Biología 2º Bachiller

TEMA 1 COMPOSICIÓN DE LA MATERIA VIVA1. BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS. FUNCIONES DE LOS SERES

VIVOS.1.1. BIOELEMENTOS PRIMARIOS.1.2. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Y OLIGOELEMENTOS.

2. EL AGUA.2.1. ESTRUCTURA: ENLACE DE HIDROGENO.2.2. FUNCIONES PRINCIPALES INTERES BIOLOGICO.

2.2.1.DISOLVENTE.2.2.2.TERMORREGULADORA.2.2.3.TRANSPORTE.2.2.4.REACCIONES DE HIDRÓLISIS.

3. LAS SALES MINERALES.3.1. PRINCIPALES FUNCIONES BIOLOGICAS.

3.1.1.REGULACION DEL PH.3.1.2.FENOMENOS OSMOTICOS.3.1.3.CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA.

1. BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS. FUNCIONES DE LOS SERES VIVOS. (Pag 8)

Son aquellos elementos del sistema periódico que forman parte de la materia viva. Aproximadamente unos 60, se exceptúan los que no son estables y los gases nobles. Según su abundancia los grupos se diferencian en Bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos.

1.1. BIOELEMENTOS PRIMARIOS.C, H, O, N, P, S

Que constituyen el 96% de la materia viva. El hecho de que el C, H, O, N, P, S, sean los bioelementos primarios es que se pueden unir entre si mediante enlaces covalentes estables. Pero susceptibles de romperse con relativa facilidad, para dar lugar a otras moléculas.

Carbono: posee 4 electrones en su orbita mas externa, lo que le permite formar cuatro enlaces covalentes muy estables dirigidos a los vértices de un tetraedro. Pueden formar enlaces sencillos, dobles, triples y originar estructuras complejas como cadenas lineales ramificadas y anillos. Al mismo tiempo que se introducen como formaciones tridimensionales en las moléculas, es muy importante esta característica para realizar funciones vitales. La formación de enlaces -C-H, C=O, -C-N-, permite la aparición de muchos grupos funcionales, alcoholes, amidas… con características físico-químicas distintas, que aumentan el número de moléculas orgánicas que se pueden formar. El CO2 es muy estable a temperatura ambiente, soluble en agua lo que le hace útil para la fotosíntesis.

Oxígeno: es un elemento muy electronegativo que capta con avidez los electrones procedentes de otras sustancias. En el proceso de oxidación

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atrae hacia si los electrones del hidrógeno que estaban unidos al carbono o al nitrógeno y se libera el agua y gran cantidad de energía.

Azufre y fósforo: también son electronegativos pero no tanto como el oxígeno y los enlaces formados son menos estables. En el caso del P es importante en la formación de enlaces fosfato del ATP. El P también es importante en la oxidificación, además los ácidos nucléicos contienen P. El azufre en proteínas.

Nitrógeno: forma parte de las proteínas y los ácidos nucléicos.

Hidrógeno: se encuentra en todos los compuestos orgánicos.

1.2. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Y OLIGOELEMENTOS.

Se encuentran en baja proporción, algunos son indispensables porque están en todos los seres vivos: Ca, K, Na, Mg, Cl, Te, Si, Cu, Mn, B, F, I y otro son variables, porque solo están en algunos seres vivos Bi, Zn, Al, Li…

La proporción de los elementos secundarios varía según el individuo considerado. Las funciones de los bioelementos son plásticas, aquellos que forman parte de las estructuras. Y otros pueden también tener otras funciones más específicas, así:

Na, K y Cl: son responsables del equilibrio osmótico.Na y K: intervienen en la transmisión el impulso nervioso.Calcio: forma parte de los esqueletos de muchos seres vivos en forma de CaCO3. En forma de Ca2+ interviniendo en la contracción muscular, coagulación de la sangre, sinapsis y es cofactor de muchas enzimas.Magnesio: forma parte de las moléculas de clorofila, es cofactor de enzimas de la respiración celular y de otros que intervienen en la duplicación del ADN y ARN. Es responsable del equilibrio neuromuscular.

Cuando la proporción es menos de 0,1% se les llama oligoelementos. Como oligoelementos tenemos:

Hierro: forman parte de la molécula de los citocromos, de las flavoproteínas y ferroporfirinas también forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y de algunas vitaminas del grupo B.

Exclusivas de algunos organismos son:

Yodo: forma parte de la hormona del crecimiento, del tiroides.Cobre: intervienen en el transporte. Forma parte de la hemocianina y de muchas oxidasas.Cobalto: imprescindible para la síntesis de vitamina B12. E intervienen en las enzimas que fijan nitrógeno.Fluor: forma parte de los dientes.Silicio: forma parte del caparazón de las diatomeas.

