T2.El Agua y las sales minerales. Propiedades

TEMA II.
EL AGUA Y LAS SALES MINERALES
● El agua. Estructura. Propiedades y funciones.
● Sales minerales. Funciones.
● Concepto de pH. Regulación del pH.
● Sistemas tampón o buffer.

● Es el componente mayoritario de los seres vivos.
● Su cantidad depende de:
– Especie: Ejemplo: Medusa: 95 %. Semillas de cereales:
10 %
– Edad: disminuye al aumentar la edad.
– Tejido: Ejemplo, tejido nervioso: 85 %; tejido óseo: 22%.

● En los seres vivos se encuentra:
Circulante.
Intercelular.
Intracelular.

Estructura del agua.
● Compuesta por dos átomos de H y uno de O, unidos covalentemente.
● Se comporta como un dipolo, por:
– La mayor electronegatividad del O respecto del H (electrones
compartidos desplazados hacia el oxígeno), formando un enlace
covalente polar.
– La configuración triangular que adopta en el espacio la molécula de
agua.

● Esta polaridad determina la interacción entre
moléculas de agua vecinas, estableciéndose
entre ellas un enlace débil, llamado puente de
hidrógeno. Estos enlaces también se pueden
formar entre el agua y otras moléculas, tales
como: alcoholes, aminas…
● A 4 ºC, el nº de puentes de H es máximo, de
aquí que la densidad del agua sea máxima, a
esa temperatura.
http://www.lourdes-luengo
.es/animaciones/unidad1/a
gua.swf

Propiedades del agua
● 1.- Es líquida a temperatura ambiente
La densidad del agua es máxima a 4ºC, al
descender la Tª se forma una capa de hielo en la
superficie que flota y permite la vida en profundidad.

fuerzas entre
moléculas de agua
fuerzas entre las
moléculas de agua
y paredes del
capilar
atracción
cohesiva
●
2.- Elevada fuerza de cohesión; resulta muy
difícil de comprimir.
●
3.- Elevada fuerza de adhesión, es decir, tiende
a adherirse a ciertas superficies. Fenómeno
denominado capilaridad, lo que permite el
ascenso del agua por el interior de tubos finos

● 4.- Elevada tensión superficial.
Las moléculas de agua situadas en la
superficie están sometidas a la acción de las
del interior. La superficie del agua se comporta
como una membrana elástica tensa.

● 5.- Elevada constante dieléctrica.
La constante dieléctrica (esla fuerza con que un
disolvente mantiene separados a los iones de distinta
carga y, por tanto, permite que el compuesto iónico
permanezca disuelto.
En agua la atracción entre iones es 80 veces menor que
el vacío. Por ello, los iones son fuertemente atraídos por
los dipolos del agua que los recubren formando una capa
de solvatación.
http://www.bionova.org.es/an
imbio/anim/aguatotal.swf

http://www.bionova.org.es/a
nimbio/anim/aguadisol.swf

● 6.- Elevado calor específico.
Calor específico es la cantidad de calor que hay que
suministrar a un cuerpo para que su temperatura
aumente 1ºC.
Gran parte del calor es usado para romper los
puentes de hidrógeno. Una vez conseguido esto, el
calor se invierte en aumentar el movimiento de las
moléculas, aumentando con ello la Tº.

Esto explica:
● el clima de las regiones costeras sea más suave que
el de las regiones continentales
● los seres vivos formados por agua, soportan pocas
oscilaciones térmicas

● 7.- Elevado calor de vaporización.
Calor de vaporización es la cantidad de energía
que hay que suministrar a una sustancia para que
se evapore.
Para conseguir que un gramo de agua se
evapore hay que suministrar 540 cal., ya que es
necesario romper numerosos puentes de H.

● Esta propiedad la utilizan los seres vivos para
refrigerarse.

● 8.- Elevada conductividad térmica.
El agua conduce bien el calor por lo que
permite que se distribuya por todas partes y no
se acumule en ciertas zonas.

● 9.- Débil carácter nucleofílico.
Toda molécula con carga o pares de electrones no
compartidos es un nucleófilo.
El carácter nucleofílico del agua se debe a que los
orbitales híbridos SP3 del O poseen dos electrones
sin compartir.

