agua y sales minerales - BioGeo y Medio Ambiente

BIOELEMENTOS:
BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA
Y SALES MINERALES
Los bioelementos se encuentran en los seres vivos formando parte de las moléculas, que
pueden ser inorgánicas u orgánicas.
Biomoléculas orgánicas: Se encuentran formando parte de los seres vivos. Son los
glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Biomoléculas inorgánicas: Pueden encontrarse dentro y fuera de los seres vivos, son el
agua y las sales minerales.
BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS:
•
EL AGUA:
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90%
del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varía de una especie a otra,
dependiendo también de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y
el tipo de tejido.
1. Características de la molécula de agua:
Está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por
enlaces covalentes simples)
La molécula del agua es un dipolo. Debido a la electronegatividad del oxígeno,
los electrones de los hidrógenos se desplazan hacia éste, cargándose negativamente el
polo de la molécula que ocupa el oxígeno y apareciendo dos polos positivos en los
hidrógenos.
Entre los dipolos se establecen fuerzas de atracción denominadas puentes de
hidrógeno, de forma que se forman macromoléculas de hasta 9 moléculas, coexistiendo
éstas con moléculas aisladas, lo que determina que el agua presente mayor peso
molecular y se presente en estado líquido. Así, se forma una estructura ordenada,
responsable del comportamiento característico del agua, así como de sus propiedades
físicas y químicas.
1. Propiedades físico- químicas del agua:
Acción disolvente: Se le considera el disolvente universal, ya que es capaz
establecer interacciones con iones o moléculas polares, provocando su dispersión o
disolución. Las moléculas de agua se disponen alrededor de los iones positivos con la
parte negativa de su molécula hacia ellos y, en el caso de los iones negativos,
enfrentando su parte positiva, consiguiendo así atraerlos. Se forma así una capa de
solvatación alrededor de los mismos, que los independiza y dispersa en el seno acuoso.
Capa de solvatación en torno a un ión positivo
La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones:
1. Hace del agua el medio ideal para que se desarrollen las reacciones del metabolismo
en el interior celular.
2. Se constituye como un eficaz medio de transporte de sustancias, aporte de
nutrientes y eliminación de desechos.
Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: Los puentes de hidrógeno
mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta
que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede
tener la función en algunos animales de esqueleto hidrostático, como ocurre en
algunos gusanos, permite dar volumen a las células. También explica la función
mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones (líquido sinovial)
Elevada fuerza de adhesión: Se debe al establecimiento de puentes de
hidrógeno entre las moléculas de agua y otras moléculas polares, y es responsable, junto
con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un
capilar (tubo de pequeño diámetro) en un recipiente con agua, ésta asciende por el
capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al
del recipiente, A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las
raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.
Gran calor específico: El calor específico se define como la cantidad de calor
necesaria para elevar 1ºC la temperatura de 1 gr. de agua. Esto hace que el agua
almacene o libere una gran cantidad de calor al calentarse o al enfriarse; lo que permite
que el agua actúe como amortiguador térmico, evitando bruscas alteraciones de la
temperatura y evitando de esta forma que, por ejemplo, algunas moléculas como las
proteínas, muy sensibles a los cambios térmicos, se alteren. Así se mantiene la
temperatura constante (Función termorreguladora).
Elevado calor de vaporación: El calor de vaporización es el que se necesita
suministrar al agua para que cambie del estado líquido al gaseoso (evaporización). Para
ello es necesario romper los puentes de hidrógeno, por lo que se necesita suministrar el
calor suficiente para ello. De ahí que el agua cambie de estado a los 100ºC. El sudor que
segregan los seres vivos, permite acumular el exceso de calor del organismo y, al
evaporarse, eliminarlo con poca pérdida de agua, actuando así como regulador
térmico.
Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie del agua
experimentan fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha
superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada y origina una “película
superficial” que permite, por ejemplo, el desplazamiento sobre ella de algunos
organismos.
Densidad: El agua en estado líquido es mas densa que en estado sólido Esto
permite la vida acuática en climas fríos, ya que al descender la temperatura se forma
una capa de hielo en la superficie que flota y protege al agua líquida que queda bajo
ella.
1. 3. Funciones del agua en los seres vivos:
Derivan de las propiedades físico-químicas anteriormente explicadas.
- Función de disolvente universal, relacionada con su estructura dipolar.
