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T.1 bioelementos, agua y sales minerales

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T.1 bioelementos, agua y sales minerales

  1. 1. TEMA 1TEMA 1 Bioelementos, agua y sales minerales
  2. 2. Bioelementos
  3. 3. Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen la materia viva. Se pueden clasificar en dos grupos: los bioelementos primarios y los bioelementos secundarios. Los bioelementos primarios. Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de las biomoléculas orgánicas (glúcidos. lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Son un grupo de seis elementos, que constituyen el 96,2 % del Total de la materia viva. Son el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrogeno (H), elSon el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrogeno (H), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S).nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). CHONPSCHONPS Bioelementos
  4. 4. Los bioelementos secundarios: Son todos los bioelementos restantes. En este grupo se pueden distinguir dos tipos: •Los indispensables, no pueden faltar porque son imprescindibles para la vida de la célula, y que, en mayor o menor proporción, se encuentran en todos los seres vivos. Son bioelementos secundarios indispensables el calcio (Ca), el sodio (Na), el potasio (K), el magnesio (Mg), el cloro (Cl), el hierro (Ee), el silicio (Si), el cobre (Cu), el manganeso (Mn), el boro (B), el flúor (F) y el yodo (I). •Los variables, que son los que si pueden faltar en algunos organismos. Son bioelementos secundarios variables, por ejemplo, el bromo (Br), el cinc (Zn), el titanio (Ti), el vanadio (V), y el plomo (Pb). Los que se encuentran en proporciones inferiores al 0.1 % se denominan oligoelementos
  5. 5. El carbono 1. Tiene cuatro electrones en su periferia y puede formar enlaces covalentes estables con otros carbonos. 2. Puede constituir largas cadenas de átomos (macromoléculas). 3. Los enlaces pueden ser simples (C—C), dobles (C=C) o triples (C C), Puede unirse≡ a otros elementos (-H, =0, -OH, -NH2. -SH, -H2PO4, etc.), formando un gran número de moléculas diferentes, que posibilitan una gran variabilidad de reacciones químicas. 4. Por otro lado, los cuatro enlaces covalentes forman un tetraedro imaginario. Esto permite la formación de estructuras tridimensionales que permiten forman grandes macromoléculas. Los enlaces de carbono son lo suficientemente fuerte para ser estable, pero no tanto como para impedir que se rompan.
  6. 6. El azufre Básicamente se encuentra en forma de radical sulfhidrilo (—SH) en determinados aminoácidos. Estos radicales permiten establecer, entre dos aminoácidos próximos, unos enlaces covalentes fuertes denominados puentes disulfuro (-S-S-), que mantienen la estructura de las proteínas.
  7. 7. El fósforo Este elemento permite establecer enlaces ricos en energía. Al romperse el enlace que une dos grupos fosfato generalmente de una molécula de ATP, se libera al organismo la energía contenida (respiración). Además, el fósforo interviene en la constitución de los ácidos nucleicos (ADN y ARN).
  8. 8. Los bioelementos secundarios Se puede distinguir entre los que son abundantes y los oligoelementos. Los más abundantes son el Na, K, Mg, Cl y Ca. Sus funciones son: 1.Los iones Na+, K+ y Cl-, que son los iones más abundantes en los medios internos y en el interior de las células, intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad.
  9. 9. El magnesio es un componente de muchas enzimas y del pigmento clorofila. El calcio, en forma de carbonato (CaCO3), da lugar a los caparazones de los moluscos y a los esqueletos de otros muchos animales. El ión (Ca2+), actúa en a contracción muscular.
  10. 10. El hierro es necesario para sintetizar la hemoglobina de la sangre (transportador de moléculas de oxígeno) El cobre se requiere para formar la hemocianina, pigmento respiratorio de muchos invertebrados acuáticos.
  11. 11. El cobalto hace falta para sintetizar la vitamina B12 (mantiene el sistema nervioso). El litio actúa incrementando la secreción de los neurotransmisores y favorece la estabilidad del estado de ánimo en enfermos de depresiones.
  12. 12. El yodo es necesario para formar la hormona tiroidea, responsable del ritmo del metabolismo energético. Su falta provoca el bocio. El flúor se encuentra en el esmalte de los dientes y en los huesos. Su carencia favorece la caries de los dientes.
  13. 13. El agua El agua es la sustancia química más abundante en la materia viva. La cantidad presente en un organismo depende de la especie, de la edad del individuo y del órgano.
