3 SEMANA- Materia Viva 2012 II

Biología GeneralMs. C. Blg° María Teresa Valderrama Rojas

SEMANA 03 Composición de la materia viva, grupos funcionales biológicamente más representativos. El Agua, definición, generalidades, estructura, clasificación. , características, propiedades del agua en los organismos vivos, tipos de agua en la matriz celular, importancia y función en la célula.

M A T E R I A V I V A

La materia inanimada está formada relativamente por pocos elementos químicos, cuyas combinaciones obedecen a una estricta combinación estequiométrica. La materia viva o sea los seres vivos son organismos autónomos capaces de perpetuarse, nutrirse y relacionarse, formados por un conjunto limitado de moléculas basadas en el carbono que, esencialmente, son las mismas en todas las especies vivientes. Consta de más de 70 elementos químicos (de los más de 100 que tiene nuestro sistema periódico). Además de su cantidad, las distintas variaciones determinan una variabilidad casi indefinida de formas químicas. A estos elementos que forman parte de la materia viva se le denominan bioelementos o elementos biogénicos.

Desde el punto de vista químico las moléculas que forman los seres vivos pueden clasificarse en:

Inorgánicas: agua, sales minerales y algunos gases Orgánicas: glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos

Los inorgánicos tienen una estructura sencilla, los orgánicos son más complejos y tienen al carbono relacionado con el hidrogeno.

Todas estas biomoléculas están organizadas en unas unidades superiores que son las células. Una célula es un recinto cerrado en cuyo interior se realizan las secuencias de reacciones químicas necesarias para la vida. Es un sistema capaz de mantener la concentración de algunas sustancias lo suficientemente alta como para que puedan producirse los procesos químicos que hacen posible que realice todas sus funciones vitales. Por ello las células están rodeadas de membranas que retienen, o concentran de forma selectiva algunos compuestos químicos.

De los más de 90 elementos químicos que están presentes en la naturaleza, unos 70 forman parte de la materia viva, y sólo 30 son esenciales para el desarrollo y mantenimiento de esta. Veremos cuáles son:

Bioelementos.- Son los constituyentes esenciales de las biomoléculas, están presentes siempre y en gran proporción dentro del organismo. Pueden ser:

Primarios o esenciales y Secundarios

Bioelementos primarios o esenciales Son los indispensables para la formación de las biomoléculas: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno o Nitrógeno. Se considera también al Azufre y Fósforo, que con los anteriores formarán el 92,6% de la materia viva.

Bioelementos secundariosSon necesarios pero no indispensables para la vida, tenemos:S: Constituyente de las proteínas, son transportadores de los electrones de la

fosforilación oxidativa y algunas vitaminas como tiamina y biotina. Regula diversas actividades del organismo Se excreta en la orina

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P: Aproximadamente el 80% se encuentra en los huesos y dientes. El resto está distribuido en los músculos, células cerebrales y sangre.

Mg: Parte se almacena en hígado y bazo. La mayor parte se excreta en las heces.Ca: Catión más abundante en el organismo. Aproximadamente el 99% se encuentra

en los huesos y diente, el resto se encuentra en el músculo, los tejidos blandos y el plasma. Interviene en la coagulación sanguínea.

Na: Catión más abundante en los líquidos extracelulares, parte se encuentra en los huesos., se excreta en la orina y la transpiración. Importante en la distribución del agua por osmosis.

Cl: Se encuentra en el líquido extracelular e intracelular. Participa en el equilibrio ácido básico de la sangre, en la formación del HCl del estómago.

K: Principal catión del equilibrio intracelular. Interviene en la conducción del potencial de acción nervioso y muscular.

OligoelementosSon elementos que constituyendo parte de la materia viva, están en muy poca proporción, generalmente por debajo del 0,1 %. Deben ser controlados estrictamente, tanto su exceso como su defecto, pueden originar la muerte del individuo. La función es principalmente biocatalizador de reacciones indispensables para el organismo. La síntesis de Vitaminas y de todos los elementos estructurales del organismo los requieren en pequeñas cantidades, Hay dos tipos de oligoelementos.

Indispensables: presentes en todos los seres vivos, pero en poca proporción:Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, B, Cl, F, I, Si...

