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BIOQUÍMICA PARA 1º Y 2º de BACHILLER
1 Composición de los seres vivos: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS. 2 El agua.
**2. 1. Estructura.
- Propiedades físico-químicas
- Funciones biológicas.
- Disoluciones acuosas de sales minerales. II. ORIENTACIONES
- Definir qué es un bioelemento y enumerar los más importantes. Destacar las propiedades físico-químicas del carbono.
- Conocer la estructura molecular del agua y relacionarla con sus propiedades físico-químicas. Resaltar su papel biológico como disolvente reactivo químico termorregulador y en función de su densidad y tensión superficial.
- Reconocer el papel del agua y de las disoluciones salinas en los equilibrios osmóticos y ácido-base.
- COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS: BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS. BIOELEMENTOS** Los bioelementos o elementos biogénicos son aquellos que forman parte de las moléculas presentes en todos los seres vivos. Según la proporción que se encuentran en la materia se clasifican en:
- Bioelementos primarios o mayoritarios : Constituyen el 99% total de la materia viva. Estos bioelementos son carbono (C) nitrógeno (N) oxígeno (O) hidrógeno (H) azufre (S) y fósforo (S). Tienen una gran capacidad de unirse unos con otros mediante enlaces covalentes y construir biomoléculas.
- Bioelementos secundarios : Se encuentran en menor proporción, pero realizan funciones muy importantes y su carencia puede provocar trastornos serios. Estos son Magnesio (Mg++) calcio (Ca++) potasio (K+) sodio (Na+) y cloro (Cl-).
- Oligoelementos : Se encuentran en proporciones inferiores al 0’1%. Estos elementos desempeñan funciones esenciales en procesos bioquímicos y fisiológicos. Se dividen en:
BIOQUÍMICA BÁSICA.
BIOMOLÉCULAS
▪ Oligoelementos esenciales en todos los organismos: Hierro (Fe) Manganeso (Mn) Cobre (Cu) Zinc (Zn) y Cobalto (Co). ▪ Oligoelementos no esenciales en todos los organismos: Flúor (F), yodo (I), boro (B), silicio (Si), vanadio (V), cromo (Cr), selenio (Se), molibdeno (Mo) etc. Propiedades físico-químicas del carbono que lo hace idóneo para formar parte de las moléculas de los seres vivos:
- El carbono tiene una configuración electrónica 1s^2 2s^2 2p^2 (número atómico 6); por lo tanto, solo dispone de dos electrones desapareados (valencia 2); sin embargo, un electrón del 2s^2 se pasa al orbital 2p^2 , desapareando los electrones que ocupan ahora los orbitales 2s^1 2px^1 2py^1 2pz^1 y formando cuatro orbitales híbridos sp^3 orientados hacia los vértices de un tetraedro y obteniendo una valencia 4.
- Forman entre ellos enlaces covalentes compartiendo electrones.
- A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes.
- La combinación del carbono con otros elementos permite la aparición de una gran variedad de sustancias orgánicas.
- El carbono, nitrógeno y oxígeno pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, incluso con el mismo carbono.
- Los electrones del carbono no están muy separados del núcleo atómico, están en capas cercanas a él.
- Respecto a los demás elementos (N, O, H) Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables.
2. EL AGUA
2. 1 ESTRUCTURA
Un ser vivo es agua en un 70% aproximadamente. El agua es muy importante para los seres vivos ya que la vida sería imposible sin ella. Está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Es un dipolo ya que el oxígeno, al atraer los electrones de los átomos de hidrógeno, genera un entorno electronegativo en su proximidad y los hidrógenos, al quedarse sin esos electrones, generan una densidad de carga positiva en su entorno. Esta característica del agua permite que se produzcan interacciones con otras moléculas polares.
2. 2 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS 1. Cohesión molecular. Esta es la principal característica del agua debido a que sus moléculas se unen mediante puentes de hidrógeno. La zona positiva y la zona negativa se unen fuertemente, manteniendo unidas las moléculas del agua. Esta propiedad la convierte en un líquido casi incompresible. 2. Poder disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por lo que se llama disolvente universal. Esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.
Las sustancias que se disuelven en medios acuosos se denominan hidrofílicas, las que no lo hacen son hidrofóbicas, mientras que las que se disuelven tanto en disolventes acuosos como en disolventes orgánicos se denominan anfipáticas. El agua también puede disolver a sustancias salinas que se disocian, formando disoluciones iónicas. Algunas moléculas no forman disoluciones, sino que forman coloides; las cuales, están en un equilibrio sol-gel. Si las partículas están separadas y el aspecto es fluido están en la forma sol y en la forma gel las partículas están más concentradas y el aspecto es gelatinoso.
