1) Bioelementos e biomolec. inorgánicas.ppt

Biología 2ºBach
Bioelementos y Biomoléculas
Agua y Sales minerales

1. Bioelementos
Ao facer unha análise química de cada un dos diferentes tipos de seres vivos,
atópase que a materia viva está constituida por uns setenta elementos
químicos.
Estos elementos que se atopan na materia viva chámanse bioelementos ou
elementos bioxénicos (de bios, vida, e genos, orixe).
Os seres vivos non elixiron os elementos químicos máis abundantes na codia,
na hidrosfera ou na atmosfera, senón que seleccionaron os que tiñan
propiedades fisico-quimicas máis idóneas para formar as súas estruturas e
realizar as súas funcións vitais.

2. Os bioelementos pódense clasificar, segundo a súa abundancia, en tres
grupos: bioelementos primarios, bioelementos secundarios e
oligoelementos.
Os bioelementos primarios. Chámanse primarios porque son
indispensables para a formación das biomoléculas orgánicas (glícidos,
lípidos, proteínas e ácidos nucleicos).
Son un grupo de seis elementos, que constitúen o 96,2 % do total da
materia viva. Son o osíxeno (O), o carbono (C), o hidróxeno (H), o nitróxeno
(N), o fósforo (P) e o xofre (S).
Características dos bioelementos primarios:
- Necesitan electróns para completar o seu nivel electrónico exterior, polo
que son capaces de establecer enlaces covalentes compartindo electróns
con outros átomos.
- Teñen unha masa atómica baixa e forman enlaces covalentes moi estables.
Existe una proporcionalidade inversa entre a masa atómica e a estabilidade
do enlace covalente.

3. Os bioelementos secundarios: Aparecen en menores proporcións e realizan
funcións importantes en fisioloxía celular. Son: o calcio (Ca), o sodio (Na), o
potasio (K), o magnesio (Mg) e o cloro (Cl).
Os oligoelementos aparecen en proporcións inferiores ao 0,1 %. Por
exemplo: o ferro (Fe), o silicio (Si), o cobre (Cu), o manganeso (Mn), o boro
(B), o flúor (F), o iodo (I), o bromo (Br), o cinc (Zn), o titanio (Ti), o vanadio (V),
e o chumbo (Pb).

4. O carbono
1.Ten catro electróns na súa periferia e pode formar enlaces covalentes estables
con outros carbonos.
2.Puede constituir longas cadeas de átomos (macromoléculas).
3.Os enlaces poden ser simples (C—C), dobres (C=C) ou triples (C≡C), Pode unirse a
outros elementos (-H, =0, -OH, -NH2. -SH, -H2PO4, etc.), formando un gran
número de moléculas diferentes, que posibilitan unha gran variabilidade de
reaccións químicas.
4.Por outro lado, os catro enlaces covalentes forman un tetraedro imaxinario. Esto
permite a formación de estruturas tridimensionais que permiten formar grandes
macromoléculas. Os enlaces de carbono son o suficientemente fortes para ser
estables, pero non tanto como para impedir que se rompan.
5.As combinacións do carbono con outros elementos como o osíxeno, o hidróxeno,
o nitróxeno, etc, permiten a aparición dunha gran variedade de grupos funcionais
que dan lugar as diferentes familias de substancias orgánicas.

6. Os principios inmediatos ou biomoléculas
Os elementos bioxénicos combínanse entre sí para formar substancias compostas
definidas. Estes compostos constitúan os principios inmediatos ou biomoléculas.
Poden ser:
•Inorgánicos (agua e sales minerais)
•Orgánicos (glícidos, lípidos, proteínas e ácidos nucleicos).
Os principios inmediatos tamén poden ser simples ou compostos:
•Simples: As moléculas están formadas por átomos do mesmo tipo (0
2
)
•Compostos: Hai átomos de diferentes elementos (H
2O, CO
2).

8. A auga
A auga é a substancia química máis abundante na materia viva.
A cantidade presente nun organismo depende da especie, da idade do individuo e
do órgano (a maior actividade fisiolóxica, maior contido en auga).

