El agua es vital para los seres vivos, representando entre el 65% y el 95% de su peso y actuando como disolvente universal, además de facilitar procesos biológicos y mantener la homeostasis. Sus propiedades, como la cohesión, la alta tensión superficial, y el elevado calor específico, son fundamentales para las funciones biológicas y el metabolismo celular. Las sales minerales también desempeñan un papel crucial en la estructura, función celular y el equilibrio osmótico, actuando como cofactores y en la formación de estructuras esqueléticas.

1. Agua y Sales Minerales Prof. N. Flores

2. Clasificación biomoléculas

3. El agua Importancia cuantitativa: Es la sustancia más abundante en la biosfera y el componente mayoritario de los seres vivos: entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. Algunos órganos y seres vivos llegan a tener un contenido en agua cercano al 90 %.

4. El agua El contenido en agua disminuye con la edad

5. El agua Si disminuye el contenido en agua por debajo de un valor crítico, las actividades vitales se detienen.

6. El agua se encuentra en la materia en tres formas distintas: circulante, intracelular e intersticial Continua renovación del agua en el organismo

7. El agua y su importancia Importancia cualitativa: El agua EN ESTADO LÍQUIDO fue el soporte donde surgió la vida y dónde se desarrollan los procesos biológicos. La evolución ha venido condicionada por la necesidad de los seres vivos de mantener un entorno acuoso ( medio interno ).

8. Composición y estructura molecular 1. Unión covalente de un átomo de O y dos de H. 2. Carácter bipolar de la molécula, por diferencia de electronegatividad. 3. Estructura reticular por la formación de puentes de H.

10. La molécula de agua posee un momento dipolar causado por la desigual compartición de electrones El enlace de H (puente de hidrógeno)

11. Naturaleza molecular del agua Los puentes de hidrógeno que forma el agua son enlaces muy débiles pero muy numerosos: cada molécula de agua se rodea de otras cuatro moléculas unidas por puentes de hidrógeno . En consecuencia, el agua no es viscosa sino fluida , y a la vez, posee una elevada cohesividad interna .

12. El agua: propiedades físicas Elevado punto de fusión, ebullición y elevado calor de vaporización Elevado calor específico Elevada conductividad calórica Baja viscosidad Elevada tensión superficial Elevada fuerza de cohesión y de adhesión Densidad anómala Elevada tendencia a ionizarse Disolvente universal

13. ALTO CALOR ESPECIFICO Y DE VAPORIZACIÓN

14. PROPIEDAD: Elevados calor específico y de vaporización El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Análogamente ocurre para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes de hidrógeno y, posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa . Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20ºC.

15. Elevados calor específico y de vaporización

16. Elevada tensión superficial

17. Elevada fuerza de cohesión y de adhesión La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas de agua debido a la formación de puentes de H, y la elevada fuerza de adhesión, que es la capacidad de unirse a otras sutancias,permiten fenómenos como la capilaridad.

18. Dilatación anómala del agua ¿Por qué el hielo flota en el agua líquida si la densidad en los sólidos aumenta con respecto a los estados líquidos?

19. Cada molécula de agua forma el máximo de 4 puentes hidrógeno en una red cristalina regular. En el agua líquida, cada molécula forma un promedio de 3.4 puentes hidrógeno con otras moléculas de agua. La red cristalina del hielo ocupa mas espacio que el mismo número de moléculas de agua líquida . El hielo es menos denso que el agua líquida y por eso flota.

20. ALTA CONSTANTE DIELÉCTRICA (DEBIDO AL CARÁCTER DIPOLAR DE LA MOLÉCULA) Y BAJO GRADO DE IONIZACIÓN (POR ESO EL AGUA PURA PRESENTA UN pH=7) Elevada tendencia a ionizarse

21. FUNCIONES DEL AGUA EN LOS SERES VIVOS Es el disolvente polar universal : el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares.