● 10.- Bajo grado de ionización.
Algunas moléculas de agua (pocas) consiguen arrancar
iones H a sus vecinas de tal manera que en una masa de
agua algunas moléculas aparecen ionizadas según el
siguiente mecanismo:
Se obtienen iones hidroxilo (OH-) e iones hidronio (H3O+)
que se representan como H+. La reacción es:
H2O  H+ + OH-
En el agua pura la concentración de ambos tipos de iones es
10-7 M. Por tanto el producto iónico del agua es:
[H+] [OH-] = 10 -14 M
http://www.bionova.org.es/animbio/anim/acibas.swf

Funciones del agua
● Termorreguladora.
Ayuda a mantener la temperatura interna de los
seres vivos, gracias a sus propiedades
térmicas.

● Estructural.
La elevada tensión superficial y su incompresibilidad
mantiene la forma de las células que carecen de
membrana rígida. También explica las
deformaciones estructurales que experimenta el
citoplasma de las células.

● Bioquímica.
El agua y sus productos de ionización participan en
numerosas reacciones metabólicas: fotosíntesis,
hidrólisis, condensación,…

● Transportadora.
Transporta nutrientes y desechos.
Es el medio para realizar reacciones bioquímicas
gracias a su enorme capacidad disolvente, hasta
el punto de considerarla un disolvente universal.
Componentes
de la orina

El gran poder disolvente del agua se debe a su capacidad para
formar puentes de hidrógeno con otras sustancias cuyas moléculas
se separan al interaccionar con las moléculas polares de agua.
●
Las moléculas que se disuelven bien en agua se denominan
hidrófilas. Son sustancias hidrófilas:
– Compuestos polares (aminoácidos, glúcidos..). Establecen
puentes de H con ella y quedan retenidos en su estructura
reticular.
– Compuestos iónicos, debido a su elevada constante dieléctrica.
Los iones son atraídos por los dipolos del agua, quedando
recubiertos por moléculas de agua, en forma de iones
hidratados o solvatados (Solvatación iónica).
●
Las sustancias que no se disuelven en agua se denominan
hidrofóbicas. Son compuestos apolares como los hidrocarburos.
http://www.lourdes-l
uengo.org/animacione
s1/index.htm

● Existe un tercer tipo: moléculas anfipáticas
que tienen regiones polares y apolares como
los fosfolípidos.
En un medio acuoso tienden a formar micelas o
bicapas lipídicas que es la estructura
fundamental de todas las membranas
celulares.

SALES MINERALES
● Se encuentran en los seres vivos en
pequeñas cantidades.
● Se pueden encontrar de tres formas distintas:
● Precipitadas. (Fosfatos y carbonatos de
Ca). En estado sólido. Insolubles.
Formando esqueletos, conchas,
caparazones, etc. En vegetales una sal
muy abundante es la sílice, que endurece
las hojas.
● Disociadas. Disueltas, en forma de iones
tales como: Na+; K+: Mg2+; Fe2+; Fe3+; Zn2+;
(SO4)2-; (CO3)2-/ (HCO3)- ; NO3-;
● Asociadas a otras moléculas. Por
ejemplo, el Fe asociado a la hemoglobina.

Funciones de las sales minerales
● 1- Formar estructuras esqueléticas:
Ejemplo esqueletos, caparazones, otolitos.

● 2.- Intervenir en procesos fisiológicos o
bioquímicos:
– Ca2+ : Coagulación de la sangre. Cofactor de enzimas.
Regulador de la actividad cardíaca.
– K+ : Regulación de la actividad cardiaca.
– Fe2+ : Actúan como cofactores enzimáticos.
– Na+/ K+ : Generan potenciales eléctricos: potencial de
membrana.
http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_sodium_potassium2.swf

● 3.- Regulación de procesos osmóticos
Los procesos osmóticos son procesos
dependientes de la concentración de solutos,
los cuales ejercen una presión denominada
presión osmótica.

● Ósmosis es el proceso por el cual el agua se
desplaza a través de una membrana
semipermeable que separa dos disoluciones
con distinta concentración de solutos.

● Presión osmótica es la presión que hay que
aplicar para detener el paso del agua.

● Cuando dos disoluciones de distinta concentración,
separadas por una membrana semipermeable,
contactan, se produce:
– el paso de disolvente desde la disolución más diluida
(hipotónica o hipoosmótica) hasta la más concentrada
(hipertónica o hiperosmótica)
● el paso detienen cuando se igualan las concentraciones y las
disoluciones pasan a ser isotónicas o isoosmóticas.