9. A auga atópase na materia viva en tres formas:
1.Como auga circulante, por exemplo, no sangue, na savia, etc. Encárgase
principalmente do transporte de substancias.
2.Como auga intersticial, entre as células.
3.Como agua intracelular, no citosol e no interior dos orgánulos celulares.
 
Nos seres humanos, a auga circulante supón o 8 % do seu peso, a auga intersticial o
15 %, e a agua intracelular o 40 %
Agua
intersticial

10. A auga, a temperatura ambiente, é líquida, (outras
moléculas de peso molecular parecido, como o SO
2
, o CO
2

ou o NO
2
son gases).
Este comportamento físico débese a que na molécula de
auga os dous electróns dos dous hidróxenos están
desprazados cara ao átomo de osíxeno, polo que na
molécula aparece un polo negativo, onde está o átomo de
osíxeno, debido á maior densidade electrónica, e un polo
positivo onde están os dous núcleos de hidróxeno, debido á
menor densidade electrónica. As moléculas de auga son
dipolos.

11. Entre os dipolos de auga establécense forzas de atracción chamadas pontes de
hidróxeno, formándose grupos de 3, 4 moléculas.
Asi, alcánzanse pesos moleculares elevados e a auga compórtase como un líquido.
Aínda que son unións débiles (30 veces máis que os enlaces covalentes), o feito de
que ao redor de cada molécula de auga dispóñanse outras 4 moléculas unidas por
pontes de H (dúas pontes co oxígeno e un con cada un dos hidróxenos) permite que
se forme na auga (líquida ou sólida) unha estrutura reticular, responsable do seu
comportamento anómalo e da peculiaridade das súas propiedades fisicoquímicas.

13. A estabilidade do enlace diminúe
ao aumentar a temperatura, así,
no xeo, todas as moléculas de
auga están unidas por pontes de
hidróxeno.
Todas as restantes propiedades da
auga son, pois, consecuencia
desta.
Estas agrupacións duran fraccións de segundo
(de 10
-10
a 10
-21
s), o cal confiere á auga todas as
súas propiedades de fluido. Na realidade,
coexisten estos pequenos polímeros de auga
con moléculas illadas que rechean os ocos.

14. Propiedades da auga
1.Elevada forza de cohesión
2.Elevada forza de adhesión (capilaridade)
3.Elevada tensión superficial
4.Elevado calor específico.
5.Elevado calor de vaporización.
6.Alta condutividade
7.Maior densidade en estado líquido que en estado sólido
(Coeficiente de dilatación negativo).
8.Elevada constante dieléctrica.
9.Baixo grao de ionización.

15. 1.- Elevada forza de cohesión entre as súas
moléculas, debida ás pontes de hidróxeno. Isto
explica que a auga sexa un líquido
prácticamente incompresible, idóneo para dar
volume ás células, provocar a turxencia das
plantas, constituir o esqueleto hidrostático de
anélidos e celentéreos, etc.

16. 2.- Elevada forza de adhesión (capilaridade). O fenómeno da capilaridade depende
tanto da adhesión das moléculas de auga ás paredes dos condutos como da cohesión
das moléculas de auga entre sí. Esta propiedade explica, por exemplo, que a savia
bruta ascenda polos tubos capilares

17. 3.- Elevada tensión superficial, é dicir, que a súa superficie opón unha gran
resistencia a romperse, a que se separen as súas moléculas. Isto permite que
moitos organismos vivan asociados a esa película superficial e que se despracen
sobre ela.

18. 4.- Elevado calor específico.
•A auga pode absorber grandes cantidades de calor, mentras que, proporcionalmente,
a súa temperatura só se eleva lixeiramente.
•A auga emplea esta enerxía en romper as pontes de H.
•A auga convértese en estabilizador térmico do organismo fronte aos cambios bruscos
de temperatura do ambiente.
5.- Elevado calor de vaporización. Débese a que para pasar do estado líquido ao
gasoso hai que romper todas as pontes de hidróxeno. Os seres vivos utilizan esta
propiedade para refrixerarse ao evaporarse a suor.

19. 6.- Maior densidade en estado líquido que en
estado sólido. Isto explica que o xeo flote na
auga e que forme unha capa superficial
termoillante que permite a vida, baixo ela, en
ríos, mares e lagos. Se o xeo fora máis denso
que a auga, acabaría xeándose toda a auga.
Isto explícase por que as pontes de hidróxeno
“conxelados” manteñen as moléculas máis
separadas que no estado líquido.