Variables: No en todos los seres vivos, pero en poca cantidad: Br, Zn, Pb, Ti, V.

¿Por qué son estos, y no otros, los elementos que han constituido la materia viva?

1. En el origen de la vida ya estaban formando parte de la atmósfera primigenia. La atmósfera primitiva constaba de metano (CH4), amoníaco (NH3), y agua (H2O). Alexander Oparin, bioquímico ruso, postuló (en 1922) que estas moléculas, por medio de energía eléctrica, radiación o energía térmica de los volcanes reaccionarían dando lugar a las biomoléculas actuales o más sencillas. Esta hipótesis consiguió demostrarse en 1953, cuando Miller y Urey consiguieron sintetizar aminoácidos y otras pequeñas moléculas mediante un aparato que aplicaba descargas eléctricas a disoluciones gaseosas de los elementos que se supone constituyeron la atmósfera primitiva. Este experimento supone un hito en la explicación del origen de la materia viva sobre la tierra.

2. Son los elementos más ligeros de sus respectivos grupos, relativamente estables (poca afinidad electrónica), y su pequeño tamaño les permite establecer varios enlaces muy estables consigo mismo (concatenación) o con otros elementos.

3. Sirven como elementos estructurales y funcionalidad sobre los que se asienta la vida. El Carbono, por ejemplo, es capaz de construir formas y tamaños diferentes, así como una gran variedad de grupos funcionales, como ningún otro elemento lo hace

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

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Cuando los bioelementos se unen entre sí, formarán distintas moléculas. Estas moléculas que forman parte de los seres vivos, reciben el nombre de biomoléculas, y son el objeto de estudio de la biología molecular.

BiomoléculasSon moléculas grandes de compuestos orgánicos constituidas por muchos átomos., forman parte de los seres vivos. Los seres vivos son organismos autónomos capaces de perpetuarse, de nutrirse y de relacionarse, formados por un conjunto limitado de moléculas basadas en el carbono sus combinaciones y asociaciones, formando los llamados principios inmediatos que esencialmente, son las mismas en todos las especies vivientes. Las moléculas que forman los seres vivos pueden clasificarse en:

Simples Oxígeno (O2), Hidrógeno (H2), Nitrógeno (N2) Compuestos - Orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos

nucleicos. - Inorgánicas: agua, dióxido de carbono y sales minerales.

Los compuestos orgánicos son biomoléculas que están formados básicamente por Carbono, sus combinaciones y asociaciones, formando los llamados principios inmediatos, son más complejos y tienen al carbono relacionado con el hidrogenoLos inorgánicos tienen una estructura sencilla.Todas estas biomoléculas están organizadas en unidades superiores que son las células.

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

En la materia inerte, los elementos nitrógeno y carbono no son abundantes y se encuentran en la atmósfera y en la corteza terrestre en formas inorgánicas sencillas, tales como, dióxido de carbono, nitrógeno molecular, carbonatos y nitratos.

En los seres vivos su composición química es muy diferente a la del entorno físico en que viven, la mayor parte son compuestos orgánicos de carbono en los que se halla relativamente reducido o hidrogenado, muchas biomoléculas contienen también nitrógeno hidrógeno y oxígeno . Existe una enorme variedad de biomoléculas, la mayor parte de los cuales son muy complejos y tienen una función específica; las mas sencillas de las células: las bacterias contienen gran número de distintas moléculas orgánicas. Las macromoléculas de la célula( biomoléculas) , están formadas por muchas moléculas sencillas, pequeñas unidades estructurales que se hallan ligadas constituyendo largas cadenas formando así los glúcidos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos y solamente se conoce la estructura de unas pocas.

Los organismos mayores y más complejos como animales y plantas superiores también contienen proteínas y ácidos nucleicos y en mucha mayor variedad; cada especie posee su propio conjunto de moléculas proteicas y de ácidos nucleicos químicamente diferentes.

