Presentació del tema 2 de l'assignatura de biologia de 2n de batxillerat. Presentació preparada amb el llibre de 2n de Batxillerat Santillana i altres materials.

1. UNITAT 2
Els bioelements,
l’aigua i les sals
minerals
1

2. Què estudiarem?
1. Els bioelements
2. Les biomolècules o principis
immediats
3. L’aigua
4. Les sals minerals
5. Les dissolucions i les dispersions
col·loïdals
2

3. 1. Els bioelements
3

4. 1.1. Bioelements primaris
• 96,2% de la matèria viva
• C, O, N, H, P, S
• Característiques:
– Es troben fàcilment a l’atmosfera, la hidrosfera, la
litosfera i la biosfera encara que en % diferents
– Massa atòmica petita i variabilitat de valència
→ formació enllaços covalents estables (8e-)
– Gran afinitat de C i N amb O i H
→ possibilitat de passar de l’estat oxidat al
reduït (fotosíntesi, respiració cel·lular)
– Els seus compostos amb polaritat → fàcil
dissolució dins l’aigua (incorporació, eliminació)
4

5. 1.1.1. Grup del carboni i de
l’hidrogen
• C: Z=6 (p+), A=12 (p+ i n);
• 4 electrons a la darrera capa → pot formar 4 enllaços
(simples) covalents
–Amb altres C
–Amb àtoms diferents, generalment H
• Es poden formar llargues cadenes hidrocarbonades
• C i H formen enllaç covalent apolar → insoluble en aigua
• Pot formar enllaços dobles o triples
• Estructura tridimensional tetraèdrica
5

6. 1.1.2. Grup de l’oxigen, del nitrogen,
del sofre i del fòsfor
• Són electronegatius → amb H formen molècules
dipolars (H2O, SH2, NH3, etc.)
• Una cadena hidrocarbonada + un grup polar
NH2, SH, etc. → polar = soluble dins aigua
• Oxigen:
– És el més electronegatiu → aporta més polaritat
– És el més abundant perquè forma l’aigua
6

7. • Nitrogen:
– Dins grups amin (-NH2) dels aminoàcids
– Dins les bases nitrogenades dels àcids nucleics
• Sofre:
– Dins radical sulfhidril (-SH) de proteïnes
– Els radicals intervenen en estructura de les
proteïnes amb enllaços disulfur (enllaç de 2 radical
–SH)
• Fòsfor:
– Dins grup fosfat (-PO4)3-
• Per ATP, que són molècules energètiques
• Per formar fosfolípids de membrana cel·lular
7

8. 1.2. Els bioelements secundaris
• Bioelements en proporció superior al 0,1%
• Na, K, Cl:
– Dissolts en el medi intern i a l’interior de la cèl·lula
formen ions: Na+, K+, Cl-
– Mantenen el grau de salinitat i l’equilibri de càrregues
elèctriques de cada banda de la membrana plasmàtica
– Na+ i K+ són fonamentals per transmissió de l’impuls
nerviós
8

9. • Ca:
– CaCO3: esquelet, closca mol·lusc.
– Ca2+: contracció muscular, permeabilitat membranes
cel·lulars, coagulació sang, etc.
• Mg2+:
– Component enzimes
– Pigment clorofil·la
– Síntesi i degradació de l’ATP
– Replicació i estabilització ADN
– Síntesi ARN
9

10. 1.3. Els oligoelements
En proporcions inferiors al 0,1%
1.3.1. Oligolements variables
• Només en alguns organismes
• I: és imprescindible als vertebrats,
però no a altres animals. Formació
hormona tiroxina.
10

11. 1.3.2. Oligoelements indispensables
• Funció catalitzadora (↑ velocitat reacció)
• Fe2+: composició de la hemoglobina, de la
mioglobina i dels citocroms (respiració cel·lular)
• Zn: abundant en el cervell, ens els òrgans
sexuals i en el pàncrees
• Cu: component de la hemocianina (pigment
respiratori dels invertebrats aquàtics)
• Co: composició de la vitamina B12 i
d’enzimes reguladores fixació N2
• F: present a dents i ossos
11

12. 2. Les biomolècules o els
principis immediats
• Extracció de la matèria viva per mètodes físics
a través d’evaporació, de fliltració, de diàlisi, etc.
• Biomolècules = unió de bioelements
• Monomers Polimers = Macromolècula
12

13. 2.1. Classificació de les
biomolècules
Simples
Oxigen molecular (O2)
Amb àtoms del
Nitrogen molecular (N2)
mateix element
Aigua (H2O)
Biomolècules
Inorgàniques Diòxid de carboni (CO2)
Sals minerals (NaCl, CaCO3, etc.)
Compostes
Amb àtoms
d’elemens Orgàniques Glícids (formats per C,H i O)
diferents Constituïdes per Lípids (formats per C i H i un petit % d’O)
polímers de carboni i Proteïnes (formades per C,H,O,N i S)
hidrogen Àcids nucleics (formats per C,H,O,N i P)
13