20. 7.- Elevada constante dieléctrica. Por ter moléculas dipolares, a auga é un gran
medio disolvente de compostos iónicos, como os sales minerais, e de compostos
covalentes polares, como os glícidos. O proceso de disolución débese a que as
moléculas de auga, ao ser polares, dispóñense ao redor dos grupos polares do
soluto, chegando no caso dos compostos iónicos a desdobralos en anións e
catións, que quedan así rodeados por moléculas de auga. Este fenómeno
denomínase solvatación iónica.

21. Esta capacidade disolvente da auga e a súa
abundancia no medio natural explican que
sexa o vehículo de transporte e o medio onde
se realizan todas as reaccións químicas do
organismo

22. Funcións da auga
1.Función disolvente das substancias.
2.Función bioquímica.
3.Función de transporte.
4.Función estrutural.
5.Función mecánica amortiguadora.
6.Función termorreguladora.

23. 1.Función disolvente das substancias. A agua é básica para a vida, xa que
prácticamente todas as reaccións biolóxicas teñen lugar no medio
acuoso.

24. 2.Función bioquímica. A auga intervén en moitas reaccións químicas, por
exemplo, na hidrólise (rotura de enlaces con intervención de auga) que
se da durante a dixestión dos alimentos, como fonte de hidróxenos na
fotosíntese, etc.

25. 3.Función de transporte. A auga é o
medio de transporte das substancias
desde o exterior ao interior dos
organismos e no propio organismo, as
veces cun gran traballo como na
ascensión da savia bruta nas árbores.

26. 4.Función estrutural. O volume e forma das células que carecen de
membrana ríxida se manteñen gracias á presión que exerce a auga
interna. Ao perder auga, as células perden a súa turxencia natural,
enrrúganse e ata poden chegar a romperse (lise).

27. 5.Función mecánica amortiguadora. Por exemplo, os vertebrados posúen
nas súas articulacións bolsas de líquido sinovial que evita o roce entre os
ósos.

28. 6. Función termorreguladora. Débese ao seu elevado calor específico e ao
seu elevado calor de vaporización. É un material idóneo para manter
constante a temperatura, absorbendo o exceso de calor ou cedendo
enerxía se é necesario.
•Por exemplo, os animales, ao suar,
expulsan auga, a cal, para evaporarse,
toma calor do corpo e, como
consecuencia, éste arrefríase.

29. FUNCIÓNS BIOLÓXICAS DA AUGAFUNCIÓNS BIOLÓXICAS DA AUGA
Aporta H
+
e OH
-
en reaccións
bioquímicas,
A auga pura é capaz de disociarse en iónsCapacidad de
disociación iónica
Mares e ríos xeanse só na súa
superficie
As pontes de hidróxeno “conxelados”
manteñen as moléculas máis separadas
Máis densa líquida
que sólida
Mantén forma e volume das
células; permite cambios e
deformacións do citoplasma e o
ascenso da savia bruta
As pontes de hidróxeno manteñen xuntas as
moléculas de auga
Alta cohesión e
adhesión
Transporte de substancias e é o
medio onde se producen todas as
reaccións metabólicas
A maioría das substancias polares disólvense
nela ao formar pontes de hidróxeno
É un excelente
disolvente
Causa de deformacións celulares
e dos movimentos
citoplasmáticos
As moléculas superficiales están fortemente
unidas ás do interior, pero non ás externas
de aire.
Elevada tensión
superficial
Para elevar a súa Tª ten que absorber moita
calor, para romper as pontes de H
Alto calor específico
Función termorreguladora: axuda
a manter constante a
temperatura corporal dos animais
homeotermos.
A enerxía calorífica debe ser tan alta que
rompa todas as pontes de hidróxeno
Alto calor de
vaporización
FUNCIÓN BIOLÓXICADEBIDA APROPIEDADE

30. Sales minerais
As substancias minerais pódense atopar nos seres vivos de tres formas: precipitadas,
disoltas ou asociadas a substancias orgánicas.
 