En la organización molecular de la célula existe una simplicidad fundamental: los millares de macromoléculas diferentes que forman a la célula están construidas con sólo unas pocas moléculas sencillas, que son los sillares de su estructura. El reducido número de moléculas sencillas, sillares estructurales con que están construidas todas las macromoléculas, poseen otra sorprendente característica

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cada una de ellas desempeña diversas funciones en las células vivientes y algunas son extremadamente versátiles que realizan buen número de funciones. La identidad de cada una de las especies de organismos está preservada por su posesión de un conjunto distintivos de ácidos nucleicos y de proteínas. Los compuestos que contienen los organismos vivos normalmente tienen una función determinada y son indispensables para la vida.Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli contiene cerca de 5 mil compuestos orgánicos diferentes; entre ellos, unas 3 mil clases diferentes de proteínas y unos mil tipos distintos de combinaciones en las bases de los ácidos nucleicos, que contienen la información genética.Al comparar las proteínas presentes en esa bacteria con las del ser humano, se encontrará que ninguna de las moléculas de la Escherichia coli se parece a las encontradas en el ser humano; ello se debe a que cada especie de organismos posee su propio conjunto de moléculas.Sin embargo, todas ellas se encuentran formadas por moléculas más sencillas ligadas entre sí. Por ejemplo, los 20 aminoácidos esenciales que integran las proteínas son idénticos en todas las especies vivientes, pero están ordenados en secuencias diferentes, formando una gran cantidad de proteínas distintas.

GLUCIDOSSon compuestos orgánicos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Su fórmula general es: (CH2O)n donde n = 3 o un número mayor.Desde el punto de vista químico son polialcoholes (varios grupos –OH) con un grupo carbonilo (=O) que puede ser terminal (aldehido) o no (cetona).Los azúcares complejos (oligosacáridos y polisacáridos) se fragmentan en el tubo digestivo y dan lugar a moléculas de glucosa, las cuales son llevadas al hígado, donde se almacenan y son cedidas a la circulación general muy lentamente para producir energía, los que no se consumen son transformados en grasas y se almacenan como sustancias de reserva para ser quemados u oxidados cuando se requiera , son el combustible principal de la célulaSe clasifican, por su número de moléculas, en tres grupos principales: Monosacáridos, Oligosacáridos y Polisacáridos

LIPIDOSComúnmente llamados grasas, son sustancias orgánicas que contienen carbono, hidrógeno y, en menor proporción, oxígeno. Está formado esencialmente por la unión de un ácido graso y un alcohol. Pueden existir en estado sólido o líquido, según la naturaleza de los ácidos grasos que los constituyan. Algunos contienen fósforo y se les llama fosfolípidos, otros pueden combinarse con proteínas y se les llama lipoproteínas. Según la estructura y la composición química de los lípidos, será también su función, los más importantes son: Triglicéridos, Céridos, Fosfoglicéridos, Lecitinas y Cerebrósidos

PROTEÍNASSon los compuestos orgánicos más abundantes en los seres vivos y pertenecen, por su gran tamaño, a un grupo de biomoléculas llamadas macromoléculas. En su estructura química contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, aunque en algunos casos puede haber pequeñas cantidades de azufre, fósforo, hierro, yodo y otros elementos. Los aminoácidos son las unidades básicas de las proteínas, En las proteínas se encuentran 20 tipos de aminoácidos diferentes, ordenados en muchas secuencias distintas, formando numerosos tipos de proteínas. Estos 20 aminoácidos esenciales constituyentes de las proteínas y de los cinco nucleótidos diferentes que integran los ácidos nucleicos son idénticos en todas las especies vivientes.

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Existe una gran variedad de proteínas, por lo que sus funciones dentro de la célula son muy diversas: estructurales, reguladora, protectora, catalizadora, transporte de sales, oxígeno y la mayor parte de CO2 en los vertebrados. Cuando se someten al calor pierden su actividad biológica, a este fenómeno se le denomina coagulación o desnaturalización de las proteínas. Los alimentos de origen animal son en general vastos en proteínas; por ejemplo, la carne de pescado, res, pollo, cerdo; leche y sus derivados, y huevo, entre otros.