- Función estructural,
- Función transportadora, en relación también con su estructura dipolar y su elevada
fuerza de adhesión.
- Función termorreguladora, condicionada por su gran calor específico y calor de
vaporización.
- Función amortiguadora, relacionada con la elevada fuerza de cohesión entre sus
moléculas.
- Función reactiva, lo que está relacionado con su estructura dipolar.
LOS FLUÍDOS EN LOS SERES VIVOS:
El estudio de las disoluciones es fundamental para comprender la mayor parte de los
procesos biológicos que ocurren en el interior de los seres vivos.
Los fluidos presentes en los seres vivos constan de una fase dispersante, que es acuosa y
de una fase dispersa o soluto, formada por partículas de pequeño tamaño.
Según el tamaño de las partículas de la fase dispersa, se pueden clasificar en:
Disoluciones verdaderas: Si el tamaño es inferior a 5nm. Las partículas
disueltas son iones, moléculas aisladas o pequeñas agrupaciones, que no sedimentan.
Dispersiones coloidales: Si el tamaño está entre 5-200 nm. Las partículas no
sedimentan, pero reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas.
Un de los procesos físico-químicos más importantes que tienen lugar en las disoluciones
verdaderas es la ósmosis.
ÓSMOSIS:
La ósmosis es un proceso físico-químico consistente en el paso del disolvente de una
disolución (no del soluto), a través de una membrana semipermeable. El paso del
disolvente se realiza siempre desde la solución más diluida (hipotónica) a la más
concentrada (hipertónica), manteniéndose hasta que las dos soluciones separadas por la
membrana tengan la misma concentración (sean isotónicas).
Este proceso ocurre, por ejemplo, en las membranas celulares. El medio interno de las
células es eminentemente acuoso y sus membranas plasmáticas son semipermeables, lo
que favorece que el agua pase a su través e iguale las concentraciones de sales a ambos
lados.
Si la concentración de los fluidos extracelulares e intracelulares es la misma, ambas
disoluciones son isotónicas y no se producen fenómenos osmóticos. Si por el contrario
el medio extracelular está más diluido, se dice que es hipotónico respecto a la célula y
el agua tiende a entrar en la célula por ósmosis hasta igualar concentraciones. En este
caso se produce turgescencia, es decir, la célula se hincha, corriendo el riego, incluso,
de estallar. Si el medio externo está más concentrado, se dice que es hipertónico
respecto al interior celular. En este caso, el agua sale de la célula para igualar las
concentraciones, de forma que la célula pierde agua, se deshidrata y puede llegar a
morir (plasmólisis).
•
LAS SALES MINERALES:
Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos en tres formas:
Sustancias minerales precipitadas: constituyen estructuras sólidas, insolubles,
con naturaleza esquelética, formando tanto exoesqueletos como endoesqueletos. Por
ejemplo, el carbonato de calcio, fosfato de calcio, la sílice, etc.
Sales minerales disueltas: Las sustancias minerales al disolverse en el medio
interno acuoso, dan lugar a aniones y cationes. Estos iones mantienen constante el grado
de salinidad dentro del organismo y ayudan a mantener el grado de acidez (pH), lo que
es imprescindible para el correcto desarrollo de las reacciones metabólicas celulares. El
medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas constantes, de
hecho, cualquier variación provoca alteraciones importantes en la dinámica celular. La
mayor o menor presencia de sales en el medio interno celular, determina que se
produzcan fenómenos osmóticos que regulen las concentraciones a ambos lados de la
membrana celular, con lo que se regula la presión osmótica y el volumen celular.
Para evitar las variaciones de pH, que causarían trastornos graves en algunos
procesos metabólicos y la pérdida de la capacidad funcional de muchas enzimas,
algunas sales minerales disueltas cumplen esta función, formando disoluciones tampón
o amortiguadoras, que compensan el exceso o el déficit de iones en el medio,
manteniendo constante el pH. Estas disoluciones están formadas por un ácido débil y su
base conjugada, que actúan como dadores o receptores de H+, regulando así el pH, ya
que el pH= -log (H+).
Un ejemplo es el sistema tampón fosfato:
Acidifica
H2PO4-
HPO4
2-
+ H+
Neutraliza
Sales minerales
asociadas a moléculas
orgánicas: normalmente
aparecen asociadas a proteínas o lípidos.