  14. 14. El agua se encuentra en la materia viva en tres formas: 1. Como agua circulante, por ejemplo, en la sangre, en la savia, etc. Se encarga principalmente del transporte de sustancias. 2. Como agua intersticial, entre las células. 3. Como agua intracelular, en el citosol y en el interior de los orgánulos celulares. En los seres humanos, el agua circulante supone el 8 % de su peso, el agua intersticial el 15 %, y el agua intracelular el 40 % Agua intersticial
  15. 15. Propiedades del aguaPropiedades del agua 1. Elevada fuerza de cohesión y capilaridad. 2. Elevada tensión superficial 3. Elevado calor específico. 4. Elevado calor de vaporización. 5. Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido 6. Elevado poder disolvente. 7. Bajo grado de ionización.
  16. 16. 1.- Elevada fuerza de cohesiónElevada fuerza de cohesión entre sus moléculas, debida a los puentes de hidrógeno Ello explica que el agua sea un líquido prácticamente incompresible, idóneo para dar volumen a las células, provocar la turgencia de las plantas, constituir el esqueleto hidrostático de anélidos y celentéreos, etc.
  17. 17. Elevada fuerza de adhesión (capilaridad).(capilaridad). El fenómeno de la capilaridad depende tanto de la adhesión de las moléculas de agua a las paredes de los conductos como de la cohesión de las moléculas de agua entre sí. Esta propiedad explica, por ejemplo, que la savia bruta ascienda por los tubos capilares
  18. 18. 2.- Elevada tensión superficial,2.- Elevada tensión superficial, es decir, que su superficie opone una gran resistencia a romperse, debido a la cohesión de sus moléculas. Esto permite que muchos organismos vivan asociados a esa película superficial y que se desplacen sobre ella.
  19. 19. 3.- Elevado calor específico3.- Elevado calor específico (amortiguador térmico) •El agua puede absorber grandes cantidades de calor, mientras que, proporcionalmente, su temperatura sólo se eleva ligeramente. •El agua se convierte en estabilizador térmico del organismo frente a los cambios bruscos de temperatura del ambiente. •Esta propiedad permite que el contenido acuoso de las células sirva de protección a las sensibles moléculas orgánicas ante los cambios bruscos de temperatura.
  20. 20. 4.- Elevado calor de vaporización4.- Elevado calor de vaporización. Los seres vivos utilizan esta propiedad para refrescarse al evaporarse el sudor. El jadeo de los animales es otra forma de refrescarse
  21. 21. 5.- Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido. Ello explica que el hielo flote en el agua y que forme una capa superficial termoaislante que permite la vida, bajo ella, en ríos, mares y lagos. Si el hielo fuera más denso que el agua, acabaría helándose toda el agua. Esto se explica por que los puentes de hidrógeno “congelados” mantienen las moléculas más separadas que en el estado líquido.
  22. 22. 6. Elevado poder disolvente de las sustancias.6. Elevado poder disolvente de las sustancias. El agua es básica para la vida, ya que prácticamente todas las reacciones biológicas tienen lugar en el medio acuoso.
  23. 23. 7.- Bajo grado de ionización7.- Bajo grado de ionización.. De cada 10.000.000 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada: Por eso, la concentración de iones hidrógeno (H+ ) e hidroxilo (OH- ) si añadimos al agua un ácido (H+ ) o una base (OH- ) cambiará bruscamente.
  24. 24. Por lo tanto la acidez o alcalinidad del medio interno de un organismo dependerá de la proporción en que se encuentren los dos iones. Así será: •Neutro cuando [H+ ]=[OH- ] •Ácido cuando [H+ ]>[OH- ] •Alcalino cuando [H+ ]<[OH- ]. Para que los fenómenos vitales puedan desarrollarse con normalidad es necesario que la concentración de H+, que se expresa en valores de pH sea más o menos constante y próxima a la neutralidad, es decir, pH=7. Esto se consigue gracias a las sales minerales disueltas que forman las disoluciones tampón o amortiguadoras. Ya que si cambiase demasiado el pH las enzimas podrían precipitar llegando incluso a ocasionar la muerte. Acido Base H+ OH- 7 6 8
  25. 25. Funciones del aguaFunciones del agua (en los organismos)(en los organismos) 1. Función disolvente y transporte de las sustancias. 2. Función bioquímica. 3. Función estructural. 4. Función mecánica amortiguadora. 5. Función termorreguladora.
  26. 26. 1. Función disolvente1. Función disolvente: Esta capacidad disolvente del agua y su abundancia en el medio natural explican que sea el vehículo de transporte (captación de sales minerales por las plantas, por ejemplo) y el medio donde se realizan todas las reacciones químicas del organismo (caso de la digestión de los alimentos)
  27. 27. 2.2. Función bioquímica.Función bioquímica. El agua interviene en muchas reacciones químicas. Por ejemplo, en la hidrólisis (rotura de enlaces con intervención de agua) que se da durante la digestión de los alimentos.
