Composición Química de La Materia Viva

 

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La Biología y los seres vivos La biología es la ciencia que estudia la vida, por lo tanto, estudia los seres vivos en todas sus formas y niveles, desde los seres unicelulares a los pluricelulares, desde los microscópicos a los macroscópicos, desde las células a las asociaciones de sere se ress vi vivo voss. Tam ampo poco co la lass mo moléc lécul ulas as es esca capa pan n al es estu tudio dio de la Bio Biolog logía ía,, no sólo sólo aquellas que por su complejidad son exclusivas de los seres vivos (biomoléculas orgáni org ánicas cas)) si sino no tam tambi bién én aque aquellas llas más simp simples les que ta tamb mbién ién tie tienen nen im impo port rtant antes es misiones en ellos (biomoléculas inorgánicas).

Características de los seres vivos Loss se Lo sere ress vivo vivoss so son n mu muy y co comp mple lejo jos. s. Su comp comple lejid jidad ad

afect afecta, a, en entr tre e ot otro ross aspe as pect ctos os,, a las las mo molé lécu culas las qu que e los co comp mpon onen en y a cómo cómo se orga organi niza zan n és éstas tas en asociaciones macromoleculares para formar las diferentes estructuras de los seres vivos. Los seres vivos se componen de células. Para algunos seres vivos, una célula es el propio organismo, por lo que se denominan seres unicelulares; otros, en cambio, se componen de muchas células, por lo que se llaman seres pluricelulares. • La nutrición es la capacidad que tienen los seres vivos de captar materia del exte ex terio riorr y ut util iliz izar arla la en pr prov ovech echo o pr prop opio io,, pa para ra crec crecer er en ta tama maño ño y para para desarrollarse o bien simplemente para mantener su estructura y realizar las demás funciones vitales. • La relación es la ca capa paci cida dad d de ca capt ptar ar es esttímul ímulos os de dell ext xter erio iorr y em emit itir ir respuestas adecuadas a los mismos. Sin esta función, los seres vivos serían incapaces de nutrirse de reproducirse. La reproducción es lay capacidad de originar nuevos individuos, iguales o muy parecidos a los progenitores. En relación con estas funciones cabe destacar que: • Las moléculas de los seres vivos no son estáticas sino que reaccionan y están en co cons nsta tant nte e tr tran anssform formac ació ión, n, pa para ra la obte obtenc nció ión n de ener energí gía a o pa para ra la construcción de estructuras propias. El conjunto de estas reacciones químicas se denomina metabolismo. • Los seres seres vi vivos vos deben su est estruc ructur tura a cor corpora porall a la información biológica contenida en las moléculas de los ácidos á cidos nucleicos. • Los se seres res vivos vivos mant mantien ienen en rel relat ativ ivamen amente te con const stan ante te su med medio io inter interno no,, aun cuando el medio ambiente sea variable, lo que se denomina homeostasis . •

Los niveles de organización biológica Al observar la materia viva se pueden distinguir varios grados de complejidad estructural, que son los denominados niveles de organización. Cada uno de ellos proporciona unas propiedades a la materia viva que no se encuentran en los niveles infe inferior riores es.. Los si siete etess ni nivele veless de or organ ganiza izació ción n son son:: el nivel nivel subató subatómic mico, o, el nivel nivel atómico, el nivel molecular, el nivel celular, el nivel pluricelular, el nivel de población y el nivel de ecosistema. Los niveles subatómico, atómico y molecular son niveles de organización abióticos, es decir, niveles de materia que también exis existen ten en los seres inanimados. Los restantes niveles son de tipo biótico, puesto que ya son exclusivos de los seres vivos. • El nivel subatómico lo integran las partículas más pequeñas de la materia, como son los l os protones, los neutrones y los electrones. • El nivel atómico los componen los átomos. Éstos son la parte m más ás pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción (C, O, H, etc). • El nivel molecular está formado por las moléculas, que se definen como unidades materiales formadas por la unión, mediante enlaces químicos, q uímicos, de dos o másnato átomos, ejemplo, una molécula de oxígeno (O 2), una de carbo carbonato cálcicocomo, (CaCOpor 3), etc. A las moléculas que forman la materia viva se

 

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las lla llama ma biom biomoléc oléculas ulas o princi principios pios inmedi inmediatos atos, como como,, por por eje ejemp mplo lo,, la glucosa. Dentro del nivel molecular existen varios grados de complejidad o subniveles, como, por ejemplo, las macromoléculas, los complejos supramoleculares y los orgánulos celulares.

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Las macromoléculas (polímeros) resultan de la unión de muchas moléculas orgá or gán nicas icas senc nciill llas as (monómeros). Así, por ejemplo, el almidón (mac (m acro romo moléc lécul ula) a) es un po polí líme mero ro de glu gluco cosa sa (mon (monóm ómer ero) o),, las las prot proteí eína nass (macromoléculas) son polímeros formados por aminoácidos (monómeros). Varias macromoléculas pueden unirse en un complejo supramolecular, como porr eje po ejemplo lo,, cu cuan ando do proteín teínas as y glúc glúcid ido os se un unen en para for forma marr las las glucoproteínas. Además, los complejos supramoleculares pueden encontrarse asociad aso ciados os for forman mando do org orgánu ánulos los cel celula ulares res, como los lisosomas, las mitocondrias, etc. Los orgánulos celulares no son considerados todavía como seres vivos, puesto que carecen de la mayoría de las características de los seres vivos. Los virus son complejos supramoleculares que están constituidos por dos tipos de macromoléculas: las proteínas y los ácidos nucleicos. El nivel celular comprende las células. La célula es una estructura constituida por tres tres ele elemen mentos tos bás básicos icos:: me memb mbran rana a pla plasm smát ática, ica, citop citoplas lasma ma y mate material rial genético, que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales. Se distinguen dos tipos de células: las células procariotas y las eucariotas. eu cariotas. Las células procariotas son las que carecen de envoltura nuclear. En ellas, por lo tanto, información genética se halla enónel de citoplasma, gene ge nera ralm lmen ente te lamá más s o me meno nos s co cond nden ensa sada da endispersa un una a regi región deno nomi mina nada da nucleoide. Las células eucariotas son las que tienen la información genética rodeada por una envoltura nuclear, constituyendo un núcleo bien diferenciado. Los organismos unicelulares unicelulares se componen de sólo una célula, cél ula, que debe desarrollar todas las funciones vitales. Son organismos unicelulares procariotas las bacterias y las arqueobacterias, mientras que son organismos unicelulares eucariotas los protozoos, las algas y hongos unicelulares. unicel ulares. En ocasiones, los organismos unicelulares se asocian formando colonias, pero éstas no se incluyen en el siguiente nivel, el pluricelular, ya que cada célula cél ula sigue realizando individualmente todas las funciones. T Todas odas las células de la colonia son similares similares y mantienen su independencia aunque puede existir cierta distribución de funciones.

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El nivel abarca aq uellos aquellos seres que constituidos por más de una pluricelular célu célula. la. Est Están án for formad mados os por un vivos con conjun junto to están de célu células las origin originadas adas por proliferación de una primera célula, el cigoto o célula huevo. Todas las células descendientes poseen la misma información genética, es decir, reciben copias idénticas de las moléculas de ADN de la célula huevo pero, aunque en un principio son iguales, pronto pronto inician un proceso de diferenciación que da origen a distintos tipos celulares. cel ulares. Dentro de este nivel también pueden distinguirse varios grados de complejidad o subniveles: los tejidos, los órganos, los sistemas y los aparatos. El propio ser vivo multicelular puede considerarse como el grado más alto de complejidad de este nivel: el subnivel de organismo pluricelular pluricelular.. Los tejidos so son n con conjun juntos tos de célu células las es espec pecial ializa izadas das mu muy y par parecid ecidas as,, que realizan la misma función y que tienen un mismo origen. Cuando un organismo pluricelular sólo tiene un tipo de células, se dice que tiene estructura de talo, comoórganos ocurre en laslas algas pluricelulares y los hongos pluricelulares. Los son unidades estructurales y funcionales de los seres vivos super su perior iores es.. Los ór órgan ganos os es están tán con const stitu ituidos idos por var varios ios tejidos tejidos dif difere erente ntess y

