Agua y Sales Minerales

5/12/2018 Agua y Sales Minerales - slidepdf.com

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TEMA 1: LA BASE QUÍMICA DE LA VIDA:COMPONENTES INORGÁNICOS EL AGUA Y LAS

SALES MINERALES

1.-LOS BIOELEMENTOS

Son los átomos (elementos químicos), que forman parte de los seres

vivos. Se pueden diferenciar dos tipos; primarios y secundarios.

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1.1.- BIOELEMENTOS PRIMARIOS

Son los elementos fundamentales que forman la base de todas las biomoléculas,por lo que suelen ser los elementos mayoritarios en los seres vivos. Son elcarbono, el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo. C,H,O,N,S,P.

a) Carbono: Tiene cuatro electrones en su periferia, por lo que puede formar enlaces dirigidos hacia los cuatro vértices de un tetraedro imaginario. Los enlacesC-C son estables y permiten formar cadenas lineales o ramificadas y anillos, queconstituyen los esqueletos de muchas moléculas. Los enlaces C-H, C=O y C-Nconstituyen una serie de funciones con propiedades diferentes, que multiplican ladiversidad molecular.

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b) Oxígeno: Elemento muy electronegativo, seencuentra en todas las biomoléculas orgánicasy forma distintos grupos funcionales formando alcoholes,

aldehidos, ácidos, etc.

c) Nitrógeno: Fundamental componente de proteínas y de ácidos nucleicos, casisiempre formando grupos amino. También en importante componente de sales

minerales (nitratos, etc)d) Azufre: Es menos abundante que los anteriores, se encuentra en salesminerales, en proteínas y algunos otros compuestos orgánicos.

e) Fósforo: Es componente fundamental de los ácidos nucleicos, de algunasmoléculas especiales como el ATP, y de sales minerales.

f) Hidrógeno: Se puede considerar una molécula de relleno, ya que se encuentraen todas las moléculas orgánicas y en las inorgánicas reducidas. 3



1.2.- BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

Son menos abundantes que los anteriores, forman parte de muchas de lasmoléculas inorgánicas que se entran en los seres vivos y puntualmente dealgunas orgánicas. No quiere decir esto que no sean fundamentales para lavida de la mayoría de los seres vivos. Algunas son esenciales en unos seres vivos y no en otros. Ej: El hierro es fun-damental en muchos animales y no en la mayoría de las plantas. Algunos e jemplos son:

Sodio: Formando parte de las sales minerales Na+ , fundamental en mantener

el equilibrio osmótico. También es fundamental en la transmisión del impulsonervioso.Potasio: Igual que el sodio. Es algo más tóxico para nuestro organismo, por lo que se elimina de forma especial por el aparato excretor.Cloro: También interviene en el equilibrio osmótico.Magnesio: Forma parte de muchas enzimas y es fundamental al formar parte

De la clorofila de las plantas.Hierro: forma parte de la hemoglobina humana. Por lo que su carencia provoca Anemia. Se acumula en el hígado.Iodo: forma parte de la hormona tiroidea.

Cuando a un bioelemento secundario se necesita en una proporción muy pequeña,

se le denomina oligoelemento. 4



Ej: Busca al menos 3 bioelementos secundarios más indicando que funciónconcreta tienen en los seres vivos. ( o en una especie concreta).

2.-PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLÉCULAS

Son las moléculas que forman parte de los seres vivos. Se distinguen dostipos principales:

-Biomoléculas inorgánicas: Son las que forman parte de los seres vivos

y también de la materia inerte. Son, el agua, las sustancias minerales y elCO2.-Biomoléculas orgánicas: Son exclusivas de los seres vivos, seencuentran únicamente en los seres vivos ya que son sintetizadas por ellos mismos. Son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidosnucleicos. Todos ellos tienen como átomo fundamental el carbono.

El carbón, el petróleo, el papel, la madera, los plásticos, etc, son sustanciasformadas por moléculas orgánicas y no son seres vivos. ¿Cuál esla causa?

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3.-EL AGUA

Es la sustancia química más abundante en la materia viva. En el hombrerepresenta entre el 60 y 70% de su peso, en las algas un 95% y en elembrión un 94%.

Una prueba clara de su importancia es que dentro de un mismo individuo,los órganos con mayor actividad vital, tienen una mayor cantidad de agua,y en la misma especie tienen mayor cantidad de agua los individuos jóvenes que los adultos y ancianos.

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El agua se encuentra en la materia viva en tres lugares: Agua circulante, aguaintersticial y agua intracelular.

3.1.-CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL AGUA:

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El oxí geno es más electronegativo que elhidr ógeno 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 suselectrones, lo que la convierte en una molécula polar , alrededor del ox í g eno seconcentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidr ógenoquedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto,una densidad de carga positiva.