1.- As substancias minerais precipitadas constitúen estruturas sólidas, insolubles, con
función esquelética. Por exemplo, o carbonato cálcico nas cunchas dos moluscos, o
fosfato cálcico, Ca
3(P0
4)
2, e o carbonato cálcico que, depositados sobre o coláxeno,
constitúen o ósos, a sílice (SiO
2
) nos exoesqueletos das diatomeas e nas gramíneas,
etc. Este tipo de sales poden asociarse a macromoléculas, xeralmente de tipo
proteico.

31. 2.- Os sales minerales disoltas dan lugar a anións e catións. Os principais son:
 
Catións: Na
+
K
+
Ca
2+
y Mg
2+.
Anións: Cl
-
, S0
4
2-
, PO
4
3-
, CO
3
2-
, HCO
3
-
y NO
3
-
.
 
Estos ións manteñen un grao de salinidade constante dentro do organismo, e
axudan a manter tamén constante o seu pH.
O medio interno dos organismos presenta unhas concentracións iónicas constantes.
Unha variación provoca alteracións da permeabilidade, excitabilidade e
contractilidade das células.

32. 3.- As substancias minerais asociadas a moléculas orgánicas solen atoparse xunto a
proteínas, como as fosfoproteínas, xunto a lípidos (fosfolípidos) e con glícidos (agar-
agar)

33. Funcións dos sales minerais
As principaIs funcións dos sales minerais disoltos son:
 
1.Estabilizar dispersións coloidais.
2.Manter un grao constante de salinidade no medio interno.
3.Regulación do pH e constituir solucións amortiguadoras. Lévase a cabo
polos sistemas carbonato-bicarbonato, e tamén polo monofosfato-
bifosfato.
4.Manteñen o equilibrio osmótico.
5.Participan nun gran número de procesos fisiolóxicos: activación de
encimas, transmisión do impulso nervioso, contracción muscular, etc.

34. As principales funcións dos sales minerais precipitados son:
•Formar estruturas esqueléticas e de protección (carbonato cálcico,
silicatos, fosfato cálcico)

35.  
A IONIZACIÓN DA AUGA
A auga en moi pequena proporción está ionizada:
 
Por iso, a concentración de ións hidronio (H
3
0
+
) e hidroxilo (OH
-
) é moi baixa,
concretamente 10
-7
moles por litro ([H
3
0
+
] = [OH
-
] = 10
-7
). Lóxicamente por cada
ión H
3
O
+
que se forma debe aparecer á vez un ión OH
-.
 
 
Dados os baixos niveis de H
3
0
+
e de OH
-
, se á auga se lle engade un ácido
(engádese H
3
0
+
) ou unha base (engádese OH
-
), aínda que sexa en moi pouca
cantidade, estos niveis varían bruscamente.

36. Nos seres vivos existe sempre unha certa cantidade de hidroxenións (H
+
) e de ións
hidroxilo (OH
-
) que proceden de:
•A disociación da auga que proporciona os dous ións:
•A disociación de corpos con función ácida que proporcionan H
+
:
ClH Cl
-
+ H
+
•A disociación de corpos básicos que proporcionan OH
-
:
NaOH  Na
+
+ OH
-
 

37. Polo tanto a acidez ou alcalinidade do medio interno dun organismo dependerá da
proporción na que se atopenen os dous ións. Así será:
•Neutro cando [H
+
]=[OH
-
]
•Ácido cando [H
+
]>[OH
-
]
•Alcalino ou básico cando [H
+
]<[OH
-
].
Para que os fenómenos vitais podan
desenvolverse con normalidade é necesario
que a concentración de H
+
, que se expresa en
valores de pH sexa máis ou menos constante e
próxima á neutralidade, é dicir, pH=7.
Acido Base
H+ OH-
7
6 8

39. Nas reaccións metabólicas libéranse produtos tanto ácidos como básicos que varían a
neutralidade se non fora porque os organismos dispoñen duns mecanismos químicos que
se opoñen automaticamente ás variacións de pH.
 