 

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realizan un acto concreto. Por ejemplo, el corazón está formado por tejido musc mu scul ular ar,, ep epit itel elia iall y ne nerv rvios ioso o y se enc encar arga ga de bo bomb mbea earr la sa sang ngre re en la circulación sanguínea. Los sistemas son conjuntos de órganos parecidos, ya que están formados por los mismos tejidos, pero que realizan actos que pueden ser completamente inde indepe pend ndie ient ntes es.. Po Porr ejem ejempl plo, o, en el sist sistem ema a musc muscul ular ar ha hay y mú músc sculo uloss que mueven la cabeza, otros que mueven los brazos, etc. Otros sistemas son el óseo, el nervioso y el endocrino. Los aparatos son conjuntos de órganos que pueden ser muy diferentes entre

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sí, pero actos coordinados para constituir lo que llama funció fun ción. n. cuyos Por Por eje ejemp mplo, lo,están el apa aparato rato dige digest stivo ivo est está á form formado ado por se órg órgano anoss una ta tan n diferentes como los dientes, la lengua, el estómago, etc. y todos coordinados realizan la función de la digestión. Nivel de población. Se entiende por población el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado; porr ej po ejem emp plo un una a po pobl blac ació ión n de co cone nejo joss qu que e ha hab bita ita en un mo mont nte e de una una localidad determinada. Nivel de ecosistema. Un ecosistema es el conjunto de los seres vivos y factores ambientales que podemos encontrar en una zona determinada, así  como las relaciones e influencias que todos los elementos establecen entre sí. El conjunto de ecosistemas de toda la Tierra o biosfera puede ser considerado como el nivel más complejo de organización de los seres vivos.

 

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COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MA MATERIA TERIA VIVA 1.- El ENLACE QUÍMICO EN LA MATERIA VIVA Los elementos químicos pueden combinarse entre sí o con otros distintos para formar for mar mol molécu éculas las.. Cada mo molécu lécula la ti tiene ene una unass propie propiedade dadess caract caracterís erístic ticas as,, que dependen de los enlaces químicos q uímicos que compartan entre sus átomos. átomos.

 

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Los electrones están en continuo movimiento alrededor del núcleo, dispuestos en unas regiones del espacio en las cuales la probabilidad de encontrar a un electrón es máxima (orbitales). El ordenamiento electrónico de un átomo es más estable cuando sus orbitales electrónicos están llenos. Cuando un átomo tiene el último orbi orbita tall elect electró róni nico co in inco comp mple leto to,, tend tender erá á a re reacc accio iona narr con con otro otross para que todos ellos queden con suss orbi su rbitales ales co com mple leto toss. Los átomos áto mos rea reacci cciona onant ntes es qued quedarán arán unid un idos os en entr tre econstituye sí po porr un una a enlace fuer fuerza za química que un químico. El enlace químico es una fue fuerza de atrac racció ión n qu que e une átomos, moléculas o iones (unión entre átomos, moléculas o iones). Un ion es un átomo o una molécula con carga eléctrica. En la ma mate teri ria a viva viva lo loss pri rinc ncip ipal ales es tipos de enlaces son: el enlace iónico en entr tre e ione ioness, el enlace covalente en entr tre e áto átomo moss, y lo loss enlaces intermoleculares entre moléculas. El enlace iónico:  Se da cuando uno de los átomos capta elec el ecttrone roness de otro otro.. Un át átom omo o dona los electrones que le sobran de su última capa a otro que los capta cap ta par para a com comple pletar tar su últ últim ima a capa. El átomo q ue capta electr elec trone oness se tra trans nsfor forma ma en un ion negativo o anión, y el que los pierde, en un ion positivo o catión . El anión y catión quedarán unidos por atracción electrostática. El enlace iónico se da entre átomos de electronegatividad muy dif difer eren ente te,, es de deccir ir,, áto tomo moss co con n una gra ran n avide videzz de el elec ecttrone roness, los los muy electronegativos, y átomos que retienen con poca fuerza sus electrones, los poco electronegativos. cuando dosque átomos electrones. El enlace covalen covalente: te: Se forma(electrones Cada par de electrones compartidos girancomparten alrededor de los dos núcleos atómicos), uno de un átomo y otro del otro, forman forman un enlace covalente. Se da en átomos de electronegatividad alta y similar. Si los átomos unidos tienen una electronegatividad similar, dan lugar a moléculas apolares, por ejemplo, los compuestos formados por átomos iguales, H2, O2, etc, y los constituidos por carbono e hi hidr dróg ógeno eno,, co como mo CH4, etc etc. Si un unos os áto tomo moss atraen más hacia sí los electrones, se forman molé mo lécu cula las s po pola lare res s (lo loss elec electtron ones es son comp co mpar artid tidos os de fo form rma a de desi sigu gual al). ). Un nú núcl cleo eo puede ejercer una mayor fuerza de atracción sobre el par de electrones que el otro núcleo y, porr con po consi sigu guien iente te,, el pa parr tien tiende de a es esta tarr má máss cerca de ese átomo. El enlace covalente es polar cuando en el enlace intervienen dos elementos de distin dis tinta ta elec electr trone onegat gativi ividad dad (fu (fuerz erza a de at atracc racción ión que un áto átomo mo ejerce ejerce sob sobre re los elect ele ctro rone nes) s),, es dec decir ir,, co con n di difer feren ente te tend tenden enci cia a a ca capt ptar ar elect electro rone nes, s, és ésto toss se

 

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desplazarán hacia el elemento más electronegativo, quedando una molécula dipolar, que es aquella que tiene zonas de dé débi bile less ca carg rgas as po possitiva vass y negativas (H2O).

Enlaces intermoleculares:

Son los enla en lacces en enttre molé lécu cula lass. Los caso ca soss má máss im impo port rtan ante tess so son n el enla en lace ce de hidr hidróg ógen eno o y las

fuerzas . Son enla lacces de muVan y déder biles leWaals s y es est tán debidos a fuerzas f uerzas electrostát electrostáticas. icas. Enlace de hid idrrógeno: tien ene e lug lugar en enttre molécu cula lass pola po larres es.. Se for forma cuan cuando do un át áto omo qu que e for forma pa part rte e de un enlace covalente polar es atraído por otro átomo de carga eléctrica contraria que forma parte de otro enlace covalente polar. General Gen eralmen mente te es están tán im impl plicad icados os átom átomos os de hi hidr dróg ógeno eno co con n dé débi bill carg ca rga a elec electr trop opos osit itiva iva,, un unido idoss a átomos c on débil carga el elec ecttron roneg ega ativa tiva.. Los Los en enla lacces de hidrógeno son enlaces débiles, sin embargo cuando se forman much mu chos os en enlac laces es de hi hidr dróg ógeno eno,, tienen una fuerza considerable e influyen mucho en la estructura y las propiedades de las l as sustancias. Enlace por fuerzas de Van der Waals: Tiene lugar entre moléculas apolares, a polares, debido a q u e, en determinados instantes, la camb ca mbia iant nte e dist distri ribu buci ción ón electrónica se vuelve asim as imét étri rica ca,, y ap apar arec ecen en dipolos instantáneos (surgen los eledel ctromovimiento nes en lde os átomos). Éstos permiten la atracción atracc ión inte intermo rmolecular lecular.. Cuand Cua ndo o má máss gra grand nde e se sea a una molécula, más fuerza p u ed e alcanzar e st e enla en lace ce,, ya que que ha hay y má máss posibles puntos de atrac accción y las capas electrónicas se deforman def orman más fácilmente. Son fuerzas atractivas no específicas que se originan cuando dos átomos se aproximan a distancias de sus radios de Van der Waals.