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Litio: actúa sobre los neurotransmisores, influye en el estado del ánimo.

http://www.lenntech.com/periodic-chart.htm?gclid=CPD7oseCjJYCFQyD1QodgxgDEQ

2. EL AGUA.

Biomoléculas: pueden ser inorgánicas (agua, sales minerales y algunos gases como CO2, O2,…) u orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos).Sus funciones son: estructural (proteínas, sales minerales…) cuando forman parte de estructuras, energética (lípidos más concretamente las grasas) biocatalizadores (proteínas). (Pag 9)Agua: es la sustancia más abundante de la materia terrestre. En el hombre aproximadamente es el 63% de su peso, en las algas puede llegar al 95%.No todos los tejidos contienen la misma cantidad (huesos 22%, la dentina 10%, la sangre 80-90%) (Pag 27)En los seres vivos se encuentra como agua circulante, en sangre, savia,… como agua de imbibición rellenando el tejido intersticial. O como agua combinada formando parte de las reacciones químicas.

2.1. ESTRUCTURA: ENLACE DE HIDROGENO.

El agua es un líquido a temperatura ambiente, cuando otras sustancias de peso molecular similar son gaseosas, esto es debido a su carácter bipolar.

Las moléculas del agua aunque

tienen carga total neutra los electrones están más próximos al oxígeno lo que da como resultado una carga negativa en la proximidad del oxígeno y positiva en la proximidad del hidrógeno.

Por esto es un dipolo. Estas cargas desiduales favorecen la formación del puentes de hidrógeno con otras moléculas, estos puentes son débiles pero muy importantes en las reacciones de los seres vivos, se establecen entre moléculas en las que el hidrógeno está unido covalentemente a un átomo muy electronegativo de oxígeno.

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(nm = 0.000000001 m)Estas moléculas quedan cargadas, el oxígeno (electronegativo)

negativamente y el hidrógeno positivamente lo que favorece que se establezcan relaciones de atracción entre el polo negativo de otra.

En el agua estos puentes unos 3, 4,…, 8 unidades por lo que el agua es

liquida y no gaseosa. Estos puentes de hidrogeno son transitivos, duran una millonésima de segundo. A 37ºC solo el 15% de las moléculas de agua forman puentes de hidrogeno lo que hace que el agua no sea viscosa sino fluida, con una fuerte adhesión interna responsable de muchas propiedades. En la estructura liquida coexisten pequeños polímeros con moléculas aisladas que rellenan los huecos.

2.2. FUNCIONES PRINCIPALES DE INTERÉS BIOLÓGICO. (Pag 28 y 29)2.2.1.DISOLVENTE.

El agua es el disolvente universal se debe a la formación de puentes de hidrogeno con otras sustancias. Las sustancias polares, con grupos –OH, -NH2, -COOH, que cuando se disuelven en agua interaccionan con la molécula formando puentes de hidrógeno.

En las sustancias iónicas como el cloruro sódico los iones son fuertemente atraídos por los dipolos de agua, formándose una capa de hidratación alrededor de ellos, llegando a separarlos y a desmoronar la red cristalina que los mantenía en estado sólido.

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http://www.edumedia-share.com/media.php?id=416

En el caso de las grasas y ácidos grasos que son sustancias anfipáticas, al disolverse en agua, forman macrocapas, bicapas o micelas.

Esta capacidad es responsable de las funciones:1. Es el medio donde transcurren la mayoría de las reacciones

del metabolismo.2. El aporte de nutrientes y eliminación de sustancias de

desecho se realiza a través de sistemas de transporte acuoso.

2.2.2.TERMORREGULADORA.http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/ada/frameset.htm

Debido a su elevado calor especifico y a su alto calor de vaporización, el agua es buen amortiguador de los cambios bruscos de temperatura. Con lo que ayuda a mantener la temperatura en los animales homeotermos y también es un buen refrigerante en las plantas.

El calor específico: es la cantidad de calor que hay que aplicar a un gramo de agua para que eleve su temperatura en 1ºC y es de una caloría por gramo y por grado centígrado. Es elevado debido a que parte de la energía suministrada la utiliza para romper los puentes de hidrogeno y no para elevar la temperatura, lo que implica que incrementas o diminuyes la temperatura externa produciendo pequeñas variaciones en el medio acuoso.

El calor de vaporización es el calor o cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de agua a 100ºC para que pase de estado líquido a gaseoso, y es de 540 cal/g. esto permite a los seres vivos disminuir la temperatura corporal por medio de la evaporización de agua a nivel de piel o pulmones y en las hojas por transpiración.

El calor de fisión también es elevado 80 calorías por gramo y evita la congelación de los seres vivos, además el agua sólida es

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menos densa que el agua liquida por lo que el hielo flota y permite la vida en zonas con temperaturas muy frías.