Por eso en la práctica la molécula de agua se comportacomo un dipolo

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Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua,formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno deuna molécula e jerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de losátomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua sedispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se formeen el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular , responsable en gran partede su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.

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a) Elevada fuerza de cohesión y adhesión: Se trata de la fuerza con laque están unidas las moléculas de agua entre sí (cohesión) , o entre

ellas y la superficie de contacto (adh

esión).Gracias a la cohesión tenemos propiedades de los seres vivos en los queel agua hace una función de esqueleto hidrostático, o de protección. Ygracias a la adhesión se pueden realizar fenómenos como lacapilaridad o la unión de varios te jidos (e j: líquido pleural).

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b) Elevado calor específico: También esta propiedad está en relación con lospuentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El aguapuede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los

puentes de hidrógeno, por lo que la temperatura se eleva muy lentamente.

Esto permite que los seres vivos, formados principalmente por agua, mantenganmás fácilmente la temperatura constante. También, que puedan vivir en mediosacuáticos que varían poco su temperatura .

c) Elevado calor de vaporización: Para que el agua líquida cambie de estadoa gas, el calor que hay que aplicar es muy elevado. De esta forma el aguapuede actuar como refrigerante aprovechando el calor que puede estar enexceso para evaporar agua (sudor, transpiración, etc) ³para evaporar un gramode agua a 20ºC se necesitan 540 kcal´.

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d) Buen conductor térmico: También es importante esto para latermorregulación. Sobretodo en los organismos endotermos (de temperaturaconstante).

e) Mayor densidad líquido que sólido:Se debe a la estructura química, los

puentes de hidrógeno hacen que las moléculas de agua en estado líquidoestén más cerca de lo que estarían en caso contrario. Hace que el hielopueda flotar encima del agua líquida.

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g) Elevada constante dieléctrica: Hace que sea un buen disolvente decompuestos iónicos. El agua permite que se produzcanmultitud de reaccionesquímicas e incluso participa en ellas ³reacciones de hidrólisis´

h) Bajo grado de ionización: Esto provoca que el agua no tenga capacidadtampón. Cambia bruscamente su pH.

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4.-SUSTANCIAS MINERALES

La mayor parte de las veces se encuentran como sales, por lo que tambiénpodemos llamarlas sales minerales.

Se pueden encontrar de 3 formas diferentes:

4.1.-Sales minerales precipitadas

Las sustancias minerales precipitadas, constituyen estructuras sólidas,insolubles, con función esquelética.

-El carbonato cálcico: Forma parte de los caparazones de moluscos e impregnael esqueleto de los insectos. Confiere rigidez a la estructura de algunas espon jas.Endurece los huesos y dientes en vertebrados.

-Los silicatos: Endurecen estructuras de sostén de algunos vegetales. Formancaparazones de algunos microorganismos, como las diatomeas. Forman lasespículas de algunas espon jas.

-El fosfato cálcico: Forma la matriz mineral que forma el esqueleto de los

vertebrados. 14



4.2.-Sales minerales disueltas

Las sales minerales disueltas dan lugar a aniones y cationes. Los principales son:

-Cationes: Na+, K+, Ca2+ y Mg2+.

-Aniones: Cl-

, SO42-

,PO43-

,CO32-

,HCO3-

y NO3-

.Las funciones principales de estas sales minerales disueltas son:

Mantener el grado de salinidad en los organismos: Es importante, para el buenfuncionamiento general de cualquier ser vivo, que se mantengan más o menosconstantes las concentraciones de sales tanto en el interior de las células, como enlíquidos como la sangre, etc.

Regular la actividad enzimática: Algunas sales intervienen como activadores oinhibidores de la actividad metabólica.Regular la presión osmótica y el volumen celular : De la concentración de salesdepende la entrada o salida de agua y su presión, por lo que las sales controlanesta.Generar potenciales eléctricos. Al disociarse en iones y estos poseer cargaeléctrica, cuando están separados dos medios diferentes se puede generar unadiferencia de potencial. Por e jemplo en las células nerviosas hay una diferencia depotencial que se altera con el impulso nervioso.Regular el pH: Las sales minerales en disolución pueden tener efecto tampón yhacer que no cambie el pH de forma brusca, lo que es muy importante en todos losfluidos orgánicos. ³Ej: un cambio de pH de menos de 1 punto en la sangre puedeprovocarnos la muerte´ . Lo realizan las sales minerales procedentes de ácidosdébiles. 15



4.3.-Sustancias asociadas a sustancias orgánicas

En algunos casos los átomos procedentes de sales minerales se asocian amacromoléculas como a proteínas, por e jemplo, el hierro a la hemoglobina, el

cobalto a la vitamina B12 o el magnesio a la clorofila.