2.- COMPONENTES DE LOS SERES VIVOS: BIOELEMENTOS Losella bioelementos los elementos quemoléculas. forman parte la materia viva. En se pueden son encontrar aislados químicos o formando En de cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos

 

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son indi son indisp spen ensa sabl bles es y co comu mune ness a tod todos os los organ organis ismo mos. s. So Sola lame ment nte e un unos os 25 se encuentran de forma permanente en los seres vivos. Se pueden clasificar en: 1. Bioelementos o elementos biogénicos mayoritarios. Son los que se encu en cuen entr tran an siem siempr pre e pr pres esen ente tess en la mate materi ria a vi viva va.. A su vez, vez, se puede pueden n distinguir: • Los Lo s bioe bioele leme ment ntos os pri prima mario rios s aparecen en una proporción medi me dia a del 96 96,2 ,2% % en la ma mate teri ria a viva, y son C, H, O, N, P y S.. Son

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necesarios de las parmoléculas a la constitución de la materia viva. Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de la lass bi biom omol oléc écul ulas as or orgá gáni nica cass (glú (glúci cido dos, s, lí lípi pido doss, pro rote teín ínas as y ácid ác idos os nu nucl clei eico cos) s),, qu que e so son n la lass moléculas que constituyen todos los seres vivos y que, además, en la natu tura rale leza za,, so sola lam ment ente son producidas por ellos. Por esto, a las biomoléculas orgánicas tambien se las denomina principios inmediatos. • Los bioelementos secundarios apar ap arec ecen en en la ma mate teria ria viva viva en una un a pro ropo porc rció ión n de dell 3, 3,3 3%. Lo Loss principales son Ca, Na, K, Mg y Cl . Des esem empe peña ñan n fu func ncio ion nes de vital importancia en la fisiología celular . Los oligoelementos aparecen en la materia viva en una proporción inferior al 0,1% debido a que su función no es estructural, sino catalizadora. • Olig Ol igoe oele leme ment ntos os es esen enci cial ales es. Son esenciales para la vida. Los principales son el Fe, I, F, Zn, B, V, Cu, Cr, Co, Mn, Mo, Se, Si, Sn. A pesar de encontrarse en cantidades muy

pequeñas pequeñ as son indisp indispensa ensables bles para el buen funciona funcionamient miento o de los seres vivos. • Oligoelementos no esenciales. El resto de los elementos químicos. Al, Ni Los bioelementos primarios: La razón de que el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre son los bioelementos mayoritarios de las moléculas biológicas reside en las propiedades que presentan presentan:: • Los seis elementos tienen capas electrónicas externas incompletas. De este modo mo do pu pued eden en for forma marr enla enlace cess co cova vale lent ntes es fá fáccilme ilment nte e y da darr luga lugarr a las las biomoléculas que constituyen las estructuras biológicas y llevarán a cabo las funciones vitales. • Su masa atómica es relativamente pequeña, y esto favorece que al combinarse entre sí se establezcan enlaces covalentes estables. Cuando menor es un átomo, es la tendencia dellos núcleo positivo a completar su último orbital con los mayor electrones que forman enlaces, y, por tanto, más estables son dichos enlaces.

 

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Dado que el oxígeno y el nitróg nitrógeno eno son elementos muy electronegativos, al al establecer enlaces covalentes con los otros tipos de átomos con frecuencia dan lugar a moléculas dipolares. Dado que el agua también es dipolar, estos compuestos se disuelven bien en ella y pueden reaccionar entre sí, haciendo posible los procesos bioquímicos imprescindibles imprescindibles para la vida. Los bio bioele elemen mentos tos ma mayor yorita itarios rios pue pueden den inc incorp orpora orarse rse fác fácil ilmen mente te a los se seres res vivos desde el medio externo, ya que se encuentran en moléculas (CO 2, H2O, NO3-) que pueden ser captadas de manera sencilla. Este hecho asegura el inter intercam cambio bio con const stant ante e de mat materia eria ent entre re los org organi anism smos os vivos vivos y su med medio io

ambiente. Entre los bioelementos, el carbono desempeña un papel fundamental. El átomo de carbon car bono o tienen tienen una con configu figuraci ración ón tet tetraéd raédric rica, a, con cua cuatr tro o val valenc encias ias que pue pueden den unirse a otros carbonos mediante enlaces covalentes simples, dobles o triples (tiene cuatro orbitales con electrones desapareados que se disponen en una estructura tetraéd tet raédric rica). a). De es esta ta ma maner nera a es cap capaz az de form formar ar lar largas gas cadenas cadenas est establ ables es cuya morfología y tamaño variables les permite adquirir, a su vez, estructuras espaciales complejas. Además Además los átomos de carbono establecen fácilmente enlaces con el H, O, N y S. Es Esto to pe perrmi mite te in intr trodu oduci cirr en la lass mo moléc lécul ulas as orgán orgánic icas as difer diferen ente tess grupo gruposs funcionales, es decir, grupos de átomos que confieren propiedades concretas a las molécu mol éculas las que los pos poseen een.. Nin Ningún gún otr otro o ele elemen mento to origin origina a mo molécu léculas las establ estables es tan complejas y diferentes. El hidrógeno es el otro otro ele eleme ment nto o que re resu sult lta a indi indisp spen ensa sabl ble e pa para ra fo form rmar ar la materia orgánica. El único electrón que posee el átomo de hidrógeno le permite formar for mar un enl enlace ace con cual cualquie quiera ra de los ot otros ros bio bioele elemen mentos tos prima primarios rios.. Entr Entre e el hidrógeno y el carbono se forma un enlace covalente apolar lo suficientemen suficientemente te fuerte como para ser estable, pero no tanto como para impedir su rotura, y posibilitar así la síntesis de otras moléculas. El oxígeno es el bioelemento primario más electronegativo. Por ello cuando se enlaza con el hidrógeno atrae hacia sí el único electrón del hidrógeno originándose polos eléctricos. Debido a esto, los radicales –OH, -CHO y –COOH son radicales polar pol ares es.. Si és éstos tos sust sustitu ituyen yen a algu algunos nos hidrógen hidrógenos os de una cade cadena na de carbon carbono o e hidróg hid rógeno enos, s, pueden dar lugar lugar a mol molécul éculas as pol polar ares es que son solub solubles les en líqu líquidos idos polares como el agua. El nitrógeno, al igual que el carbono y el azufre, presenta una gran facilidad para formar compuestos tanto con el hidrógeno como con el oxígeno. Principalmente se encuen enc uentr tra a for forman mando do gru grupos pos am amino ino ((-NH NH2) de los los am amin inoá oáci cido doss (molé molécu cula lass qu que e constituyen las proteínas) y las bases nitrogenadas, que son los componentes de los ácidos nucleicos. El azufre, aminoácidos. básicamente se encuentra en forma de radical sulfhidrilo (-SH) en determinados El fósforo pe perm rmit ite e es esta tabl blec ecer er en enlac laces es rico ricoss en en ener ergía gía.. Inte Interv rvien iene e en la constitución de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), de los fosfolípidos de la membrana plasmática plasmát ica y de los huesos de los vertebrados. Los bioelementos secundarios Los más abundantes son el Na, K, Ca y Mg. Los iones Na+, K + y Cl-, que son los más abundantes en los medios internos y en el interior de las células, intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad y en el equilibrio de cargas a un lado y otro de la membrana plasmática; los inoes Na+ y K +, además, son fundamentales en la transmisión del impulso nervioso. El calcio, en forma de carbonato (CaCO 3), da lugar a los caparazones de los moluscos molus cos y a los esqueleto esqueletoss de otro otross muchos anima animales les y, como ión (Ca +2), actúa en much mu chas as rea eacc ccio ione ness, co como mo lo loss me meca cani nissmos mos de la co cont ntra racc cció ión n mu musc scul ular ar,, la permeabilidad permeabil idad de las membranas celulares, la coagulación de la sangre, etc. El magnesio es un componente de muchas enzimas y del pigmento clorofila.  También  También interv interviene iene en la síntesis y degra degradación dación del ATP, en la replicación del ADN, en la síntesis del ARN, etc.