14. 2.2. Funcions de les
biomolècules
• Estructurals: formen peces amb funció
de sosteniment (membrana cel·lular,
esquelet, etc.)
• Energètiques: s’obté energia per un
procés d’oxidació (amb O2 = respiració)
• De reserves: s’emmagatzemen per
obtenir energia en un altre moment
• Reguladores: intervenen en activitats
cel·lulars = biocatalitzadors
14

15. 3. L’aigua
3.1. Importància de l’aigua en els
éssers vius
• Component més abundant en la matèria viva
• % variable segons els teixits:
• + activitat fisiològica → + contingut en aigua
• exemples → llavor: 20% , embrió humà: 94%, teixit
nerviós: 85%
• Obtenció a partir de:
• l’exterior
• del metabolisme (aigua metabòlica) → oxidació glucosa
15

16. • 3 formes distintes:
― Aigua circulant:
• Sang, saba
• En persones: 8% de massa
― Aigua intersticial:
• Entre les cèl·lules
• Adherida a substàncies intercel·lulars = aigua de imbibició (teixit
conjuntiu → acumula energia, suport a les cèl·lules, protegeix
d’infeccions, etc.)
• En persones: 15% de massa
― Aigua intracel·lular:
• Al citosol i a l’interior d’orgànuls cel·lulars
• En persones: 40 % de massa
16

17. 3.2. Estructura química de la molècula d’aigua
•Molècula dipolar: Angle 104, 45º:
•Forces d’atracció entre els dipols
⇒ enllaços d’hidrogen
⇒ polímers de 3 a 9 molècules de H2O
⇒ massa molecular elevada
⇒ aigua es comporta com un líquid (altres substàncies
amb massa molecular similar són gasoses: CH4, H2S)
17

18. 18

19. 3.3. Propietats de l’aigua
Les propietats de l’aigua són inherentes a la
seva estructura.
• Elevada força de cohesió entre les
molècules a causa dels enllaços d’hidrogen
• Líquid quasi incompressible que proporciona:
– Volum a les cèl·lules
– Turgència a les plantes
– Esquelet hidrostàtic dels anèlids, de les meduses, etc.
19

20. 20

21. • Elevada força d’adhesió: capacitat
d’adherir-se a les parets de conductes de
diàmetre petit i pujar en contra de la
gravetat = capilaritat
– Permet ascensió saba bruta
• Elevada tensió superficial: superfície
oposa resistència a trencar-se
– Els sabaters viuen damunt aquesta capa
superficial
21

22. 22

23. • Elevat calor específic (calor necessari
per pujar la temperatura d’una substància):
És alt perquè s’han de trencar els enllaços
d’hidrogen.
– Bon estabilitzador tèrmic davant canvis bruscos de
temperatura
• Elevat calor de vaporització: És alt
perquè s’han de trencar els enllaços
d’hidrogen.
– Bona substància refrigerant de l’organisme (suor)
23

24. • Densitat més alta en estat líquid que en estat
sòlid. En estat sòlid, els enllaços H formen un
reticle que ocupa un volum més gran que en estat
líquid.
– El gel flota damunt l’aigua, forma capa termoaïllant,
possibilita la vida sota el gel
• Elevada constant dielèctrica (dipol) gran
dissolvent. Envolten el solut.
– Dels compostos iònics (sals minerals)
– Dels compostos covalents polars (glucosa)
24

25. Les molècules d’aigua es col·loquen al voltant
dels grups polars del solut:
25

26. • Baix grau de ionització
Si afegim a l’aigua un àcid o una base, encara que sigui en petites
quantitats, els nivells de H3O+ o de OH- varien bruscament
26

27. 3.4. Funcions de l’aigua
en els éssers vius
• Dissolvent → facilita dissolucions
• Reactiu → reaccions d’hidròlisis o de
fotosíntesis
• Transportadora de substàncies
• Estructural en cèl·lules no rígides
• Amortidor mecànic → líquid sinovial de les
articulacions
• Termoregulador
27

28. 4. Les sals minerals
En els éssers vius es poden trobar de 3
formes :
• Substàncies minerals precipitades
• Sals minerals dissoltes
• Sals minerals associades a molècules
orgàniques
28

29. 4.1. Substàncies minerals
precipitades
• Constitueixen estructures sòlides,
insolubles, amb funció esquelètica
• CaCO3: closca de mol·lusc
• Ca3(PO4)2 i CaCO3 : els ossos
• SiO2: exosquelet de diatomees
29

30. 4.2. Sals minerals dissoltes
• Les substàncies minerals es dissolen i donen:
– Cations: Na+, K+, Ca2+, Mg2+
– Anions: Cl-, SO42-, PO43-, CO32-, HCO3-, NO3-
• Mantenen constant el grau de salinitat
• Actuen com a tampons → mantenen constant
el grau d’acidesa → efecte amortidor
• Intervenen en l’equilibri osmòtic → pressió
osmòtica i volum cel·lular
• Generen potencial elèctric (ions de l’interior
de la cèl·lula diferents dels ions de l’exterior)
30