5.-FENÓMENOS FÍSICOS IMPORTANTES

5.1-. Ósmosis y presión osmótica

Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (de ja pasar el disolvente pero no el sol u to ),se produce el fenómeno de la ósmosis que sería un tipo de difusión pasivacaracterizada por el paso del agua ( disolvente ) a través de la membrana

semiper meable desde la solución má s dil u id a ( hipotónica ) a la má s

concentr ad a (hipertónica), este trasiego continuará hasta que las dossoluciones tengan la misma concentración ( isotónicas o isoosmóticas ).

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Y se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flu jode agua a través de la membrana semipermeable.La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semiper meable, y por ello las células deben permanecer en equili brio osmótico con los líquidos que las bañan.

Cuando hay un desequilibrio en la presión osmótica dentro y fuera de una célulase produce la entrada o salida de agua. Según se trate de una célula animal (gló-bulo ro jo como modelo), o una vegetal tendremos los siguientes casos:

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CELULA VEGETAL

a) Medio isotónico

b) Medio hipotónico

Turgencia

c) Medio hipertónico

Plasmólisis

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lisis

Arrugamiento

CÉLULA ANIMAL

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Los organismos intentan mantener la osmolaridad con estrategias como:

Los peces de agua dulce obtienen el agua por ósmosis, por lo que no beben agua. Losde agua salada tienen que beber agua para compensar la pérdida de esta por ósmosis,eliminan el exceso de sales por la orina y las agallas.

Las plantas obtienen agua por las raíces al ser hipertónicas las células de la raíz enrelación al suelo.

Los mamíferos pierden sales por el sudor o la orina, y obtienen el agua por ósmosisdesde el intestino.

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Vacuolas pulsátiles. Actúancompensando los desequilibrios osmóticosde estos m.o. que pueden tolerar asípequeños cambios de salinidad en el aguaen el que viven.

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5.2.-Dispersiones coloidales:Son un tipo especial de disoluciones en las que las moléculas disueltas son degran tamaño (macromoléculas). La mayoría de los fluidos que componenen losseres vivos son dispersiones coloidales.

En estas el disolvente (agua) se llama fase dispersante y el cuerpo disuelto fasedispersa.La fase dispersa puede estar formada por macromoléculas (pm>10000) o por micelas (con junto de macromoléculas rodeadas de agua). Se suelen formar micelas cuando la fase dispersa son moléculas hidrófobas (gotas de grasa).

Una dispersión coloidal se puede presentar en dos estados:

Estado de Sol: De aspecto fluido, con gran abundancia de fase dispersante(agua)Estado de Gel: Aspecto gelatinoso, con poca cantidad de fase dispersante.

Algunas propiedades de las dispersiones coloidales son:

a) Poca estabilidad: Cuando la fase dispersa se desestabiliza al no rodearse deagua, precipita (sedimentación). Si el precipitado es en forma de copos se llamacoagulación, si son trozos grandes floculación.

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b) Gran adsorción: Las partículas de las dispersiones coloidales se unenfácilmente a la superficie de otras o de un sólido. Ej:Enzimas al sustrato,anticuerpos al antígeno, etc.c) Efecto Tyndall: Las dispersiones coloidales muestran opalescencia (puedenobservarse pequeñas sombras al atravesarlas la luz). No ocurre lo mismo con lasdisoluciones verdaderas que son transparentes.d) Diálisis: Podemos separar una dispersión coloidal con una membranapermeable que de je pasar las sustancias disueltas (solutos pequeños) y no la fasedispersa (moléculas grandes). La hemodiálisis consiste en hacer esto con lasangre de un paciente cuyo riñón no funciona bien. De esta forma se eliminansales y toxinas de las sangre y se mantienen proteínas, hormonas, células, etc.

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e) Electroforesis: Podemos separar moléculas grandes de la fase dispersa de uncoloide cuando estos tengan carga eléctrica mediante dos polos (cátodo y ánodo),estas moléculas se dirigirán a uno de los dos polos y avanzarán a mayor velocidad cuanto mayor sea su carga y menor su tamaño. De esta manerapodemos separar proteínas y otras moléculas orgánicas.

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Hidroxilo Carbonilo Carbonilo Carboxilo Éster Amino Fosfato

Alcohol Cetona Aldehido Ácido Éster Amina Éster fosfórico

5.3.-La difusión:

Las moléculas disueltas en agua o cualquier otro disolvente tienden a repartirse deforma homogenea por todo el líquido. (Cuando una membrana es permeable para una

sustancia determinada, esta la atraviesa por difusión, a excepción del agua que lo hacepor ósmosis).

5.4.-Algunos grupos funcionales importantes en las biomoléculas:

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