Hay muchos aminoácidos en la naturaleza, no sólo actúan como sillares de construcción de las moléculas proteicas, sino también como precursores de las hormonas, los alcaloides, las porfirinas, los pigmentos y otras muchas biomoléculas. Los mononucleótidos no sólo constituyen las unidades fundamentales de los ácidos nucleicos sino que actúan también como coenzimas y moléculas transportadoras de energía. Las enzimas son moléculas de proteínas muy especializadas. La célula las elabora a partir de aminoácidos sencillos; actúan como catalizadores para aumentar la velocidad de las reacciones químicas específicas dentro de la célula. Las reacciones químicas que catalizan las enzimas constituyen el metabolismo de las células.

BIOMOLECULAS INORGÁNICAS

Además existe otras Las biomoléculas inorgánicas representativas en la materia viva son el agua y las sales minerales.

A G U A

El agua es el único mineral líquido abundante en la superficie del planeta, constituye el 70-90% de la biomasa, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el principal componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua, es por eso que puede ser considerada como el líquido de la vida.Químicamente denominada PROTOXIDO DE HIDRÓGENO, por constituir la proporción más sencilla de unión entre el hidrógeno y el oxígeno. El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño comportamiento que la convierte en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee una manifiesta reaccinabilidad y posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su importancia biológica. Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua.

Introducción

Fue considerada por los antiguos filósofos como un elemento básico que representaba a todas las sustancias líquidas, idea que no fue descartada hasta la última mitad del siglo XVIII. Henry Cavendish, químico británico (1781), sintetizó agua detonando una mezcla de hidrógeno y aire. Sin embargo, sus resultados no fueron interpretados claramente hasta dos años más tarde, cuando Antoine L. de Lavoisier, químico francés propuso que el agua no era un elemento sino un compuesto de oxígeno e hidrógeno. En 1804, Joseph Louis Gay-Lussac, químico francés y Alexander von Humbolt, naturalista alemán demostraron que el agua

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consistía en dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno, como se expresa en la fórmula actual H2O.

ESTADO NATURALEl agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y gas. Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficies de agua en invierno; también en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formadas por cristales de hielo. Existe en estado líquido en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de rocío en la vegetación. Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos. Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide en términos de humedad relativa, que es la relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperatura dada respecto a la máxima que puede contener a esa temperatura. El agua está presente también en la porción superior del suelo, en donde se adhiere, por acción capilar, a las partículas del mismo. En este estado, se le denomina agua ligada y tiene unas características diferentes del agua libre.Por influencia de la gravedad, el agua se acumula en los intersticios de las rocas debajo de la superficie terrestre formando depósitos de agua subterránea que abastecen a pozos y manantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos durante los periodos de sequía.

COMPOSICIONDebido a su capacidad de disolver numerosas sustancias en grandes cantidades, el agua pura casi no existe en la naturaleza.

Durante la condensación y precipitación, la lluvia o la nieve absorben de la atmósfera cantidades variables de dióxido de carbono y otros gases, así como pequeñas cantidades de material orgánico e inorgánico. Además, la precipitación deposita lluvia radiactiva en la superficie de la Tierra.

En su circulación por encima y a través de la corteza terrestre, el agua reacciona con los minerales del suelo y de las rocas. Los principales componentes disueltos en el agua superficial y subterránea son los sulfatos, los cloruros, los bicarbonatos de sodio y potasio, y los óxidos de calcio y magnesio. Las aguas de la superficie suelen contener también residuos domésticos e industriales. Las aguas subterráneas poco profundas pueden contener grandes cantidades de compuestos de nitrógeno y de cloruros, derivados de los desechos humanos y animales. Generalmente, las aguas de los pozos profundos sólo contienen minerales en disolución. Casi todos los suministros de agua potable natural contienen fluoruros en cantidades variables. Se ha demostrado que una proporción adecuada de fluoruros en el agua potable reduce las caries en los dientes. El agua del mar contiene, además de grandes cantidades de cloruro de sodio o sal, muchos otros compuestos disueltos, debido a que los océanos reciben las impurezas procedentes de ríos y arroyos. Al mismo tiempo, como el agua pura se evapora continuamente l porcentaje de impurezas aumenta, lo que proporciona al océano su carácter salino.

Características

Es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el

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punto de congelación del agua es de 0 °C y su punto de ebullición de 100 °C. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4 °C y se expande al congelarse.