  28. 28. 3. Función estructural.3. 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. Al perder agua, las células pierden su turgencia natural, se arrugan y hasta pueden llegar a romperse (lisis).
  29. 29. 5.5. Función mecánica amortiguadora.Función mecánica amortiguadora. Por ejemplo, los vertebrados poseen en sus articulaciones bolsas de líquido sinovial que evita el roce entre los huesos.
  30. 30. 4.4. Función termorreguladora.Función termorreguladora. Se debe a su elevado calor específico y a su elevado calor de vaporización. Es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario. • Por ejemplo, los animales, al sudar, expulsan agua, la cual, para evaporarse, toma calor del cuerpo y, como consecuencia, éste se enfría.
  31. 31. Sales minerales Las sustancias minerales se pueden encontrar en los seres vivos de forma precipitada o disueltas. 1.- Las sustancias minerales precipitadas constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética. Por ejemplo, el carbonato cálcico en las conchas de los moluscos, en los huesos o el cuarzo (SiO2) en los exoesqueletos de las diatomeas, etc. Este tipo de sales pueden asociarse a macromoléculas, generalmente de tipo proteico.
  32. 32. 2.- Las sales minerales disueltas dan lugar a aniones y cationes. Los principales son: Cationes: Na+ K+ Ca2+ y Mg2+. Aniones: Cl- , S04 2- , PO4 3- , CO3 2- , HCO3 - y NO3 - . Estos iones mantienen un grado de salinidad constante dentro del organismo y ayudan a mantener también constante su pH. El medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas constantes. Una variación provoca alteraciones de la permeabilidad, excitabilidad y contractilidad de las células.
  33. 33. DISOLUCIONES TAMPÓN Cuando la sangre se vuelve ácida (aumenta H+) la reacción se desplaza hacia la derecha formando H2CO3 (bicarbonato) . Este se descompone rápidamente generando CO2 y agua. De esta manera el pH de la sangre se mantiene estable.
  34. 34. DISOLUCIONES Y DISPERSIONES En los seres vivos el estado líquido está constituido por dispersiones de muchos tipos de moléculas dispersas o solutos y un solo tipo de fase dispersante o disolvente, que es el agua. Las dispersiones de solutos de bajo peso molecular se denominan disoluciones verdaderas o simplemente disoluciones (ej.cloruro sódico) y las de elevado peso molecular se denominan dispersiones coloidales (ej.proteínas)
  35. 35. Las disoluciones verdaderasLas disoluciones verdaderas (con solutos de bajo peso molecular)(con solutos de bajo peso molecular) Las propiedades de las disoluciones verdaderas que más interés tienen en Biología son la difusión, la osmosis y la estabilidad del grado de acidez o pH.
  36. 36. PLASMÓLISISPLASMÓLISISTURGENCIATURGENCIA
  37. 37. Las dispersiones coloidalesLas dispersiones coloidales (con solutos de alto peso molecular)(con solutos de alto peso molecular) Las dispersiones coloidales pueden presentar se en dos estados en forma de sol (estado líquido), y en forma de gel (estado semisólido). La diferencia entre ambos estados es la cantidad de agua presente. El sol tiene aspecto de líquido. El gel tiene aspecto semipastoso o gelatinoso.
  38. 38. Para que las amebas puedan desarrollar pseudópodos y realizar la endocitosis de sustancias, su citoplasma debe hacer un cambio de fase gel a la sol. La situación es la contraria cuando la célula recupera su forma original.
  39. 39. Efecto TyndallEfecto Tyndall Se trata de una propiedad de las dispersiones coloidales. Así pues, las dispersiones coloidales debido al gran tamaño de sus partículas si son iluminadas lateralmente y sobre fondo oscuro, se observa una cierta opalescencia provocada por la reflexión de los rayos luminosos. Es algo parecido a lo que ocurre cuando un rayo de luz ilumina el polvo en una habitación a oscuras.
  40. 40. Diálisis: Es la separación de las partículas dispersas de elevado peso molecular (coloides) de las de bajo peso molecular (cristaloides), ya que las más pequeñas pueden atravesar la membrana semipermeable. Una aplicación clínica es la hemodiálisis, que es la separación de la urea de la sangre (actúa como un riñón artificial) de individuos con deficiencia renal.
  41. 41. HEMODIÁLISISHEMODIÁLISIS
  42. 42. Electroforesis: Es el transporte de las partículas (proteínas) con un campo eléctrico a través de un gel. Generalmente se utiliza para separar las distintas proteínas de un tejido. La velocidad es mayor cuanto más alta sea su carga eléctrica global y cuanto menor sea su tamaño.

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