; este fenómeno coñécese como capilaridade.

O fenómeno da capilaridade depende tanto da adhesión das moléculas de auga ás paredes dos condutos,

como da cohesión das moléculas de auga entre si.

Función de transporte. Esta propiedade resulta fundamental para o ascenso do zume bruto polos tubos do

xilema nos vexetais.

6. Propiedade: Elevada constante dieléctrica.

A constante dieléctrica indica a forza coa que as moléculas dun disolvente manteñen separados aos ións de

carga oposta, a pesar da atracción que existe entre eles, e que permite que o composto iónico se manteña

disolto.

Ao ser unha molécula dipolar, a auga é un gran medio disolvente de compostos iónicos (sales minerais), e

de compostos covalentes polares (glícidos). O proceso de disolución débese a que as moléculas de auga, ao

ser polares, se dispoñen ao redor dos grupos polares do soluto, chegando a desdobrar aos compostos iónicos

en anións e catións, quedando rodeados por moléculas de auga, é a SOLVATACIÓN IÓNICA. Esta

tendencia da auga a oporse ás atraccións electrostáticas entre ións positivos e negativos vén determinada pola

súa elevada constante dieléctrica.

Función disolvente: a auga é un disolvente case universal, xa que é capaz de disolver gran cantidade de

substancias. A elevada capacidade disolvente da auga permite o transporte de substancias no interior dos

seres vivos e o seu intercambio co medio externo, facilitando o transporte de substancias nutritivas e a

eliminación de produtos de refugallo.

Acción disolvente da auga sobre os compostos iónicos e solvatación dos mesmos.

6

7. Propiedade: Maior densidade en estado líquido que en estado sólido. A auga en estado líquido é máis

densa que en estado sólido. En estado sólido, a auga presenta todos os seus posibles enlaces de hidróxeno (4

por cada molécula) formando un retículo que ocupa maior volume, polo que é menos denso.

Función de illante térmico. Esta propiedade permite a vida acuática en climas fríos, xa que ao descender a

temperatura fórmase unha capa de xeo na superficie, que flota e protexe a auga líquida que queda baixo ela

dos efectos térmicos do exterior, o que permite a supervivencia de moitas especies.

8. Propiedade: Baixo grao de ionización.

A auga pode ionizarse, así unha molécula de auga pode transferir un protón a outra molécula de auga para

dar un ión hidronio (H3O+) e un ión hidroxilo (OH

-).

Na auga líquida existe unha cantidade moi pequena de moléculas ionizadas (disociadas nos seus ións):

H2O → H+ + OH

- (Simplificada)

H2O + H2O → H3O+ + OH

- (Real)

Na auga pura a concentración de ións H3O+ e OH

- é a mesma e igual a 1·10

-7.

Función metabólica: a auga e os seus produtos de disociación interveñen en moitas reaccións bioquímicas,

entre as que cabe destacar: a fotosíntese (onde actúa como fonte de H+ e e

-) e a hidrólise (onde a auga

provoca a rotura dunha molécula nos seus compoñentes).

CONCEPTO DE pH

Cando a auga contén calquera substancia disolta, pode alterarse a concentración de hidroxenións, e entón

utilízanse os termos acidez e alcalinidade.

O grao de acidez ou alcalinidade exprésase mediante a escala de pH que indica a concentración de ións H3O+

en disolución.

pH= – log [H3O+]

Unha disolución acuosa é ácida cando a concentración de hidroxenións é maior a 1·10-7

; é alcalina cando a

concentración de hidroxenións é menor a 1·10-7

e neutra cando é 1·10-7

.

pH = – log [H3O+] = – log 10

-7 = 7 pH = 7 → disolución neutra

pH < 7→ disolución ácida

pH > 7→ disolución alcalina ou básica

En xeral, a vida desenvólvese a valores de pH próximos á neutralidade.Calquera cambio de pH celular pode

ser incompatible coa vida.