● Las sales minerales y, especialmente, el ion Na,
determinan el 90% de la presión osmótica en los
líquidos extracelulares.
https://www.stolaf.edu/p
eople/giannini/flashanim
at/transport/osmosis.swf

https://www.stolaf.edu/pe
ople/giannini/flashanimat
/transport/diffusion.swf

● Si las membranas celulares son semipermeables puede
ocurrir:
– Que el medio extracelular sea hipotónico, entonces, entra agua
en la célula y se produce turgencia. (Hemolisis en el caso de
las células de la sangre).
– Que el medio extracelular sea hipertónico, entonces el agua
sale de la célula, produciéndose plasmolisis.

● Todos los seres vivos están obligados a regular
su presión osmótica

● Un proceso relacionado con la ósmosis es la
diálisis; en este caso, además de agua
atraviesan la membrana solutos de bajo Pm.
Una aplicación
práctica de la diálisis
es la hemodiálisis

● 4.- Modifican la solubilidad de ciertas
sustancias:
Por ejemplo, las albúminas no se disuelven en
agua destilada, pero sí en soluciones salinas.

● 5.- Regulación del equilibrio ácido / base.
Concepto y escala de pH.
El medio intracelular es una disolución acuosa
que posee una cierta concentración de H+ (en
realidad iones H3O+), la cual varía debido a los
procesos metabólicos, los cuales, a su vez, se
ven muy influidos por dicha concentración.
H2O  H+ + OH-
H2O  iones hidronio  + iones hidroxilo
(OH-)

● Es necesario conocer y medir la cantidad de
iones H+ presentes. El problema radica en que
es trata de valores muy pequeños, difíciles de
cuantificar:
● El pH se utiliza para expresar el grado de
acidez de una disolución.
● El pH es un valor numérica que hace referencia
a la concentración de hidrogeniones [H+]
pH=log
1
[ H+
]
=−log[ H +
]
ftp://ftp.utalca.cl/profesores/raherrera/biorom200
8/contenido/GAndino/acido-base/acido-base.swf

● Como la escala de pH es logarítmica, una
diferencia de pH de una unidad, supone una
diferencia en la concentración de estos iones
de 10.
http://www.johnkyrk.com/pH.esp.swf
● Las bruscas variaciones del pH son incompatibles con la vida, ya que alteran la
estabilidad de macromoléculas (influyen en la actividad enzimática).

● En el medio celular (medio acuoso) los valores
de pH oscilan entre 0 y 14 (atendiendo al
producto iónico del agua)
pH < 7 Medio ácido
pH = 7 Medio neutro
pH > 7 Medio básico o alcalino

Regulación del pH.
Sistemas tampón o buffer
● Los líquidos intra y extracelulares deben mantener un grado de acidez
determinado, porque cualquier variación afecta a las proteínas impidiendo
que cumplan su función.
● Estas variaciones pueden ser debidas a reacciones metabólicas que
generan productos que alteran la concentración de iones H+ y OH-.
● Para amortiguar las variaciones intervienen los sistemas tampón o buffer
● Un sistema tampón está constituido por un par conjugado de ácido y
base débiles (no se disocian completamente y, cuando se disocia el ácido
aparece la base).
– La parte ácida del tampón funciona como donadora de H+ para compensar el
déficit de este ión.
– La parte básica funciona como aceptora de H+, para compensar el exceso de
este ión.
● Los principales sistemas tampón están constituidos por:
Tampón Bicarbonato (Sangre)
Tampón Fosfato (Medio intracelular)
Proteínas

Cómo funciona un sistema tampón
● Si sube el pH, es decir, baja la concentración
de protones, la parte ácida del tampón cede
los protones necesarios para corregir ese
cambio en el pH.
● Si se produce un descenso en el pH, es decir,
sube la concentración de protones, entra en
funcionamiento la parte básica del tampón que
acepta el excedente de protones.
http://www.ehu.eus/biomoleculas/buffers/mm/buffer.swf