Gracias a la conductividad térmica del agua el calor desprendido en los procesos metabólicos no se acumula en el lugar en el que se producen sino que se disipa al exterior.

2.2.3.TRANSPORTE.

El agua es un buen vehículo de transporte de sustancias debido a su capacidad disolvente y a sus elevadas fuerzas de adhesión y de cohesión entre sus moléculas.

Las fuerzas de cohesión son debidas a los puentes de hidrogeno entre sus moléculas, las cuales están fuertemente unidas formando una estructura compacta que lo convierte en un líquido incompresible, a ello se debe al esqueleto hidrostático de muchos animales y es el responsable de la turgencia de los vegetales.

Las fuerzas de adhesión también son debidos a los puentes de hidrogeno que se establecen entre el agua y otras

sustancias polares y junto con la cohesión es responsable de la capilaridad, a esto se debe la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas por los vasos leñosos venciendo las fuerzas de la gravedad.

También podemos observar que el agua tiene elevada tensión superficial. La tensión superficial de un líquido es la resistencia que opone a la penetración de cuerpos en él. El agua tiene máxima tensión superficial de entre los líquidos salvo alguna excepción como el mercurio. Esto hace posible que algunos insectos "anden" sobre el agua. Influyen en este parámetro las sales disueltas y las sustancias contaminantes.

2.2.4.REACCIONES DE HIDRÓLISIS.

Tiene lugar mediante la incorporación de los radicales –OH y –H procedentes de las moléculas de agua.

C12H22O11 + H2O 2 C6H12O6

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Las enzimas hidrolíticas han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces y degradan los compuestos orgánicos en otros más simples durante los procesos digestivos.

3. LAS SALES MINERALES. (Pag 30)Se pueden encontrar en los seres vivos precipitadas formando estructuras

sólidas con función esquelética. Por ejemplo (carbonato cálcico: moluscos; sílice: diatomeas). (Pag 32)

También se pueden encontrar disueltos en forma de iones los más abundantes serán los cationes Na+, Ca2+, K+, Mg2+ y los aniones o iones Cl-, SO4

2-, PO4

3-, CO32-, HCO3

-, NO3-.

También se pueden encontrar asociados a sustancias orgánicas, por ejemplo a proteínas fosfoproteína, a lípidos fosfolípidos….

http://www.um.es/molecula/sales07.htm

3.1. PRINCIPALES FUNCIONES BIOLÓGICAS.

a) Forman estructuras esqueléticas.b) Estabilizan disoluciones coloidales: soluto con elevado peso molecular.c) Mantener el grado de salinidad en el medio interno.d) Constituir asociaciones amortiguadores: regular el pH.e) Acciones específicas.

3.1.1.REGULACION DEL PH. (pag 31)

Dos moléculas de agua se pueden ionizar.2H2O H3O+ + OH-

Por eso el agua no es un líquido químicamente puro, se trata de una solución iónica que contiene H3O+ y OH-; H3O+ = OH-

Les vamos a llamar protones aunque en el agua no va a haber protones aislados sino que están hidratados formando cesiones hidronio.

En el agua pura a 25ºC el producto es:Kw = [H3O+] . [OH–] = 10–14 y constituye la base para establecer la

escala de pH, que mide la acidez o la alcalinidad de una solución acuosa.

log Kw = log [H3O+] + log [OH–] –14 = log [H3O+] + log [OH–] 14 = –log [H3O+] – log [OH–] pH + pOH = 14

pH= log 1/[ H+] = - log [ H+]Como el agua pura es químicamente neutral la concentración de

[ H+] es igual a la concentración de [OH-]

El pH fisiológico es 7,4. ¿Cuál es la concentración de iones hidrógeno de una disolución a pH fisiológico?

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Si la concentración de H+ en una disolución es 10-3 M, ¿cuál será la concentración de OH-  en la misma disolución a 25°C?

Dado que los niveles de iones hidronio y de iones de OH son muy bajos, si al agua se le añade un ácido o una base, los valores variaran bruscamente.

El agua pura es un mal amortiguador del pH.Los organismos vivos no soportan variaciones de pH mayores de

unas décimas porque afectan a la estabilidad de las proteínas. Por lo que han desarrollado mecanismos para mantenerlos constantes, esto se consigue mediante disoluciones tampón. Los sistemas tampón o buffer, están constituidos por un par acido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.

CO2 + H2O <============> H2CO3 <============> HCO3- + H+

Todo cambio que afecte a la concentración de cualquier componente de la reacción de equilibrio produce un reajuste en la misma.