 

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. El yodo, necesario para formar la hormona tiroidea que regula el metabolismo energético, cuya carencia provoca la aparición del bocio, cretinismo, etc. . El flúor forma parte del esmalte de los dientes, de los huesos y también aparece en la estruc estructur tura a de la pie piel, l, las glándu glándulas las,, etc etc.. Su car carenc encia ia está está re relac laciona ionada da con la aparición de la caries. . El cobalto es un componente de la vitamina B 12, necesaria para la síntesis de hemoglobina y la formación de los eritrocitos. Su carencia origina anemia. . El litio actúa sobre los neurotransmisores y favorece la estabilidad del estado de ánimo. .muchos El cobre se requie requiere re par para a form formar ar laalgunas he hemoc mocian ianina ina,, eloxidasas. pig pigmen mento to re resp spira iratori torio o de invertebrados acuáticos, y para enzimas . El hierro es necesario para sintetizar la hemoglobina de la sangre y los citocromos, enzimas que intervienen en la respiración celular (responsables del transporte de electrones en las cadenas oxidativas productoras de A ATP), TP), es esencial para la síntesis de algunas vitaminas del grupo B.

3.- BIOMOLÉCULAS O PRINCIPIOS INMEDIATOS Los bioelementos se co comb mbin inan an en entr tre e sí pa para ra fo form rmar ar biomoléculas que aparecen siempre en la materia viva, y que pueden aislarse e identificarse mediante técnicas de análisis. Las biomoléculas o principios inmediatos se clasifican en dos grupos: 1.- Biomoléculas o principios inmediatos inorgánicos: son los que además de encontrars encon trarse e en los seres vivo vivos, s, tamb también ién se encuentra encuentran n en la materia iner inerte. te. Son el agua y las sales minerales. 1.1.- Bio Biomol molécul éculas as o pr princ incip ipios ios in inmed mediat iatos os org orgáni ánicos cos:: son su susta stanci ncias as que se hallan exclusivamente en los seres vivos o como resultado de su actividad, cuyo elemento químico principal y mayoritario es el carbono. Son los siguientes: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

4.- EL AGUA El agua es la sustancia química más abundante en la materia viva, la cantidad de agua varía mucho de un organismo a otro, como término medio, puede decirse que el 75% del cuerpo de los seres vivos está formado por agua. En el homb ho mbre re re repr pres esen enta ta el 63 63% % de su peso, en las algas el 95%, en las semillas el 10%, etc. Los tejidos con muccha acti mu activi vida dad d vital al,, co como mo el si sist stema ema ner nervios vioso, o, tie tiene ne má máss agua (85%), mientras que los esqueletos tiene menos del 40%. Es una biomol bio molécul écula a fun fundam damen ental tal,, la vida vida depende del agua. Sin la presencia del agua no se pueden desarrollar la lass rea eacc ccio ione ness bi bioq oquí uími mica cass qu que e posibilitan posibili tan llas as funciones vitales. El ag agua ua se en encu cuen entr tra a en la materia viva en tres formas: como agua circulante circulante (en la sang sangre, re, en la savia, sav ia, etc etc), ), com como o agua in inter terst sticia iciall (entre las células, a veces fuertemente adherida a la sustancia intercelular) y como agua in intr trace acelu lula larr (en (en el ci citos tosol ol y en el interiorLode ce lulares). s losoorgánulos rganismoscelulares). pueden consegu con seguir ir el agua di direc rectam tament ente e a

 

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partir del agua exterior (agua exógena) o a partir de otras biomoléculas mediante diferen dif erentes tes reacci reaccion ones es bio bioquí químic micas; as; es lo que se denomin denomina a agua me meta tabóli bólica ca.. Por Por ejemplo, a partir partir de la oxidación de la glucosa, aparece agua: C6H12O6 + 6O2  → 6CO 2 + 6H2O La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes simples. Es eléctricamente neutra, aunque sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad o capacidad de atraer a los electrones. En la molécula de agua, H2O, los átomos de hidrógeno y el de oxígeno se disponen en el espacio formando unvo) ángulo de 105º, vértice es oxígeno. El oxígeno (elemento más electronegativo) electronegati consigue que los lcuyo os electrones delelenlace estén más cerca de él que del hidrógeno durante más tiempo. Este desplazamiento da lugar a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno y un exceso de carga posi po siti tiva va sobr sobre e los los dos áto átomo moss de hi hidr dróg ógen eno; o; este este ex exce ceso so reci recibe be el no nomb mbre re de densidad de carga. Por lo que en la mo molécula lécula aparece un polo negativo, donde está el átomo de oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos núcleos de hidr hidrógeno, ógeno, debido a la menor densidad electrón electrónica. ica. Las moléculas de agua son dipolos y adquiere carácter polar. Debido a su carácter polar, las molécula moléculass de agua pueden interaccio interaccionar nar entre sí, median mediante te atracc atracciones iones elect electros rostátic táticas, as, esta establecien bleciendo do en enla lace ces s o pu puen ente tes s de hidrógeno. Cada átomo de oxígeno con densidad de carga negativa ejerce atracción sobre cada una de las cargas parciales positi positivas vas de los átomos de hidrógeno de otras moléc mo lécul ulas as;; así, así, cad cada a mo moléc lécul ula a de agu agua a pu puede ede fo form rmar ar ha hast sta a cuat cuatro ro en enla laces ces de hidrógeno: dos por medio de cada uno de sus átomos de hidrógeno y otros dos gracias a su átomo de oxíg oxígeno eno.. Igualment Igualmente e puede forma formarr enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares o iones. Entr En tre e los dipo dipolo loss de dell agu agua a se es esta tabl blec ecen en fuer fuerza zass de at atrac racci ción ón llam llamada adass  puentes de hidrógeno, formando grupos de 3, 4 y hasta poco más de 9 moléculas. Con ello se alcanzan pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido a temperatura ambiente, al contrario de lo que cabría esperar, si se considera que otras moléculas de parecido peso molecular, como el SO 2, el CO 2, etc. son gases. Estas Es tas agru agrupac pacion iones es dura duran n frac fraccio ciones nes de ssegun egundo do ((de de 10-10 a 10-21 seg.). Estos enlaces a pesar de ser muy débiles, son muy importantes en las reacciones que tienen lugar en los seres vivos, y son los responsables de algunas de las propiedades y funciones del agua, como: 1.- Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancia sustancia disuelve, lo que le ha valido el calificativo de disolvente universal. Esta prop Esta propie ieda dad, d, ta tall ve vezz la más más importan impo rtante te para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias polares (grupos -OH de alcoholes y azúcares, grupos -NH2 de amin am inoác oácid idos os,, prot proteí eína nass, ác ácido idoss nucleicos, etc.), pues se disuelven cuando interacionan con las moléculas polares del agua. Debido a la polaridad de su molécula, el agua se puede interponer entre los iones de las redes cristalinas de los compuestos iónicos y sales minerale raless, lo qu que e ori rigi gin na una dis ism minu nucción ión importante importan te de la atracciónpor entre ellos de y provoca su separación (rodeándolos dipolos agua que

 