Se recomienda consultar:
http://www.youtube.com/watch?v=U6OwBwcL9A8&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=sdiJtDRJQEc&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=-HCRm5HX1hc
BIOELEMENTOS:
BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA
Y SALES MINERALES
Los bioelementos se encuentran en los seres vivos formando parte de las moléculas, que
pueden ser inorgánicas u orgánicas.
Biomoléculas orgánicas: Se encuentran formando parte de los seres vivos. Son los
glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Biomoléculas inorgánicas: Pueden encontrarse dentro y fuera de los seres vivos, son el
agua y las sales minerales.
BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS:
•
EL AGUA:
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90%
del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varÍa de una especie a otra,
dependiendo también de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y
el tipo de tejido.
1. Características de la molécula de agua:
Está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por
enlaces covalentes simples)
La molécula del agua es un dipolo. Debido a la electronegatividad del oxígeno,
los electrones de los hidrógenos se desplazan hacia éste, cargándose negativamente el
polo de la molécula que ocupa el oxígeno y apareciendo dos polos positivos en los
hidrógenos.
Entre los dipolos se establecen fuerzas de atracción denominadas puentes de
hidrógeno, de forma que se forman macromoléculas de hasta 9 moléculas, coexistiendo
éstas con moléculas aisladas, lo que determina que el agua presente mayor peso
molecular y se presente en estado líquido. Así, se forma una estructura ordenada,
responsable del comportamiento característico del agua, así como de sus propiedades
físicas y químicas.
1. Propiedades físico- químicas del agua:
Acción disolvente: Se le considera el disolvente universal, ya que es capaz
establecer interacciones con iones o moléculas polares, provocando su dispersión o
disolución. Las moléculas de agua se disponen alrededor de los iones positivos con la
parte negativa de su molécula hacia ellos y, en el caso de los iones negativos,
enfrentando su parte positiva, consiguiendo así atraerlos. Se forma así una capa de
solvatación alrededor de los mismos, que los independiza y dispersa en el seno acuoso.
Capa de solvatación en torno a un ion positivo
La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones:
1. Hace del agua el medio ideal para que se desarrollen las reacciones del metabolismo
en el interior celular.
2. Se constituye como un eficaz medio de transporte de sustancias, aporte de
nutrientes y eliminación de desechos.
Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: Los puentes de hidrógeno
mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta
que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede
tener la función en algunos animales de esqueleto hidrostático, como ocurre en
algunos gusanos, permite dar volumen a las células. También explica la función
mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones (líquido sinovial)
Elevada fuerza de adhesión: Se debe al establecimiento de puentes de
hidrógeno entre las moléculas de agua y otras moléculas polares, y es responsable, junto
con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un
capilar (tubo de pequeño diámetro) en un recipiente con agua, ésta asciende por el
capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al
del recipiente, A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las
raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.
Gran calor específico: El calor específico se define como la cantidad de calor
necesaria para elevar 1ºC la temperatura de 1 gr. de agua. Esto hace que el agua
almacene o libere una gran cantidad de calor al calentarse o al enfriarse; lo que permite
que el agua actúe como amortiguador térmico, evitando bruscas alteraciones de la
temperatura y evitando de esta forma que, por ejemplo, algunas moléculas como las
proteínas, muy sensibles a los cambios térmicos, se alteren. Así se mantiene la
temperatura constante (Función termorreguladora).
Elevado calor de vaporación: El calor de vaporización es el que se necesita
suministrar al agua para que cambie del estado líquido al gaseoso (evaporización). Para
ello es necesario romper los puentes de hidrógeno, por lo que se necesita suministrar el
calor suficiente para ello. De ahí que el agua cambie de estado a los 100ºC. El sudor que
segregan los seres vivos, permite acumular el exceso de calor del organismo y, al
evaporarse, eliminarlo con poca pérdida de agua, actuando así como regulador
térmico.
Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie del agua
experimentan fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha
superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada y origina una “película
superficial” que permite, por ejemplo, el desplazamiento sobre ella de algunos
organismos.
Densidad: El agua en estado líquido es mas densa que en estado sólido Esto
permite la vida acuática en climas fríos, ya que al descender la temperatura se forma
una capa de hielo en la superficie que flota y protege al agua líquida que queda bajo
ella.
1. 3. Funciones del agua en los seres vivos:
Derivan de las propiedades físico-químicas anteriormente explicadas.
- Función de disolvente universal, relacionada con su estructura dipolar.
- Función estructural,
- Función transportadora, en relación también con su estructura dipolar y su elevada
fuerza de adhesión.