Un incremento en la [H+] (pH sube) lo que provocará la formación (incremento) de ácido carbónico y hará disminuir la concentración de hidrógeno carbonato, lo que provocara a su vez será un aumento de CO2 y H2O. Si hay exceso de CO2 se elimina por los pulmones y de agua por la orina y sudor. La [H+], después de este reajuste se mantendrá.

Si se añade una base (sustancia que en solución acepta protones), ésta hará descender la [H+] (pH baja), el reajuste provocará una disociación de ácido carbónico que aportará una cantidad de H+

equivalente y el pH se mantendrá. Puede formarse más H2CO3 a partir de CO2 + H2O

Cada par conjugado tiene un pH determinado en el cual la capacidad tamponadora es máxima.

3.1.2.FENOMENOS OSMÓTICOS. (Pag 34 y 35)La osmosis y la presión osmótica.La osmosis es el paso de disolvente a través de una membrana

semipermeable (permeable al disolvente pero no al soluto). Se hace en contra de un gradiente de disolución que va desde la menos concentrada (o más diluida) hasta la más concentrada.

La presión osmótica es la presión necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. A mayor concentración mayor presión osmótica.

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Las disoluciones pueden ser hipertónicas cuando la presión osmótica es más alta que la de la otra, y por tanto la otra será hipotónica. El agua pasara de la hipotónica a la hipertónica. También puede ser isotónica cuando las dos tienen la misma presión osmótica.

Esto es importante para el intercambio de sustancias entre la célula y el medio o entre dos compartimentos celulares y depende del número de partículas disueltas y no de su tamaño.

Igual: 10 moléculas glucosa y 10 moléculas de almidónMás:1 molécula de NaCl es más que 10 moles de glucosa, porque el NaCl se disuelve en Cl- Na+

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/invesosmos.htm

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3.1.3.CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA. (Pag 33)En general, cuando las moléculas dispersas en un disolvente

tienen diámetros inferiores a 10-7 cm, las mezclas formadas se conocen como disoluciones verdaderas, que son mezclas homogéneas. Cuando los diámetros de las partículas son superiores y oscilan entre 10-7 y 2.10-5 cm, se forman unas mezclas heterogéneas denominadas dispersiones coloidales o simplemente coloides.

Según su comportamiento frente al agua, los coloides se denominan hidrófilos cuando contienen moléculas polares que son atraídas por las moléculas de agua, e hidrófobos cuando contienen moléculas no polares y carecen, por tanto, de afinidad por las moléculas de agua de la fase dispersante.

Todas estas dispersiones coloidales pueden, a su vez, presentar dos estados físicos:

Sol. Un coloide en forma de sol tiene aspecto líquido, ya que las moléculas de soluto que constituyen la fase dispersa se encuentran en menor cantidad que las de la fase dispersante líquida.

Gel. Un coloide en forma de gel tiene aspecto semisólido y gelatinoso. Los geles de pectinas se extraen de las membranas celulares de algunas frutas; la gelatina es una proteína gelificante que se obtiene de los huesos y la piel, y el colágeno puede formar fibras que a su vez se encadenan para dar geles.

En las células, los estados de sol y gel se alternan según las variaciones de concentración de las partículas coloidales y los lugares en los que se encuentran. Las variaciones de temperatura, pH, presión o concentración aumentan la reactividad de las micelas, de tal manera que las reacciones que se producen entre ellas pueden modificar el estado de las dispersiones coloidales, siendo posible el paso de sol a gel, aunque no en todos los casos este proceso es reversible. Por ejemplo, la clara de huevo (sol) se coagula por efecto del calor y no puede retornar a este estado.

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¿Qué le pasaría a un glóbulo rojo si lo introducimos en a) agua destiladab) en una disolución hipertónicac) en una disolución isotónica

Las células vegetales tiene grandes vacuolas (p.ej: hoja) que le ocurriría si la introducimos en:

a) medio isotónicob) En un medio hipotónicoc) En un medio hipertónico

¿Qué ocurriría si introducimos un pez marino en agua dulce? ¿y en el caso contrario?En el caso de un pez marino, su medio externo, que es el mar, es hipertónico respecto de su medio interno. Si introducimos el pez en agua dulce, el medio externo se convierte en hipotónico respecto al medio interno del pez, entrara agua a las células por el proceso de ósmosis y éstas se hinchan, fenómeno que recibe el nombre de turgencia. Si la diferencia de concentraciones es muy alta entre los dos tipos de agua (marina y dulce), las células puede llegar a estallar, provocando la muerte del pez.En el otro caso, si introducimos un pez de agua dulce en agua salada (el medio externo es ahora hipertónico respecto al medio interno), las células tienden a perder agua por ósmosis y se arrugan, fenómeno conocido cono plasmolisis, pudiendo conducir a la muerte del animal.

Ejercicios paginas 20-21: 2, 4Ejercicios paginas 38-39: 9, 10,20, 21, 30

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