31. 4.3. Sals minerals associades a
molècules orgàniques
• Associats
– Amb proteïnes → fosfoproteïnes
– Amb lípids → fosfolípids
• Formen part de moltes molècules orgàniques:
– Fosfats → àcids nucleics
– Mg → clorofil·la
– Fe → hemoglobina
– Cu → hemocianina
– I → tiroxina
31

32. 5. Les dissolucions i les
dispersions col·loïdals
Els fluids en els éssers vius consten:
• Fase dispersant: és l’aigua
• Fase dispersa o solut: són partícules de distintes mides
Segons la mida de les partícules:
• Dissolució: partícules < 5 nm
– Són mescles homogènies i les partícules no sedimenten
• Dispersió col·loïdal: 5nm < partícules < 200 nm
– Les partícules no sedimenten
– Reflecteixen i refracten la llum
– No poden travessar membranes que només són permeables
a dissolvents
32

33. 5.1 Propietats de les
dissolucions vertaderes
1. Difusió: les partícules d’un solut es distribueixen
uniformement en un dissolvent de tal manera que en
qualsevol punt de la dissolució hi hagi la mateixa
concentració
– Absorció de
l’oxigen per l’aigua
– Humidificació
de l’aire
33

34. 2. Osmosi:
• Comportament de dues solucions separades per
una membrana semipermeable
• Si disposam a cada banda d’una membrana
semipermeable dues dissolucions de
concentració diferent, l’aigua passa des de la més
diluïda (hipotònica) a la més concentrada
(hipertònica) = osmosi
• La pressió necessària per contrarestar el pas de
l’aigua s’anomena pressió osmòtica.
34

35. Membrana
semipermeable
Molècula
de dissolvent
Flujo de moléculas
de disolvente
Solució amb alta Solució amb baix Ambdues solucions igualen
concentració concentració la seva concentració
35

36. • En medis hipotònics, isotònics, hipertònics
Medi extern isotònic
Medi extern hipertònic
Medi extern hipotònic
36

37. • La membrana semipermeable impedeix el pas del solut
del medi hipertònic al medi hipotònic
• Però el dissolvent (aigua) pot passar en sentit contrari
37

38. • Les cèl·lules i la pressió osmòtica
38

39. 3. Sistemes tampons o amortidors
• La majoria de processos biològics depenen del pH
• Un canvi de pH
– Canvia sentit de la reacció
– Enzimes precipiten
• Dissolució tampó compostes
– Àcids dèbils
– Base conjugada
• Actuen com acceptor o donant de H+ per
compensar un excés o dèficit de H+ per mantenir pH
constant
• Sistema tampó fosfat:
H2PO4- <--> HPO42- + H+
• Sistema tampó bicarbonat
H+ + HCO3- <--> H2CO3 <-->CO2 + H2O
39

40. Sistema tampó fosfat:
Sistema tampó bicarbonat
40

41. 5.2. Propietats de les dispersions
col·loïdals
1. Capacitat de presentar-se
en forma de gel
• Forma sol: aspecte líquid
— Fase dispersa (solut)= sòlid
— Fase dispersant = líquid
• Forma gel: aspecte gelatinós
semipastós
— Fase dispersa (solut) = líquid
— Fase dispersant = conjunt de fibres
entrellaçades, (les molècules d’aigua hi
queden retingudes)
41

42. 42

43. • El pas d’un estat a un altre és reversible
• Factors físics i químics que poden fer passar la
solució col·loïdal sense necessitat de variar la
concentració:
– pH
– Temperatura
– Alteració en la concentració de determinats ions
presents en el medi
2. Elevat poder adsorbent
• Adsorció: és l’atracció que exerceix la superfície
d’un sòlid sobre les molècules d’un líquid o gas.
43

44. 3. Separació per diàlisi
• Separació de partícules disperses segons la seva
massa molecular, gràcies a una membrana
semipermeable
• Aplicació: hemodiàlisi
44

45. 4. Elevada viscositat
• Resistència interna d’un líquid al moviment relatiu de
les seves molècules
5. Efecte Tyndall
• Una il·luminació lateral sobre fons fosc permet
observar opalescència = reflexió dels rajos lluminosos
45

46. 6. Capacitat de sedimentació
• Dispersions col·loïdals estables, però es poden
sedimentar les partícules amb centrifugació
7. Capacitat de resposta a l’electroforesi
• Igual transport de les partícules col·loïdals
gràcies a un camp elèctric a través d’un gel.
• Major velocitat de migració quan més alta és la
càrrega elèctrica i més baixa, la massa molecular
46

47. Cada mostra conté diferents proteïnes
Al gel se li aplica un Cada banda blava
camp elèctric representa una
proteïna diferent
47