Escala do pH

7

5- OS SALES MINERAIS

Os sales minerais son moléculas inorgánicas presentes en tódolos seres vivos que se poden atopar en estado

sólido (precipitadas), disoltas en formas de ións e asociadas a substancias orgánicas.

1- Sales minerais precipitados:

Por ser insolubles constitúen estruturas sólidas con función esquelética. Exemplo: carbonato cálcico (en

cunchas de moluscos, endurece os ósos de vertebrados…), fosfato cálcico…

2- Sales minerais asociados a moléculas orgánicas:

Poden asociarse a proteínas, constituíndo as fosfoproteínas; xunto a lípidos, constituíndo os fosfolípidos e a

glícidos formando o agar.

3- Sales minerais disoltos:

Son os sales minerais solubles en auga; atópanse disociadas nos seus ións:

Ións con carga negativa ou anións: Cl- (cloruros), NO3 (nitratos), CO2

- (carbonatos)…

Ións con carga positiva ou catións: Na+, K

+, Ca

+2, Mg

+2, Fe

+2, Fe

+3…

Entre as funcións que desempeñan os sales minerais ionizadas destacan:

- Manteñen o grao de salinidade nos organismos.

- Regulan os fenómenos osmóticos e con eles o movemento de auga.

- Amortecen os cambios de pH (TAMPÓNS).

- Accións específicas. Exemplo: o Ca+2

participa na contracción muscular; o Na+ e o K

+ no

impulso nervioso…

TAMPÓNS

Existen disolucións amortecedoras dos cambios de pH en tódolos fluídos biolóxicos, debido a que estes

líquidos posúen sales minerais e proteínas disoltas.

As disolucións tampón están compostas por un ácido débil e a súa base conxugada. O ácido débil libera H+ e

neutraliza os OH-. A base ao aceptar H

+ neutralízaos, polo que non se producen cambios de pH nun certo

intervalo.

As máis importantes son:

O sistema tampón fosfato (H2PO4- / HPO4

-2) no medio intracelular e o sistema tampón bicarbonato (HCO3

- /

H2CO3) no medio extracelular.

Exemplo:

Acidifica

H2PO4- → HPO4

-2 + H

+

←

Neutraliza

Se na célula aumentase a acidez, é dicir, a concentración de ións H+, a reacción desprazaríase cara á

esquerda; e si diminuíse, a reacción desprazaríase cara á dereita. Desta forma amortécense as variacións

de acidez.

8

6- DISOLUCIÓNS E DISPERSIÓNS COLOIDAIS

Os líquidos presentes no interior dos seres vivos son dispersións de diversas substancias no seo da auga.

Cando as substancias dispersas son de elevado peso molecular fálase de dispersións coloidais, formadas

principalmente por substancias orgánicas, como as proteínas, os ácidos nucleicos e os polisacáridos. As

dispersións coloidais concentradas reciben o nome de xeles, e as diluídas de soles.

Cando as partículas dispersas son de baixo peso molecular fálase de dispersións moleculares ou disolucións

verdadeiras. Están formadas por sales minerais ou por substancias orgánicas de moléculas pequenas, como

os azucres e os aminoácidos.

As partículas dispersas poden provocar 3 fenómenos en relación co seu movemento no seo de auga: a

difusión, a diálise e a ósmose.

DIFUSIÓN: é o fenómeno polo cal as moléculas de gas, dun líquido ou as substancias disoltas se moven

continuamente en todas as direccións tendendo a distribuírse uniformemente no seo da auga ata ocupar todo

o espazo dispoñible. A difusión pode ocorrer tamén a través dunha membrana se esta é o suficientemente

permeable para que a poidan atravesar as partículas do soluto.

DIÁLISE: é a separación de dous solutos (xeralmente, un coloidal e o

outro molecular) dunha disolución a través dunha membrana cuxa

permeabilidade soamente permite o paso das partículas máis pequenas.