Estes mecanismos denomínanse sistemas amortecedores ou sistemas tampón, e neles
interveñen de forma fundamental os sales minerais.
Estes sistemas están formados por un ácido
débil e súa base (sal) conxugada. O tampón
bicarbonato é común nos líquidos
extracelulares, manten o pH en valores
próximos a 7,4, gracias ao equilibrio entre
o ión bicarbonato e o ácido carbónico,
que a súa vez se disocia en dióxido de
carbono e auga.
O tampón fosfato é a outra solución
tampón, formada polo ión PO
3
-4
e H
3
PO
4
, e
é máis común nos medios intracelulares.
 

40. DISOLUCIÓNS E DISPERSIÓNS
Nos seres vivos o estado líquido está constituido por dispersións de moitos tipos de
moléculas dispersas ou solutos e un só tipo de fase dispersante ou disolvente, que
é a auga.
Os solutos poden ser de baixo peso molecular como, por exemplo, o cloruro sódico
(PM = 58,5) e a glicosa (PM = 180), ou poden ser de elevado peso molecular
(denomínanse coloides), como, por exemplo, as proteínas de tipo albúmina (PM
entre 30 000 y 100 000).
As dispersións de solutos de baixo peso molecular denomínanse disolucións
verdadeiras ou simplemente disolucións, e as de elevado peso molecular
denomínanse dispersións coloidais

41. As propiedades das disolucións verdadeiras
 
As propiedades das disolucións verdadeiras son a difusión e a osmose.
 
Difusión. É a repartición homoxénea das partículas dun fluido (gas ou líquido) no
seo doutro, ao poñelos en contacto. Este proceso débese ao constante
movemento en que se atopan as partículas de líquidos e gases.
Osmose É o paso do disolvente entre dous solucións de diferente concentración
a través dunha membrana semipermeable que impide o paso das moléculas de
soluto.
O disolvente, que nos seres vivos é a auga, móvese desde a disolución máis
diluida á máis concentrada.

42. A membrana citoplasmática é unha membrana semipermeable e dá lugar a
diferentes respostas fronte á presión osmótica do medio externo.
1.Se éste é isotónico respecto ao medio interno celular, é dicir, ten a mesma
concentración, a célula non se deforma.
2.Se o medio externo é hipotónico (menos concentrado), a célula incharase por
entrada de auga no seu interior. Este fenómeno chámase turxencia e é observable,
por exemplo, nos eritrocitos, engadindo auga destilada a unha gota de sangre.
3.Se o medio externo é hipertónico (máis concentrado), a célula perderá auga e
engurrarase, dándose un fenómeno de plasmólise que acaba coa rotura da
membrana. Isto sucede, por exemplo, nos eritrocitos, cando se engade auga
saturada de sal a unha gota de sangre.
Os procesos de osmose explican como as plantas conseguen absorber grandes
cantidades de auga do solo, e por que a auga do mar non sacia a sede xa que ao
estar máis concentrada que o medio intracelular provoca a perda de auga nas
células.

43. As propiedades das dispersións coloidais
 
A maioría dos líquidos dos seres vivos son dispersións coloidais, de ahí que sexa tan
importante o estudo das súas propiedades. Nestas solucións, o tamaño das partículas
do soluto é moito maior que nas solucións verdadeiras. É o caso de polisacáridos,
proteínas e ácidos nucleicos. As súas principais propiedades son:
•Diálise
•Capacidade de presentarse en estado de xel

44. Capacidade de presentarse en estado de xel. As dispersións coloidais poden
presentarse en dous estados: en forma de sol ou estado líquido, e en forma de xel ou
estado semisólido. A diferenza entre ambos estados é la cantidade de auga presente. O
sol ten aspecto de líquido. O xel ten aspecto semipastoso ou xelatinoso.
 
A transformación de sol en xel, e viceversa, está en relación coa síntese ou coa
despolimerización, respectivamente, de proteínas fibrilares e permite a emisión de
pseudópodos, y, por tanto, o movimento ameboide e a fagocitose.
 
 

45. Diálise: É a separación das partículas dispersas de elevado peso molecular
(coloides) das de baixo peso molecular (cristaloides), gracias a unha
membrana cuxo tamaño de poro só deixa pasar as moléculas pequeñas
(auga e cristaloides), pero non as grandes. Unha aplicación clínica é a
hemodiálise, que é a separación da urea do sangue de individuos con
deficiencia renal.