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impide su unión) y, en definitiva, su disolución. Este fenómeno se conoce como solvatación solvataci ón iónica.  También puede formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas no iónicas, pero que tienen grupos polares, y causar, así mismo su disolución. Una forma de medir la capacidad de una sustancia para disolver compuestos iónicos consiste en calcular el valor de su constante dieléctrica. Esta constante indica la fuerza con la que las moléculas de un disolvente mantienen separados a los iones de carga opuesta, a pesar de la atracción que existe entre ellos, y permite que el co comp mpue uest sto o ión iónico ico pe perm rman anez ezca ca di disu suel elto to.. En el ca caso so del agu agua, a, el va valor lor de la constante a una temperatura de 20 ºC esen deel80; es decir, los que aniones y los cation cationes es sedieléctrica atraen con fuerz fuerza a 80 veces menor seno del agua fuera de ella. La capacidad disolvente es responsable de dos importantes funciones que el agua posee en los seres vivos: . Es el me medio dio don donde de tra trans nscu curre rre la ma mayo yorí ría a de las las re reac acci cion ones es de del  l  metabolismo, pues el requisito indispensables para que dos sustancias reaccionen es que se encuentren disueltas en el mismo medio y puedan interaccionar. Dado que las moléculas deben encontrarse disueltas en un medio líquido para reaccionar entre sí, el agua desempeña un papel fundamental como medio donde tienen lugar las reacciones bioquímicas características de la actividad vital. El protoplasma celular es fundamentalmente acuoso y las actividades metabólicas, responsables de la vida celular, dependen casi todas ellas de las sustancias disueltas o en suspensión que contiene. . Función bioquímica: el agua interviene en muchas reacciones bioquímicas, por ejemplo, en la hidrólisis (rotura de enlaces con intervención de moléculas de agua). . El aporte de nutrien nutrientes tes y la eliminaci eliminación ón de los producto productos s de desecho se realizan a través de sistemas de transporte acuosos (la sangre en los animales y la savia en las plantas) donde se disuelven previamente todas estas sustancias. 2.- Ele Eleva vada da fuerza fuerza de co cohes hesió ión n entre entre sus sus molé molécul culas as: Lo Loss puen puente tess de hidrógeno mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.  Al no poder comprimirse llega a actuar como esque esqueleto leto hidros hidrostátic tático o en algunos animales invertebrados como, por ejemplo, ciertos gusanos perforadores que son capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos;; del mismo modo permite la turgencia de las plantas. internos Grac Gr acia iass a es esta ta pro ropi pied edad ad , el ag agua ua de dese semp mpeñ eña a un una a   funci función ón mecán mecánica ica   (los amortiguadora ver verteb tebrado rados pos poseen een en su suss articu articulaci lacione oness bol bolsas sas de líquid líquido o sinovial que evita (lo el sroce entre loss huesos).   También realiza una función estructural : el volumen y forma de las células que carecen de membrana rígida se mantienen gracias a la presión que ejerce el agua interna interna.. 3.- Elevada fuerza de adhesión adhesión: Est Esta a fuerza está también relacio relacionada nada con los puen pu ente tess de hidr hidróg ógen eno o que se es esta table blece cen n en entr tre e las mo molé lécu culas las de agu agua a y ot otras ras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión, del llamado fenómeno de la capilaridad. Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adher adherirse irse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la acción de la gravedad gravedad.. Columnas est estrecha rechass de agua se extiendan desde las raíces r aíces hasta las hojas. 4.- Elevada tensión superficial: En el interior de una

ma masa sa de puentes ag agua ua,, la las s mo molé lécu cula lass se co cohe hessio iona nan n en enttre sí  mediante de hidrógeno, en todas las direcciones del es espa paci cio, o, po porr lo qu que e la lass fuer fuerza zass se co comp mpen ensa san n. Sin Sin embargo, las moléculas de agua situadas en la superficie

 

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únicamente están sometidas a la acción de las moléculas de agua del interior del líquido al no existir fuerzas de cohesión con las moléculas del aire. Se origina de esta forma una fuerza neta dirigida hacia el interior del líquido que se denomina tensión superficial y permite que la superficie libre del agua se comp co mpor orte te co como mo un una a me memb mbra rana na elás elásti tica ca te tens nsa. a. Que Que pe perm rmit ite, e, por por eje ejemp mplo lo,, el desplazamiento sobre ella de algunos organismos; llenar un recipiente ligeramente por encima del borde sin que se desborde. 5.- Gran calor específico: El calor específico es la cantidad de calor que es necesario comunicar a un gramo de una sustancia para aumentar su temperatura en 1 ºC. Las moléculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor sin elevar notablemente por ello su temperatura, ya que parte de la energía es empleada en romper los enlaces de hidrógeno y no en elevar la temperatura Del mis mismo mo mod modo, o, su tempe temperatu ratura ra des descie ciende nde con más len lenti titud tud que la de ot otros ros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Para ara el elev evar ar en en1 1 ºC la tem empe pera ratu tura ra de un gram gramo o de agu agua a es nece necesa sari rio o proporcionarle mucho calor. Este calor es el mismo que se desprende cuando la misma cantidad de agua desciende 1 ºC su temperatura. Esta Est a pro propiedad piedad tien tiene e imp importa ortantes ntes consec consecuencia uenciass bioló biológicas gicas:: los organ organismo ismoss acuát acu ático icoss pu puede eden n vi vivi virr en un am ambi bien ente te co con n po poca cass fluc fluctu tuaci acion ones es té térrmi mica cass. Lo Loss organismos terrestres se benefician de esta amortiguación térmica gracias a la gran cantidad de agua ag ua que contienen. c ontienen. T Tienen ienen función termorreguladora. Esta propiedad permite que el protoplasma acuoso sirva de protección a las sensibles moléculas orgánicas ante los cambios bruscos de temperatura por actuar como un tampón térmico que mantiene la temperatura del organismo relativamente constante a pesar de las variaciones de la temperatura externa.  También gracias a la conductividad térmica del agua, el calor que se desprende en los procesos metabólicos no se acumula en los lugares donde se produce, sino que se difunde en el medio acuoso y se disipa finalmente hacia el medio externo. externo. 6.- Elevado calor latente de vaporización: A 20º son precisas 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria, primero, para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas de agua lí líqu quida ida y, po post ster erior iorme ment nte, e, pa para ra do dota tarr a es estas tas mo molé lécu culas las de la en ener ergí gía a ciné cinéti tica ca suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor. Este calor es absorbido del ambiente que está en contacto con el agua, lo que hace que la temperatura de este disminuya. disminuya. La extensión de una película de agua a gua sobre una superficie biológica provoca su refrigeración, ya que al evaporarse tomando energía térmica del medio provoca el enfriamiento del conjunto conj unto.. 7.- Densidad: El agua permanece líquida en un amplio margen de temperaturas, entre 0 y 100ºC, que son los más adecuados para los procesos biológicos. Cuando se enfría se co con ntrae su volumen (au aum men entta su densida dad d, pues el grad rado de empaque emp aquetam tamien iento to mol molecu ecular lar es ma mayor yor), ), com como o suc sucede ede en todo todoss los cue cuerpo rpos. s. Sin embargo, cuando la temperatura desciende por debajo de 4 ºC, sus moléculas se acercan tanto que cada una de ellas puede formar enlaces de hidrógeno con otras cuatr cua tro o mo molé lécu culas las,, y cu cuand ando o la temp temper erat atur ura a alc alcan anza za 0 ºC ºC,, se fo form rma a un re retí tícu culo lo espacial estable que ocupa más volumen que el agua líquida, por lo que el hielo es menoss denso y flota en ella (en estado sóli meno sólido, do, el agua se man mantiene tiene por sus puentes puentes de hidrógeno en una estructura rígida cristalina en la que cada molécula de agua está unida con otras cuatro). Gracias a esta anomalía del agua los lagos, ríos y mares comienzan a congelarse desde la superficie hacia abajo, y es esta costra de hielo superficial lo que sirve de abrigo a los seres que viven en las aguas, pues aunque la temperatura ambiental sea en extremadamente (-50 ó su -60ºC), mientrasen el 0ºC, aguay de la superficie se transforme hielo, mantienebaja constante temperatura el agua del fondo queda protegida térmic térmicamente amente del exterior, pudiendo alcanzar los 4 ó 5ºC, que son suficientes para la supervivencia de ciertas especies.

 

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8.- Bajo grado de ionización. La molécula de agua tiene una tendencia leve pero sig pero signi nific ficati ativa va a ion ioniza izarse rse en un ion hidroxilo (OH ) y un hidrogenió hidr ogenión n (H+). En el agua líquida existe una pequeñísima cantidad de moléculas ionizadas (disociadas en iones).