22. Capacidad disolvente del agua

23. Capacidad disolvente del agua

24. Disolución de sustancias polares

25. Moléculas anfipáticas: Monocapas

26. Moléculas anfipáticas: Bicapas

27. Micelas y liposomas Micela

28. Soluciones coloidales Coloide , suspensión coloidal o dispersión coloidal: Es un sistema fisico-químico compuesto por dos fases: una continua , normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas. Estas partículas no son apreciables a simple vista.

29. Equilibrio sol-gel

30. Equilibrio sol-gel: movimiento ameboide

31. Observa los siguientes vídeos en youtube , y describe brevemente los fenómenos observados. Vídeo 1: www. youtube.com/watch-v=27zFvTxhEvU (La ameba flamenca) Vídeo 2: www. youtube.com/watch-v=zTFsn9xt7b0&feature=related (Large active amoeba) Vídeo 3: www. youtube.com/watch-v=W6rnhiMxtKU&feature=related (Amoeba feeds!) Vídeo 4: www. youtube.com/watch-v=PFtzs_cUddI (Cyclosis in Elodea)

32. El agua: funciones Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos. Transporte de sustancias por su gran poder disolvente, elevada adhesión y cohesión, forma líquidos de transporte en los seres vivos (sangre, linfa, savia…) Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas, mediante hidratación, hidrólisis u óxido-reducción. Amortiguador térmico gracias a su elevado calor específico, elevado calor de vaporización y gran conductividad calórica. Lubricante , amortiguadora del roce entre órganos. Favorece la circulación (capilaridad, ciclosis, movimientos celulares) y turgencia . Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos. Esqueletos hidrostáticos. Regulación de pH.

33. Relaciona en el siguiente cuadro las propiedades del agua con sus funciones biológicas Propiedades físicas o químicas Funciones biológicas

34. Sales Minerales Prof. N. Flores

35. Las sales minerales Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos de 3 formas : 1. Precipitadas , formando estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética. Por ejemplo, el carbonato cálcico en las conchas de los moluscos), el fosfato cálcico y el carbonato cálcico que, depositados sobre el colágeno, constituyen los huesos, el cuarzo (SiO 2 ) en los exoesqueletos de las diatomeas y en las gramíneas, etc.

36. Las sales minerales Disueltas ( aniones y cationes). Los principales son: Cationes: Na + , K + , Ca 2+ y Mg 2+ . Aniones: Cl - , SO 4 2- , PO 4 3- , CO 3 2- , HCO 3 - y NO 3 - . Asociadas a moléculas orgánicas : fosfoproteínas, fosfolípidos, moléculas energéticas (ATP) …

37. Funciones de las sales minerales Sostén y protección: forma huesos, conchas, caparazones El diablillo espinoso o Moloch horridus se alimenta de hormigas (de 600-3000 hormigas diarias) y “bebe” posándose en un charco y dejando que el agua ascienda por capilaridad por su superficie agrietada

38. Funciones específicas de algunas sales

39. Algunas sales son cofactores Clorofila

40. Existen dos funciones comunes a la mayoría de los iones y además compartidas con el agua como son: Mantenimiento de la presión osmótica celular. Regulación del pH.

41. Funciones de las sales minerales: ósmosis Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas en los líquidos biológicos Todos los medios líquidos biológicos (sangre, plasma intersticial, líquido cefaloraquídeo, etc. ) constituyen disoluciones de sales en agua de cuyo grado de concentración depende la estabilidad celular y la realización de algunas funciones fundamentales. Cuando dos disoluciones de diferente concentración se enfrentan por una membrana semipermeable (que no deja pasar el soluto pero sí el disolvente), se produce el paso del disolvente (agua en los medios celulares) desde la disolución más diluida (hipotónica o hipoosmótica ) hacia la más concentrada (hipertónica o hiperosmótica ) a través de la membrana. Este proceso se denomina ÓSMOSIS. El proceso continúa hasta que ambas disoluciones igualan su concentración, es decir, se hacen isotónicas .