Por este procedemento, na filtración renal elimínanse do plasma

sanguíneo sales e substancias orgánicas de pequeno tamaño molecular e

retéñense proteínas e outras macromoléculas.

A hemodiálise tenta substituír a filtración renal nos individuos nos que

esta funciona defectuosamente, aínda que as membranas artificiais

utilizadas carecen do poder de difusión selectiva que gozan as

membranas celulares. Na hemodiálise sepárase a urea (soluto de baixa

masa molecular), do sangue dos individuos con insuficiencia renal, sen

alterar a concentración das proteínas sanguíneas (partículas de elevada masa molecular).

ÓSMOSE: é o fenómeno polo cal tende a igualarse a concentración de dúas disolucións separadas por unha

membrana semipermeable, que permite o paso das moléculas de auga pero non as de soluto.

A membrana plasmática é unha membrana semipermeable e dá lugar a diferentes respostas fronte á presión

osmótica do medio externo. Se este é isotónico respecto ao medio interno celular, é dicir, ten a mesma

concentración, a célula non se deforma.

Se o medio externo é hipotónico (menos concentrado), a célula incharase por ingreso de auga no seu

interior. Este fenómeno chámase turxencia. As células animais, que carecen de reforzo da parede celular,

poden chegar a rebentar (hemólise).

9

Se o medio externo é hipertónico (máis concentrado), a célula perderá auga e engurrarase, dándose un

fenómeno de plasmólise que acaba coa rotura da membrana. Exemplo: cando aos eritrocitos se lles engade

unha pinga de auga con sal.

As moléculas de auga difunden sempre dende os medios hipotónicos cara aos hipertónicos provocando un

aumento de presión sobre a cara da membrana do compartimento hipotónico denominada presión osmótica.

Os procesos de ósmose explican, entre outras cousas, como as plantas conseguen absorber grandes

cantidades de auga no chan, e por que a auga do mar non calma a sede, xa que, ao estar máis concentrada que

o medio intracelular, provoca a perda de auga nas células.

7. TÉCNICAS INSTRUMENTAIS QUE PERMITEN O ILLAMENTO DE DISTINTAS

MOLÉCULAS

7.1. CENTRIFUGACIÓN

Os diferentes orgánulos celulares e os complexos macromoleculares das dispersións coloidais son estables en

condicións normais; pero, se se someten a fortes campos gravitatorios, pódese conseguir a súa

sedimentación.

As centrifugadoras e ultracentrifugadoras son máquinas empregadas

no laboratorio, nas cales se somete a unha mestura homoxeneizada dun

tecido a unha rotación de elevada velocidade angular, orixinándose unha

forza centrífuga miles de veces maior que a forza da gravidade. Deste

modo, aínda que as masas das distintas partículas sexan moi similares,

conséguese que sedimenten en tempos diferentes, quedando os diversos

compoñentes estratificados no fondo do tubo.

7.2. ELECTROFORESE

A electroforese é unha técnica que permite separar biomoléculas con carga eléctrica (proteínas, ácidos

nucleicos, etc.) dunha mestura cando se ven sometidas a un campo eléctrico.

Cada molécula desprázase cara ao electrodo de polaridade oposta a unha determinada velocidade. A

velocidade das partículas é máis grande canto máis alta é a súa carga eléctrica e canto menor é a súa masa

molecular, é dicir, depende do cociente carga/masa.

10

Exemplo: electroforese dunha proteína.

Adóitanse utilizar xeles, como o xel de

poliacrilamida. A este xel incorpóraselle un

deterxente, que se unirá ás proteínas cargándoas

negativamente. Deste xeito, conséguese que as

proteínas se despracen exclusivamente pola súa

masa. Despois, as proteínas que se queren

separar deposítanse no extremo oposto ao ánodo

(electrodo positivo), e faise pasar unha corrente

continua a través da disolución tampón que

empapa o xel. Posteriormente, tínguese o xel para visualizar as proteínas xa separadas en bandas.