2 H2O ↔ HO- + H3O+ Dos mo moléc lécul ulas as po pola lare ress de ag agua ua pu pued eden en io ioni niza zars rse e de debi bido do a la lass fuer fuerza zass de at atrac racci ción ón po porr puen puente tess de hidrógeno que se establecen entre ellas; el proceso es el siguiente: un ión hidrógeno (H+) de una molécula se disocia de su átomo de oxígeno, al que se encuentra unido covalentemente, y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno. Ésta es la causa de que el agua no sea un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ (hidronio) y OH-(hidroxilo). En el agua pura, a 25ºC, el producto (H 3O+)(OH-) = 1 x 10-14 se denomina  producto iónico del agua  agua y constituye la base para establecer la escala de pH, que sirve para medir la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa, es decir, su concentración de iones H3O+ o OH -. En el agua pura la concentración de iones H3O+ y OH- es la misma e igual a 1. 10-7. En una disolución el producto iónico también se mantiene constante constante,, pero la proporción proporció n de ionesacuosa es variable. Las diso disoluc lucion iones es acu acuos osas as pueden ser: • Neutras, si la conc co ncen enttrac ració ión n de io ion nes + H3O y OH es igual. • Ácidas, si la concentración de iones H3O+ es ma mayo yorr que la de OH . • Básicas, si la concentració concen tración n de iones OH es mayor que la de H 3O+. El grado de acidez o alcalinidad se expresa mediante la escala de pH que ind indica ica la con concen centra tració ción n + de iones H3O en disolución:

pH = - log 10-7 = 7 • • •

pH = - log (H3O+)

Si la disolución disolución es neut neutra ra pH = - log 10-7 = 7 Si la diso disolución lución es ácida: pH < 7 Si la disolución es básica: pH > 7

5.- LAS SALES MINERALES Las sales minerales son moléculas presentes en todos los seres vivos que se encuentran disueltas (sales solubles, presentes en todos los seres vivos) o en estado sólido (precipitadas, que solo las poseen determinados grupos de seres vivos) y que también pueden asociarse a otras moléculas orgánicas. Sales insolubles (precipitadas ): Forman estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén como, por ejemplo: • carbonat onato o cálcico cálcico (CaCO3) de crus Caparazo Capa razones nes de carb crustá táce ceos os y molu molusc scos os o caparazones silíceos (SiO2) de radiolarios y diatomeas (algas unicelulares).

 

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Esqueleto interno de vertebrados, cuya parte mineral está formada por la asoc as ociac iació ión n de va vario rioss co comp mpues uesto toss mi mine nera rales les (fo fosfa sfatos tos,, clorur cloruro, o, fluor fluoruro uro y  carbonatos de calcio)(fosfato tricálcico Ca 3(PO4)2). El fluoruro de calcio, que se encuentra también también en el esmal esmalte te de los dient dientes. es. • Determinadas células vegetales incorporan sales minerales en su pared de celulosa, como, por ejemplo, las células que se encuentran en los bordes de las hojas de caña o las que forman parte de los pelos de la ortiga. Sales solubles: solubles: Se encuentran en forma de soluciones iónicas. Los iones más importantes por su abundancia son los siguientes: •

+

+

++

++

+ 4

+2

+3

Fe , Fe . , K ,, CO Ca ,, CO Mg H-,, NH -- Cationes: Aniones: ClNa , SO PO4 ., Fe 4 3 3 Las sales minerales hidrosolubles, a través de sus iones, cumplen diversas funciones de tipo general , colaborando en el man manteni tenimien miento to de la hom homeostas eostasis is o equilib equi librio rio del med medio io in inte terno rno,, o de tip tipo o esp especí ecífic fico o, que de depe pend nden en del si sist stem ema a biológico en el que se encuentran. =

=

≡

Funciones generales: •

Mantener el grado de salinidad en los organismos. Las concentraciones iónicas de sales minerales se mantienen constantes, dentro de unos ciertos límites es,, en los distintos organ ganismos. En un mismo organ aniismo las concentraciones pueden variar de unos compartimentos a otros, por ejemplo, en el in inter terior ior celu celular lar la con concen centra tració ción n sa salin lina a var varía ía con consid siderab erablem lement ente e con respecto al plasma sanguíneo. Asimismo, existen diferencias importantes en las concentraciones de unos organismos a otros.

•

•

•

•

Regular la actividad enzimática. La presencia desus determinados iones activa o inhi inhibe be reacc reacciones iones bioquím bioquímicas, icas, asociándose asocián dose a la sustancia tancia reaccionante reaccion ante o a las enzimas. Regular la presión osmótica y el volumen celular. La presencia de sales en el medio interno celular es determinante para que se verifique la entrada o salida de agua a través de la membrana. Los medios con alta concentración salina son hipertónicos con respecto a los que tienen una concentración salina menor, e hipotónicos en el caso contrario. Si el medio interno celular es hipe hipertó rtóni nico co con re resp spec ecto to al ex exte teri rior or se produ produci cirá rá en entr trada ada de agua, agua, que ocasion ocas ionará ará aum aument ento o del vol volum umen en celu celular lar;; si la con concen centra tració ción n ión iónica ica en el interior es menor, se producirá el efecto efe cto contrario. Generar potenciales eléctricos. Los iones que se encuentran en el interior de las células no son los mismo que los del medio extern externo; o; por esto, a ambo amboss lados de la membrana existe una diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribuc dist ribución ión de iones provo provoca ca la exi existen stencia cia de un potencial de mem membran brana a que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica. Regu Re gula laci ción ón de dell pH pH.. Co Como mo co cons nsecu ecuen enci cia a del me meta tabo boli lism smo, o, las cé célu lulas las producen prod ucen ácidos y bases. Sin embargo embargo,, para el corr correcto ecto funciona funcionamient miento o de la célula se requiere un pH constante de 7,4. Las variaciones del pH afectan en general a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, in influyen fluyen decisivamente en la actividad catalítica de los enzimas enzimas,, pues están formados por aminoácidos que, en función del pH, pueden comportarse como compuestos ionizados o no, y gen genera erarr ca carga rgass eléc eléctr trica icass que mo modi dific fican an prof profun unda dame ment nte e su acti activi vidad dad biológica.  Los líquidos biológicos no varían apenas su pH por adición de ácidos o bases. Ello se debe, en parte, a que estos líquidos contienen sales minerales que pueden ionizarse en mayor o menor grado dando lugar a iones H 3O+ o a OH- que co cont ntra rarr rres este ten n el efec efecto to de lo loss ác ácido idoss o las ba base sess añadi añadidos dos.. Es Este te fenómeno fenóm eno se denom denomina ina efecto tampón y a estas disoluciones se las llama disoluciones tampón o amortiguadoras. Las disoluciones tampón o variacion amortiguadoras son acuosasse deañadan ácidos débiles débile s que neut neutraliz ralizan an las variaciones es de pH desoluciones un medio aunque cantidades apreciables de un ácido o de una base. Los sistemas tampón se

 

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basan en las propiedades de los ácidos débiles, que son aquellos que no se disocian totalmente en disolución acuosa, y que a determinados valores de pH, actúan como ácidos o como bases, es decir, ceden protones al medio o los aceptan. Cuando en el medio hay un exceso de H 3O+, el tampón actúa como una base y los acepta, y cuando se produce un exceso de OH - actúa como un ácido liberando protones protones.. Los sistemas tampón consisten en un   par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones, respectivamente. Ejemplos: el par carbónicobicarbonato (H2CO 3- HCO3-) y el par H 2PO4-- HPO42-. 2