42. Fenómeno que tiene lugar cuando, en dos medios que presentan distinta concentración de iones y que se encuentran separados por una membrana semipermeable, el disolvente (agua) migra desde el medio menos concentrado, al más concentrado ÓSMOSIS A B Osmosis: Movimiento neto del agua a través de una membrana semipermeable. Disolvente (agua) Soluto (sal) Solución Hipertónica Exosmosis. Plasmolisis. Solución Hipotónica Endosmosis. Célula turgente. Solución Isotónica No hay ósmosis neta. No hay plasmolisis ni turgencia.

43. Funciones de las sales minerales: ósmosis Para evitar el paso de agua sería necesario aplicar una presión, denominada presión osmótica , tanto más intensa cuanto mayor fuera la diferencia de concentración entre ambas disoluciones. La ósmosis genera, pues, presión osmótica.

44. Efectos osmóticos en la célula La membrana celular es semipermeable

45. Efectos osmóticos en la célula turgescencia plasmólisis

46. www.youtube.com /watch-v=gWkcFU-hHUk Onion cells plasmolysis www.youtube.com/watch?v=VK-_YHakvho Plasmolysis in Elodea www.youtube.com/watch?v=iG6Dd3COug4&NR=1 Paramecium and osmosis www.youtube.com/watch?v=IRQLRO3dIp8&feature=related Red blood cells in a hypertonic solution www.youtube.com/watch?v=EA_ss8ZkjAM&feature=related Red blood cells in a hypotonic solution www.youtube.com/watch?v=plen79Fgmz0&feature=related Red blood cells in a isotonic solution Vídeos de interés sobre la ósmosis

47. DIÁLISIS En la diálisis, es el soluto el que pasa a través de la membrana (en lugar del disolvente). Tanto la ósmosis como la diálisis pertenecen al fenómeno conocido como difusión: paso de moléculas (disolventes o solutos) a través de una membrana semipermeable

48. DIÁLISIS ÓSMOSIS

50. Control del pH En el metabolismo celular se generan ácidos que alteran el pH y, como consecuencia, la actividad celular, al alterar las proteínas. Para evitarlo la célula cuenta con los llamados sistemas tampón, buffer o amortiguadores, compuestos por un ácido débil y su base conjugada . Los sistemas tampón actúan como aceptores o dadores de H + para compensar el exceso o el déficit de estos iones en el medio y mantener constante su pH.

51. El pH puede definirse como el logaritmo decimal cambiado de signo, de la concentración de iones hidronio. Kw= K[H 2 O] = [H + ][OH - ]= 1.0 x 10 -14

52. Tipos de tampón 1) Intracelulares : (tamponan en torno a pH=7) • Fosfatos inorgánicos (H 2 PO 4 - HPO 4 2- ) • Fosfatos orgánicos (Glucosa 6-fosfato, ATP) 2) Extracelulares (sangre y fluidos intersticiales): • Bicarbonato (tampona en torno a pH=5) • Proteínas

53. Control del pH

54. Funcionamiento de una solución tampón IÓN COMÚN

55. Funcionamiento de una solución tampón

56. Funcionamiento de una solución tampón

57. Otras funciones de las sales minerales Formación de partículas relacionadas con la orientación . Por ejemplo los otolitos del oído interno, que son cristales de carbonato cálcico que intervienen en el equilibrio, o las partículas magnéticas (óxido de hierro) presentes en numerosas especies (palomas mensajeras, abejas, delfines, tortugas, etc.) y que actúan como una brújula interna para orientarse.

58. Acciones específicas de las sales: funcionamiento de las neuronas La entrada de sodio es responsable de la generación del impulso nervioso y su transmisión a lo largo de la neurona. La salida de potasio devuelve la neurona a su estado de reposo normal.

59. Acciones específicas de las sales: funcionamiento de las neuronas

60. Funcionamiento de neuronas: impulso nervioso

61. Imágenes de las siguientes fuentes: Diapositivas de Biología de J. L. Sánchez Guillén de 2º de Bto. Google imágenes y animaciones. Videos de youtube.