3. Reactividad Química. Las moléculas de agua reaccionan entre sí fácilmente: al disolver las moléculas polares o iónicas, el agua debilita las interacciones electrostáticas y los enlaces de hidrógeno. El agua al formar enlaces por puentes de hidrógeno es fundamental para la estructura de numerosas moléculas. La síntesis de la mayoría de las macromoléculas se realiza con la formación de una molécula de agua. 4. Alto calor específico. En el agua, el calor específico es alto ya que necesita mucho calor para subir un grado la temperatura y, por el contrario, hay que suministrar mucho frío para bajar un grado la temperatura del agua. Esta propiedad hace que sea amortiguadora o esponja térmica. 5. Calor de vaporización alto. Gracias a esta propiedad los seres vivos son capaces de refrigerarse. 6. Densidad. El agua permanece líquida entre 0ºC y 100ºC que son los más adecuados para los procesos biológicos. Cuando el agua se congela o se enfría (en torno a los 4ºC) contrae su volumen y disminuye su densidad, ya que forma una red cristalina. El hielo es menos denso que el agua y flota sobre ella. Esta propiedad ha permitido la vida submarina ya que la temperatura en esta zona no disminuye.
Sales minerales insolubles en agua: Presentan función plástica-estructural ya que forman estructuras solidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén. Entre ellas destaca:
- Caparazones de carbonato de calcio de crustáceos y moluscos.
- Esqueleto interno de vertebrados cuya parte mineral está formada por la asociación de varios compuestos minerales (fosfato cloruro fluoruro y carbonato de calcio). El fluoruro de calcio se encuentra en el esmalte de los dientes.
- Estructuras aisladas como los otolitos del oído interno de los animales y la mineralización de las paredes de celulosa en algunas plantas que aumentan su resistencia. Sales inorgánicas solubles en agua: Se encuentran disociadas en sus iones correspondientes y desempeñan las siguientes funciones biológicas:
- Funciones catalíticas. Algunos iones (Cu Mn Mg Zn etc.) actúan como cofactores enzimáticos, participan en los procesos fotosintéticos coagulación de la sangre y contracción muscular.
- Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con la distribución de agua en los compartimentos intra y extracelulares.
- Funciones tamponadora. Mantienen el pH constante dentro de ciertos límites.
- Función nutriente. Los organismos autótrofos utilizan determinadas sales como fuente de elementos para la síntesis de compuestos orgánicos. Ósmosis y presión osmótica Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeables (solo deja pasar el disolvente, pero no el soluto), se define la ÓSMOSIS como un tipo de difusión pasiva caracterizado por el paso del agua (disolvente) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida a la más concentrada. Se entiende por PRESIÓN OSMÓTICA la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Cuando la concentración de solutos de los fluidos extracelulares es igual a la concentración intracelular ambas disoluciones son isotónicas. Si los líquidos extracelulares son hipotónicos respecto al interior celular , las células se hinchan pudiendo llegar a explotar. Este fenómeno da lugar al proceso de turgencia denominado hemólisis en caso de los eritrocitos. Si los líquidos extracelulares son hipertónicos ( mayor concentración que en el interior celular ) , las células pierden agua, se deshidratan y mueren; da lugar al proceso de plasmólisis denominado crenación en el caso de los eritrocitos.
Diálisis Es un proceso que permite separar las partículas coloidales de las no coloidales mediante una membrana cuya permeabilidad permite el paso de las partículas no coloidales. Difusión Es el proceso en el que se mezclan de manera homogénea dos fluidos líquido o gas o entre un fluido y una sustancia sólida. Absorción Es un proceso por el cual las partículas de una sustancia son atraídas hacia la superficie de un sólido. Ionización del agua y escala de pH. Origen de la escala pH. En el agua, una pequeña cantidad de moléculas se encuentran disociadas en H+^ y OH-. En realidad, el catión H+^ no existe en disolución acuosa, porque al ser tan pequeño e inestable se une a una molécula de agua dando lugar al catión hidronio (H 3 O+). La disociación del agua se define de la siguiente manera: 2H 2 O H 3 O+^ +OH-
El equilibrio viene definido por una constante k que se calcula de la siguiente forma:
Como la concentración del H 2 O se considera constante, ya que la inmensa mayoría de las moléculas no están disociadas, la concentración de agua será igual al número de gramos de agua en un litro por su peso molecular; es decir, 1000/18=55. 5 molar por lo que puede incluirse en la constante de equilibrio:
55. 5 k= [H 3 O +] [OH-]
El valor 55. 5 k se engloba en una nueva constante kW que es el producto iónico del agua.
A 25ºC KW = 10 x 10-^14
El pH. El KW permite crear la escala del pH que mide la proporción de H 3 O+^ de una disolución
pH= log 1/ [H 3 O+] = - log [H 3 O+]
En el agua pura, la concentración de iones H+^ es igual que la de iones OH-^ y el pH es igual a 7 (disolución neutra).
H+^ + HCO 3 H 2 CO 3 El ácido carbónico, es rápidamente convertido en CO 2 y agua gracias a la anhidrasa carbónica; de esta manera, este ácido desparece rápidamente de la sangre. El agua la absorbe el sistema y el CO 2 se elimina en la ventilación pulmonar. El sistema renal también interviene, mediante mecanismos neurofisiológicos, en el control de la acidez sanguínea.