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Los ion iones eselfos fosfa fato to intracelular ((H ((H PO ) /(HPO ) )(di )(dihidr hidrógeno ógeno fosf fosfato/ ato/ monohidr hidrógeno ógeno en fos fosfato) fato) equilibran medio (mantienen constante el pHmono interno celular 7,2). Los iones bicarbonato ((HCO3)-/(H2CO 3)) equilibran el pH en el medio extracelular. acidifica HPO 42- + H3O+ H2O + H2PO4 Neutraliza Si en la célula aumentara la acidez (H 3O+), la reacción reacción se desp desplazar lazaría ía hacia la izquie izq uierda rda;; y si dis dismi minuy nuyera era,, la rea reacci cción ón se des despla plazar zaría ía hac hacia ia la der derech echa. a. As Asíí se amortiguarían las variaciones   + H + HCO3 H2CO 3 CO 2 + H2O   Si se adiciona un ácido, no todos los iones H + del ácido permanecen en la solución. Muchos de éstos se combinan con los iones bicarbonato para producir más ácido ác ido ca carbó rbóni nico co.. Es Esta ta re reac acció ción n ut util iliz iza a al algun guno o de los los ion iones es H+ en la so solu luci ción ón y disminuye el efecto acidificante del ácido añadido. Si se agrega una base la reacción esencialmente se invierte. Algo del ácido carbónico se ioniza para producir iones bicarbonato y más iones H +, lo que contrarresta algo de la base añadida. Estos iones intervienen también en la conservación de las relaciones osmóticas (regulan la presión osmótica) entre la célula y su medio. Osmosis: La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable (permite (permite el paso de diso disolv lven ente tess, pe pero ro no de solutos) desde una disolución más diluida a otra más concen con centra trada. da. Fenó enómen meno o que se produce cuando dos disoluciones de distinta concentración están separadas por una membrana semipermeable semiper meable que permite el paso de disolvente, pero nada o casi nada el de soluto. En este caso, las moléculas de disolvente, generalmente agua, pasan de la zona donde existe mayor concentración de ésta, a la zona donde hay menor concentración de la misma, o lo que es lo mismo, el agua pasa de la disolución diluida a la concentrada hasta que las concentraciones de soluto se igualan. El porcentaje de moléculas de agua el mayor en la solución más diluida; por tanto, el número de choques es supe su peri rior or en el me medi dio o má máss di dilu luid ido o. Apar Aparec ece e un im impu puls lso o de agua agua ha haci cia a la má máss concentrada. El agua es la molécula más abundante en el interior de todos los seres vivos y es capa capazz de atr atraves avesar ar las me memb mbran ranas as celular celulares es,, que son se semi miper permea meables bles,, par para a penetrar pene trar en el int interior erior celular o sali salirr de él. Es Esta ta capacidad depende de la diferenc diferencia ia de concentración entre los líquidos extracelulares e intracelulares, determinada por la presencia de sales minerales y moléculas orgánicas disueltas.

 

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Los medios acuosos separados por membranas semipermeables pueden tener diferentes concentraciones, y se denominan: • Hipe Hipert rtón ónic icos os,, lo loss que tiene tienen n un una a el elev evada ada conce concent ntrac ració ión n de so solu luto toss co con n respecto a otros en los que la concentración en inferior inferior.. • Hipotónicos, los que contienen una concentración de solutos baja con respecto a otros que la tienen superior. Lass mo La molé lécu cula lass de ag agua ua di difu fund nden en de desd sde e los los medi medios os hipo hipotó tóni nico coss haci hacia a los los hipertónicos provocando un aumento de presión sobre la cara de la membrana del compartimento hipotónico denominada presión osmótica. Como consecuencia del proceso se serían puede isotónicos. alcanzar el equilibrio, igualándose las concentraciones, y entoncesosmótico los medios Como la membrana plasmática es semipermeable, es necesario mantener una concentración salina dentro de la célula igual a la del medio externo para que la célula no tenga pérdida ni ganancia neta de agua. Si la concentración del medio in intr trace acelu lula larr es ma mayo yorr qu que e la de dell me medi dio o ex exte tern rno, o, la entr entrada ada ex exce cesi siva va de agua agua producirá un hinchamiento, conocido como turgencia celular, que puede provocar la rotu tura ra de la membran ana a y la muert erte de la cé célu lula la.. Si, po porr el co con ntrar rario, io, la concentración en el medio interno es menor que en el medi me dio o ex exte tern rno o, la cé célu lula la pierde agua y disminuye su volumen, proceso q ue recibe el nombre de plasmólisis, que puede ocasionar también la muerte celular. Lass cé La célu lula lass po pose seen en sistema mass de regu egula lacció ión n para evitar problemas osmóticos cuando el medio externo es hipotónico o hipertónico en relación con el medio intracelular.

6.- LAS DISOLUCIONES Y LAS DISPERSIONES COLOIDALES En los los se sere ress vivo vivoss el es estad tado o lí líqu quido ido es está tá co cons nsti titui tuido do po porr disp disper ersi sion ones es de muchos tipos de moléculas dispersas o solutos y un solo tipo de fase dispersante o disolvente, que es el agua. Los solutos pueden ser de bajo peso molecular (se denominan cristaloides, con diámetros inferiores a 10-7) como, por ejemplo el cloruro sódico y la glucosa; o pueden pue den se serr de ele elevado vado pes peso o mo molecu lecular lar (se (se den denomi ominan nan coloides, con diáme diámetros tros -7 superiores a 10 ), como, por ejemplo, las proteínas, polisacáridos. Las dispersiones de so solu luto toss de ba bajo jo pe peso so mo molec lecul ular ar se den denom omin inan an disolucione disoluciones s verdaderas o simplemente disoluciones, y la lass de elev elevad ado o pes eso o molecu lecula larr se de deno nom mina inan dispersiones coloidales. Los agregados moleculares que forman las dispersiones coloidales reciben el nombre de micelas. La naturaleza de estas micelas puede ser de muy variada composición. Las micelas, a su vez, pueden ser pequeñas gotitas de líquido que tienen en disolución moléculas o iones. Cuando las micelas se encuentran en fase líquida y son inmiscibles con el líquido dispersante, la dispersión coloidal resultante se denomina emulsión. Según su comportamiento frente frente al ag agua, ua, 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 ag ua de la fase dispersante.

Propiedades de las dpresentarse ispersiones coloida coloidales les de gel. Las dispersiones coloidales Capacidad dedispersiones en estado pueden presentarse en dos estados: en forma de sol o estado líquido, y en forma de

 

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gel o estado sem semisól isólido. ido. El sol se produ produce ce cuando la fase dispers dispersa a es un sólido y la fase dispersante es un líquido. Tiene aspecto de líquido. El gel se produce cuando la fase dis dispe perrsa es un líq íqu uid ido o y la fase fase di disspe pers rsa ante es un co con njun junto de fib fibra rass entrelazadas entre las cuales quedan retenidas por capilaridad e hidratación las moléculas del líquido. Tiene aspecto semipastoso o gelatinoso. Pres Presen enta ta es esta tado do de ge gell el ci cito toso soll qu que e hay hay en la pe peri rife feria ria de la cé célu lula la (ectoplasma ), mientras mientras que el citosol interior ( endoplasma) presenta estado de sol. El paso del ectoplasma a estado de sol permite la emisión de pseudópodos, y por tanto, el movimiento ameboide y la fagocitosis. La transformación de sol en gel, y v ice iceversa, está de enproteínas relació ación nfibrilares. con la sín ínttes esiis o con con la despolimeriza zacción ión, respectivamente, Efecto Tyndall. Aunque las dispersiones coloidales son transparentes, cuando de iluminan lateralmente sobre un fondo oscuro se observa cierta turbidez, ya que las partículas coloidales, debido a su tamaño, difunden la luz. Movimiento browniano. El estado líquido de la fase dispersante implica el continuo movimiento de sus componentes moleculares. Este movimiento, arbitrario y desordenado, es característico de las partículas coloidales, al ser desplazadas por las moléc mo lécul ulas as de la fa fase se di disp sper ersa sant nte. e. El mo movi vimi mien ento to brow browni niano ano ayu ayuda da a que las partículas coloidales se mantengan suspendidas en el medio sin sedimentar sedimentar.. Elevada viscosidad. La viscosidad es la resistencia interna que presenta un líquido al movimiento relativo de sus moléculas. Las dispersiones coloidales son muy viscosas, al contener moléculas de gran tamaño, y su viscosidad se incrementa a medida que aumenta a umenta la masa molecular o el número de partículas coloidales. Sedimentación. Las dis disper persio siones nes colo coloidal idales es son es estab tables les en con condic dicion iones es normales; pero si se someten a fuertes campos gravitatorios (ultracentrifugación: rotación con elevada velocidad angular, originándose una fuerza centrífuga de miles de ve vece cess la fu fuer erza za de la gr grav aved edad ad), ), se pu pued ede e cons conseg egui uirr qu que e se sedi dime men nte tess su suss partículas. Elevada adsorción. La adsorción es la capacidad de atracción que ejerce la superficie de un sólido sobre las moléculas de un líquido o un gas. Las partículas coloidales tienen un gran poder adsorbente sobre otras moléculas presentes en las dispersiones. Diálisis. Es la se sepa para raci ción ón de la lass pa part rtíc ícul ulas as disp disper ersa sass de elev elevad ado o peso peso molecu mol ecular lar (colo (coloides ides)) de las de ba bajo jo pes peso o mo molecu lecular lar (c (cris ristal taloid oides) es),, gracias gracias a una membr mem brana ana se semi miper permea meable ble que sól sólo o deja pas pasar ar las molécu moléculas las peq pequeñ ueñas as (agua (agua y cristaloides), pero no las grandes. Electroforesis. Es el transporte de las partículas coloidales gracias a la acción de un campo eléctrico a través de un gel.