MECANISMOS DE ACTUACIÓN:
Tampón entre el ácido carbónico y el ion bicarbonato H2CO3 /HCO3-
H2CO3 + H2O HCO3- + H3O+
– Si el pH tiende a bajar (↓pH→ ↑[H+]), el sistema se desplaza hacia la
izquierda:
H2CO3 + H2O ← HCO3- + H3O+ (se retiran protones del medio)
Situación que ocurre cuando se produce acidosis en la sangre. Si la
situación persiste, el H2CO3 puede ser eliminado transformándolo en
agua y CO2, el cual es eliminado por los pulmones.
H2CO3 → CO2 + H2O
– Si el pH tiende a subir (↑pH→ ↓[H+]), el sistema se desplaza hacia la
derecha :
H2CO3 + H2O → HCO3- + H3O+ (se añaden protones al medio)
Situación que ocurre cuando se produce alcalosis en la sangre. Si la
situación persiste, el H2CO3 puede ser producido por la unión de
agua y CO2.
– H2CO3 ← CO2 + H2O
El pK del tampón carbonato / Bicarbonato es 6,1
http://www.iesjavirtual.es/iesja15/
sitiobiob/biomoleculas/tampon.swf

MECANISMOS DE ACTUACIÓN:
● Tampón entre el fosfato monobásico y el fosfato dibásico
(H2PO4-/ HPO4-2): H2PO4- + H2O  HPO4-2 + H3O+
– Si en la célula aumentara la acidez, es decir, el pH baja
(↓pH→ ↑[H+]), la reacción se desplazaría hacia la
izquierda
H2PO4- + H2O  HPO4-2 + H3O+
– Si disminuyera la acidez, es decir, pH sube (↑pH→ ↓[H+])
la reacción se desplazaría hacia la derecha.
H2PO4- + H2O  HPO4-2 + H3O+

● La capacidad tamponadora de un tampón
depende de:
– Concentración de sus componentes.
– Valor del pH. Cada tampón tiene un valor de pH,
denominado pK, para el cual la capacidad
tamponadora es máxima. Para ese valor de pH, se
iguala la concentración de la parte donadora y la
aceptora.

EJERCICIOS
● 1. Respecto a las sales minerales solubles, indica si son verdaderas o
falsas las siguientes afirmaciones:
a) Aportan energía a la célula.
b) Están disociadas en iones.
c) Realizan función catalítica.
d) Sólo se encuentran en células con función esquelética.
● 2. Indica si son verdaderas o falsas estas afirmaciones:
a) Las sales minerales son moléculas inorgánicas que se disocian en medio
acuoso.
b) Las moléculas de agua se unen por puentes de H.
c) El agua alcanza su máxima densidad al convertirse en hielo.
● 3. El tratamiento de glóbulos rojos en un medio hipotónico se puede
utilizar como paso previo en el aislamiento de la membrana ¿Podrías
indicar por qué?
Relaciona los términos de turgencia y plasmolisis. ¿Cómo podrías
comprobar en el laboratorio el proceso de plasmolisis en la epidermis de
cebolla?

● 4. La concentración de cloruro sódico en la sangre es de 0,9 g/ml. Explica
razonadamente que ocurriría si se colocasen hematíes humanos en:
– a) Agua destilada.
– b) Solución salina (3g/100ml)
– c) Solución salina (9g/100ml)
– d) Solución salina (9g/l)
● 5. Entre el líquido intracelular y el extracelular de una célula animal se observan
las siguientes concentraciones de los productos A, B y C.
Liquido intracel. Liquido extracel. Liquido intracel. Liquido extracel.
A 10nM 4nM Pasado 12nM 2nM
cierto
B 50nM 30nM tiempo 40nM 40nM
C 5nM 20nM 5nM 20nM
a) ¿Por qué no han cambiado las concentraciones de C?
b) ¿En cuál de ellos ha actuado la ósmosis?
● 6. ¿Estimas que el fósforo es imprescindible para la vida animal y vegetal?
Razona la respuesta.
● 7. ¿Por qué las mermeladas o la leche condensada se conservan sin
necesidad de refrigeración?

● ¿Por qué los jamones se curan con sal?
– Porque al estar en un medio hipertónico las células
del tejido pierden agua, se deshidratan y eso
impide el crecimiento de bacterias.
● ¿Por qué se seca una planta si se riega con
agua salada?
– Porque las células están rodeadas de un medio
hipertónico, por lo cual el agua de riego no entra a
la planta.

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