Como muchos otros líquidos, el agua puede existir en estado sobre enfriado, es decir, que puede permanecer en estado líquido aunque su temperatura esté por debajo de su punto de congelación; se puede enfriar fácilmente a unos -25 °C sin que se congele. El agua sobre enfriada se puede congelar agitándola, descendiendo más su temperatura o añadiéndole un cristal u otra partícula de hielo. Sus propiedades físicas se utilizan como patrones para definir, por ejemplo, escalas de temperatura.

El agua es uno de los agentes ionizantes más conocidos. Puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en agua, se le conoce frecuentemente como el disolvente universal. El agua combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de los metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas reacciones químicas importantes.

CLASIFICACION DEL AGUA

Aguas Naturales: contienen sustancias y gases en disolución, y sustancia o elementos en suspensión como las sales minerales: cloruros nitratos y sales de Calcio; CO2. Forman los manantiales, pozos, ríos, mares, lagunas. Las aguas de lluvia son menos impuras y se denominan meteóricas.

Aguas Minerales: Contienen sustancias minerales disueltas con sabor y propiedades curativas que incluyen sales hierro, azufre, gas carbónico. Provienen del subsuelo.

Aguas Potables: son aptas para beber, libres de sustancias nocivas para la salud, contienen elementos necesarios para el organismo: CO2, aire y sales de Na, K, Ca, Mg. Características: frescura, transparencia, inodora, incolora e insípida, debe disolver jabones y cocer los alimentos, no debe contener gérmenes patógenos ni sales minerales en exceso.

ESTRUCTURA

Casi todo el hidrógeno del agua tiene una masa atómica de 1. En 1932Harold Clayton Urey, químico estadounidense descubrió en el agua la presencia de una pequeña cantidad (1 parte por 6.000) de lo que se denomina agua pesada u óxido de deuterio (D2O); el deuterio es isótopo del hidrógeno con masa atómica 2.

En 1951 Aristid Grosse, químico estadounidense, descubrió que el agua presente en la naturaleza contiene también cantidades mínimas de óxido de tritio (T2O); el tritio es igualmente isótopo del hidrógeno con masa atómica 3. La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbítales sp3 del oxígeno determina un ángulo

entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104'5, teniendo como vértice el oxigeno además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace, generando una carga parcial positiva en el extremo del Hidrógeno y una carga parcial negativa en el extremo del Oxigeno.

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http://www.encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761555245

http://www.encarta.msn.es/find/Concise.asp?z=1&pg=2&ti=761556146


Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo

Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes, formando uniones débiles, llamadas Puentes de Hidrogeno.

La estructura del agua o de cualquier otra sustancia va desordenándose de un modo creciente o sea aumenta su entropía a medida que aumenta su temperatura

Al estado líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno H2O se le conoce comúnmente como “agua”, a temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc.) son gases.

Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos debido a la menor densidad electrónica. La

molécula de agua son dipolos.

Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Estas agrupaciones, confieren al agua propiedades de fluido .Los enlaces por puentes de hidrógeno son aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua

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Hielo: -273°C a 0°C Hielo fundiente a 0°C Agua líquida 0°C a 100°C Agua en ebullición a 100°C


una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.

La molécula de agua, H2O, no suele encontrarse aislada, sola, sino formando grupos. Con ello se alcanzan pesos moleculares elevados y el agua se comporta como líquido. Estas agrupaciones duran fracciones de segundos, lo cual le confiere al agua todas las propiedades de fluido. Además parte de la energía

calorífica se gasta en romper dichos enlaces. El agua líquida está polimerizada. No se conoce bien su estructura a fondo, el tamaño de los polímeros resulta una función de la temperatura (tanto mayor cuanto más baja ésta). Su estructura general a condiciones ambientales consiste en agrupaciones de ocho o más, con otras aisladas rellenado huecos; el número medio de moléculas es de 4'5 en un polímero de agua.

PROPIEDADES

I.- Propiedades físico-químicas del agua:

a) Acción disolvente.El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: 1.- es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y2.- el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. . Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

c) Elevada fuerza de adhesión. De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas.

d) Gran calor específico.El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando

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energía al enfriarse Esto permite que el citoplasma acuoso servir de protección a las moléculas orgánicas ante los cambios bruscos de temperatura manteniendo la temperatura constante.

e) Elevado calor de vaporización.A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor.

f) Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.

Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.

(1) Interacciones del agua con sustancias iónicas, (2) sustancias polares y (3) sustancias

no polares

g) Bajo grado de ionización.

De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. H2O H3O+

+ OH-

Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.

h) Ionización del agua y escala de pHLas moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas.Un ion hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno.

El agua no es un líquido químicamente puro, es una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- . El producto [H+] · [OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa, es decir, su concentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente.

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Definimos el pH como: pH=-log [H+]

El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos yvalores menores ácidos

II.- Propiedades Bioquímicas del agua

Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:

En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.

En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.

El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución de grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares en agua. El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, que sirve para transportar los alimentos y desechar el material de desperdicio.

Desempeña también un papel importante en la descomposición metabólica de moléculas tan esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.

El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido.

El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe a sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular.

El agua sirve como:1. vehículo de entrada y salida a las células2. mecanismo de desecho ( elimina las toxinas )3. parte de la estructura celular, constituyendo el único estado de la materia donde

se da la vida: el coloide.

Sistemas tampón o buffer

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Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.

Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de de protones, respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son el par carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. El pH normal de los fluidos corporales suele oscilar alrededor de 7, Plasma sanguíneo 7,4; Saliva:6,35-6,95 ; Orina 5,8; jugo gástrico:2,1 etc.

Osmosis y presión osmótica

Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.Presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan.

Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis)De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células.

El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), por un proceso de turgescencia. En el caso de los eritrocitos sanguíneos la plasmólisis se denomina crenación y la turgescencia el de hemólisis. Una célula es un recipiente, un recinto cerrado en cuyo interior se realizan las secuencias de reacciones químicas necesarias para la vida.

Una célula es un sistema capaz de mantener la concentración de algunas sustancias lo suficientemente alta como para que puedan producirse los procesos químicos que hacen posible que una célula realice todas sus funciones vitales. Por ello las células están rodeadas de membranas que retienen, o concentran de forma selectiva algunos compuestos químicos.

TIPOS DE AGUA EN LA CELULAExisten diferentes tipos de agua en la célula:

a) agua ligadab) agua de hidrataciónc) agua vecinald) agua libre

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Aun admitiendo como correcta la estimación de que aproximadamente un 95% del agua celular no está ligada, esta agua libre no constituye en la célula un medio fluido no viscoso que rellena los espacios que dejan libres las estructuras celulares.

FUNCION DEL AGUA EN LA CELULA

El alto porcentaje, que alcanza entre un 66% y 99% en la composición química de la materia viva, según la especie biológica, indica su enorme significación en la actividad celular, dadas las múltiples funciones que desempeña.

En las neuronas del hombre, el porcentaje de agua se eleva a un 80% y en algunos animales como las medusas llega a un 99%, cifra que nos indica que estas formas vivientes, están estructuradas prácticamente sólo de agua.

Las funciones se relacionan íntimamente con sus propiedades y se resumen en: Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas Amortiguador térmico Transporte de sustancias Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos Favorece la circulación y turgencia Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

SALES MINERALES

En función de su solubilidad en agua se distinguen dos tipos: insolubles y solubles en agua.

1. Sales insolubles en agua.

Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén o protectora, como :

o Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos : fosfatos, cloruros, y carbonatos de calcio

o Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.

o Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice).

o Otolitos del oído interno,formados por cristales de carbonato cálcico (equilibrio).

2. Sales solubles en agua.

Se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones ) que son los responsables de su actividad biológica. Desempeñan las siguientes funciones:

o Funciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+,...actúan como cofactores enzimáticos

o Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con la distribucisn de agua entre el interior celular y el medio donde vive

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http://www.arrakis.es/~lluengo/#GlossOsmosis

http://www.arrakis.es/~lluengo/enzimas.html


esa cilula. Los iones de Na, K, Cl y Ca, participan en la generacisn de gradientes electroqummicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de accisn y en la sinapsis neuronal.

o Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y tambiin por el monofosfato-bifosfato.

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http://www.arrakis.es/~lluengo/#GlossIonizaci%C3%B3n

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3 SEMANA- Materia Viva 2012 II

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