a.Bioelementos y biomoléculas 1. Los bioelementos que se encuentran en cantidades muy pequeñas, se denominan: a) Elementos plásticos b) Elementos secundarios c) Oligoelementos 2. responde verdadero o falso a las siguientes afirmaciones y si es falso explica por qué. a) El carbo carbono no es el elemen elemento to clave de la vida, muy muy fáci fácill de obtene obtenerr por los ser seres es vivos porque es el más abundante a bundante en la corteza terres terrestre. tre. b) El agua es una mol molécula écula po polar lar y el m metan etano o apolar apolar.. c) El enl enlace ace covalen covalente te es má máss fuer fuerte te que el iónico iónico,, per pero o éste es más más déb débil il que el enlace de hidrógeno. d) La molécul molécula a siguien siguiente te tien tiene e un grupo a amino mino y u un n grupo ácido ácido..

 

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e) La sig siguie uient nte e mol molécu écula la es un á ácid cido. o.

3. Indica cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones es/son verdadera/s: a) El carbono tiene una configuración tetraédrica con c on cuatro valencias que pueden unirse a otros carbonos por enlaces simpl simples, es, dobles o triples. b) Los elementos plásticos presentes en la materia viva corresponden con los átomos de mayor tamaño y por eso forman enlaces covalentes estables. c) Los átomos de carbono establecen fácilmente enlaces con el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. d) El azufre y el fósforo son bioelementos de pequeño tamaño y por ello forman f orman enlaces poco estables 4.- a) ¿Qué quiere decir que el agua ag ua es un dipolo eléctrico?. b) ¿Por qué se dice que el agua es el disolvente universal?, y ¿qué funciones desempeña gracias a esta propiedad?. c) ¿Qué es el calor de vaporización?; ¿y el calor específico?. ¿Qué significado tienen para la célula?. d) ¿De qué maneras puede intervenir el agua en las reacciones metabólicas?. e) ¿Por qué es posible la vida bajo las aguas a guas heladas?. 5. Relaciona las propiedades del agua con sus funciones biológicas, estableciendo estableciendo la correspondencia correspon dencia entre las dos columnas adjuntas: a) Elevad Elevada a ccapac apacidad idad dis disolv olven ente te y dis dispe persa rsante nte.. 1) Evita Evita la acumula acumulació ción n de ccalor alor.. b) Elevada tensión superfici superficial. al. 2) Reactivo químic químico. o. c) Al Alto to calo calorr es espec pecífic ífico. o. 3) Amor Amortig tiguado uadorr de los cambio cambioss térmicos de las células. d) Alta Alta con conduc ducti tivi vidad dad.. 4) Veh ehíc ícul ulo o de tran transp spor orte te de sustancias. e) Alto calor de vaporización. 5) P Pe ermite e ell de d esplazamiento d de e falgunos ) Capacidad para disociarse. corporal.

6) R Re egulador d de einsectos lla a tte emen perella. atura

7) Medio de reacción. 6. ¿De qué estamos hablando en las siguientes frases? a) Valor del pH de una disolución cuya (H +) = 10-3. b) Enlac Enlaces es que hacen que el agua sea líquid líquida a a 30º C cuando, por por su masa masa,, deber debería ía ser gas. c) Es la fu función nción d de e una molécu molécula la que acelera un una a reacción quími química ca celula celularr. d) Nive Nivell de organ organizació ización n forma formado do por células se semejan mejantes tes y de igual función función.. e) Indi Individuos viduos de la mis misma ma especie especie que viven en un tterr erritorio itorio.. f) Cada uno de los seis eleme elementos ntos mayo mayorita ritarios rios en los sseres eres vivos vivos.. g) Son bioe bioelem lemen entos tos que se encuen encuentra tran n en muy peq pequeñ ueña a propo proporc rción ión en los ser seres es vivos, pero son imprescindibles para la vida. h) También se los llama pri principios ncipios iinmediatos. nmediatos. 7. El agua tiene un alto calor específico y por ello: a) Se eva evapor pora a fá fácil cilmen mente. te. b) Es d difíci ifícill que se cal caliente iente de m manera anera muy b brusca rusca..

 

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c) Es difíci difícill que se enf enfríe ríe de m manera anera muy brus brusca. ca. d) Tie Tiene ne men menor or den densidad sidad en estado sólido qu que e en líqui líquido. do. 8. Las sales minerales en disolución: a) Aportan energía a las células c) Intervienen en los procesos osmóticos b) Están disociadas en iones d) Sólo tienen función de sostén 9. Si se coloca una célula vegetal en un medio hipertónico: a) No ocurre nada por tener la célula pared celular. b) Sale agua y la célula se plasmoliza. y laextracelular célula se pone turgente. 10.c)SiEntra en elagua medio el pH varía hacia la basicidad, la sustancia tampón que actúa para mantener la neutralidad es el: a) Ácido carbónico c) Ácido fosfórico b) Hidrógeno carbonato de sodio d) Fosfato de sodio 11. Al añadir un ácido a una disolución de ClNa se produce un gran descenso en el valor del pH. Sin embargo, si se añade la misma cantidad de ácido al plasma sanguíneo apenas cambia el pH. Proponer una explicación para este hecho. ¿Qué es una solución tampón o amortiguadora?. 12. Observa el esquema en que se representa la respuesta de un glóbulo rojo humano a los cambios de osmolaridad (también llamada concentración osmótica) del medio extracelular. El dibujo correspondiente al número 2 es la situación normal en el torrente sanguíneo.

a) explica qué ha ocurrido en las situaciones 1, 2, 3 y 4, y qué concentraciones osmóticas, relativas al interior celular, se presumen en el exterior. b) Explica cuál es el papel de la membr membrana ana plasmática en este proceso. 13. a) Diferencia una solución verdadera de una coloidal. b) ¿Qué tipo de sustancias dispersa el agua?. c) ¿Cuál es la característica que se observa en los coloides cuando se someten al efecto Tyndall?. d) ¿Cómo se puede separar una mezcla de coloides?. e) ¿Por que se pueden separar las partículas coloidales de los cristaloides en una solución?. f) ¿Qué importancia tiene para la célula la conversión c onversión sol-gel y viceversa?. 14. Indica cuál o cuáles de estas afirmaciones es/son verdadera/s: a) Las proteínas y polisacáridos forman dispersiones coloidales. b) Las dispersiones coloidales no se pueden sedimentar de ninguna manera. c) Gracias a su poder adsorbente, los coloides penetran a través de la membrana plasmática plasmát ica de las células. i. 15. Indica si son verdaderas o falsas: a) La ósmosis es el paso de iones i ones a través de la membrana plasmática. plasmática. b) Los puen puentes tes de hidró hidrógeno geno y las inte interaccion racciones es iónica iónicass son enlaces cov covalent alentes es c) El agu agua a es un di dipo polo lo.. d) Si una célula se encu encuent entra ra en un medio hip hipotó otónic nico, o, se produ produce ce la plas plasmól mólisi isiss de la célula. e) Los bioelemen bioelementos tos son elementos quí químicos micos que form forman an parte de los seres vivos. f) LEn plas plasmóli sis llas deshidratan a las ósm osimólisis s es a células difus fusió ión nseddeshi e undratan solut luto a travé véss de una membran ana a semipermeable.

g)

 

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h) El enla enlace ce fosfo fosfodies diester ter es el que se est estab ablece lece entre entre dos grupo gruposs hidr hidrox oxilo ilo de diferentes monosacáridos. i) En lla a tu turge rgesce scenci ncia a las ccélu élulas las sse e hi hinc nchan han..