- Función termorreguladora, condicionada por su gran calor específico y calor de
vaporización.
- Función amortiguadora, relacionada con la elevada fuerza de cohesión entre sus
moléculas.
- Función reactiva, lo que está relacionado con su estructura dipolar.
LOS FLUÍDOS EN LOS SERES VIVOS:
El estudio de las disoluciones es fundamental para comprender la mayor parte de los
procesos biológicos que ocurren en el interior de los seres vivos.
Los fluídos presentes en los seres vivos constan de una fase dispersante, que es acuosa y
de una fase dispersa o soluto, formada por partículas de pequeño tamaño.
Según el tamaño de las partículas de la fase dispersa, se pueden clasificar en:
Disoluciones verdaderas: Si el tamaño es inferior a 5nm. Las partículas
disueltas son iones, moléculas aisladas o pequeñas agrupaciones, que no sedimentan.
Dispersiones coloidales: Si el tamaño está entre 5-200 nm. Las partículas no
sedimentan, pero reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas.
Un de los procesos físico-químicos más importantes que tienen lugar en las disoluciones
verdaderas es la ósmosis.
ÓSMOSIS:
La ósmosis es un proceso físico-químico consistente en el paso del disolvente de una
disolución (no del soluto), a través de una membrana semipermeable. El paso del
disolvente se realiza siempre desde la solución más diluída (hipotónica) a la más
concentrada (hipertónica), manteniéndose hasta que las dos soluciones separadas por la
membrana tengan la misma concentración (sean isotónicas).
Este proceso ocurre, por ejemplo, en las membranas celulares. El medio interno de las
células es eminentemente acuoso y sus membranas plasmáticas son semipermeables, lo
que favorece que el agua pase a su través e iguale las concentraciones de sales a ambos
lados.
Si la concentración de los fluidos extracelulares e intracelulares es la misma, ambas
disoluciones son isotónicas y no se producen fenómenos osmóticos. Si por el contrario
el medio extracelular está más diluido, se dice que es hipotónico respecto a la célula y
el agua tiende a entrar en la célula por ósmosis hasta igualar concentraciones. En este
caso se produce turgescencia, es decir, la célula se hincha, corriendo el riego, incluso,
de estallar. Si el medio externo está más concentrado, se dice que es hipertónico
respecto al interior celular. En este caso, el agua sale de la célula para igualar las
concentraciones, de forma que la célula pierde agua, se deshidrata y puede llegar a
morir (plasmólisis).
•
LAS SALES MINERALES:
Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos en tres formas:
Sustancias minerales precipitadas: constituyen estructuras sólidas, insolubles,
con naturaleza esquelética, formando tanto exoesqueletos como endoesqueletos. Por
ejemplo, el carbonato de calcio, fosfato de calcio, la sílice, etc.
Sales minerales disueltas: Las sustancias minerales al disolverse en el medio
interno acuoso, dan lugar a aniones y cationes. Estos iones mantienen constante el grado
de salinidad dentro del organismo y ayudan a mantener el grado de acidez (pH), lo que
es imprescindible para el correcto desarrollo de las reacciones metabólicas celulares. El
medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas constantes, de
hecho, cualquier variación provoca alteraciones importantes en la dinámica celular. La
mayor o menor presencia de sales en el medio interno celular, determina que se
produzcan fenómenos osmóticos que regulen las concentraciones a ambos lados de la
membrana celular, con lo que se regula la presión osmótica y el volumen celular.
Para evitar las variaciones de pH, que causarían trastornos graves en algunos
procesos metabólicos y la pérdida de la capacidad funcional de muchas enzimas,
algunas sales minerales disueltas cumplen esta función, formando disoluciones tampón
o amortiguadoras, que compensan el exceso o el déficit de iones en el medio,
manteniendo constante el pH. Estas disoluciones están formadas por un ácido débil y su
base conjugada, que actúan como dadores o receptores de H+, regulando así el pH, ya
que el pH= -log (H+).
Un ejemplo es el sistema tampón fosfato:
Acidifica
H2PO4-
HPO4
2-
+ H+
Neutraliza
Sales minerales
asociadas a moléculas
orgánicas: normalmente
aparecen asociadas a proteínas o lípidos.
Se recomienda consultar:
http://www.youtube.com/watch?v=U6OwBwcL9A8&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=sdiJtDRJQEc&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=-HCRm5HX1hc