Apuntes Bioquimica Agua 2

8/19/2019 Apuntes Bioquimica Agua 2

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APUNTES BIOQUIMICA SEM. FEB-JULIO 2015 MEDICO: MIRANDA

EL AGUA

2.1 Importancia biológica de las soluciones2.2 Propiedades generales del agua2.3 Carácter bipolar y enlaces intermoleculares del agua2.4 Funciones del agua en los organismos

RECUERDALO

¿Qué APRENDI?

EXPERENCIA


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EL AGUAEl agua es una biomoléculas inorgánica. Se trata de la biomolécula más Abundante en los seres vivos. En las medusas, puede alcanzar el 98% delVolumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta.Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones otejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otrasestructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen pocacantidad de agua en su composición.

Evaluación Diagnostica: Resuelve las siguientes preguntas.1.- Consideras que el agua es de vital importancia para la vida, ¿Por qué? _______________________________________________________________

________________ _______________________________________________________________ ________________2.- Menciona los elementos básicos que componen al agua. _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ________________3.- ¿Qué porcentaje de agua existe en nuestro globo terráqueo? _______________________________________________________________ ________________


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_______________________________________________________________ ________________4.- Consideras que los seres humanos podríamos existir sin este líquido. _______________________________________________________________ ________________

_______________________________________________________________ ________________5.- Menciona por lo menos tres propiedades específicas del agua. _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________6.- Escribe algunas funciones básicas del agua en el organismo. _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________

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2.1 IMPORTANCIA BIOLÓGICA DEL AGUALas propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula paraalgunas funciones para los seres vivos. Estas funciones son las

siguientes:Disolvente universal: El agua, debido a sus propiedadesfisicoquímicas, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculaspolares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua.Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buendisolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado deionización.Función estructural: Por su elevada cohesión molecular, el agua confiereestructura, volumen y resistencia.Función de transporte: Por ser un buen disolvente, debido a su elevadaconstante dieléctrica, y

por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevadacohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio detransporte por su interior.Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el aguasirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor devaporización el agua es un material idóneo para mantener constante latemperatura, absorbiendo el exceso decalor o cediendo energía si es necesario.


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Explique brevemente la importancia de las soluciones (agua) ennuestra vida cotidiana.

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PRÁCTICA EL CICLO DEL AGUA.Objetivo: Conocer los elementos que participan en el ciclo hidrológico, asícomo el origen de cada uno de ellos y pueda aprovecharlos en la vida diaria.

Las fases que sigue el ciclo hidrológico son:1) Evaporación2) Condensación3) Precipitación4) Escurrimiento5) FiltraciónMateriala) Soportes universalesb) Aro metálicoc) Rejilla de asbestoa) Mechero de Bunsen

b) Matraz de destilaciónc) Pinzasd) Tubo de Látexe) Refrigerantef) Tubo de ensayog) Gradillah) Embudoi) Papel Fieltro j) Tierra arenosa.Nombre ¿Cuánto sabes? No. 1Instruccionespara el AlumnoContesta los ejercicios de acuerdo a tus conocimiento generales debioquímica, si tienes duda pide ayuda tu profesor o con tus compañeros.Actitudes aformar ResponsabilidadManeraDidáctica deLograrlasResponder adecuadamente el cuestionamiento usando otras fuentes

de información, así, podrás tener mayores habilidades y destrezas paralograrlo.CompetenciasGenéricas aDesarrollar Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.ManeraDidáctica deLograrlasEl alumno investiga acercas de la importancia del agua, a través del ciclodel agua.

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Procedimiento1.- Coloca sobre la tela de asbesto el matraz de destilación: sujétalo por elcuello con las pinzas y éstas al soporte universal.2.- Conecta con el tubo de látex chico, el tubo del refrigerante con el tubo delmatraz de destilación

3.- Acopla la manguera inferior del refrigerante en la llave del agua fría y lasuperior en el drenaje. Abre la llave del agua para que ésta circule por el refrigerante.4.- Coloca al final del refrigerante la gradilla con el tubo de ensayo. Sobre ésteacomoda el embudocon el papel filtro y agrega la tierra.5.- Agrega al matraz 1OO ml. De agua, enciende el mechero de Bunsen ycolócala debajo del aro metálico. Calienta el agua del matraz hasta que hiervay se inicie la evaporación del agua.6.- Observa que ocurre en las paredes del matraz en las del refrigerante, anotatus observaciones en la línea correspondiente.

7.- Recoge dentro del embudo, el agua que empieza a gotear del agua deObservaciones1.- Escribe Sobre la línea la fase del ciclo hidrológico que se representa en elmodelo. _______________________________________________________________ ____ _______________________________________________________________ ____2.- Calentar el agua en el matraz hasta que hierva, representa la fase derefrigerante. _______________________________________________________________ ____ _______________________________________________________________ ____3.- ¿En qué estado se encuentra el agua del matraz que sube hacia elrefrigerante? _______________________________________________________________ ____ _______________________________________________________________ ____4.- La fase se representa cuando el agua está en el refrigerante es la de:

_______________________________________________________________ ____ _______________________________________________________________ ____5.- El goteo representa la fase de: _______________________________________________________________ ____ _______________________________________________________________ ____6.- El proceso de agua a través de la tierra representa la fase de: _______________________________________________________________

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2.2 PROPIEDADES GENERALES DEL AGUA¿CUÁLES SON LAS PROPIEDADES DEL AGUA?Propiedades bioquímicasLos 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 aguacomo fuente de átomos de hidrógeno.En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado lacapacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar loscompuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.Propiedades físico-químicasEl agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:• Acción disolvente.El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), estapropiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otrassustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas

polares del agua. La capacidad disolvente es la responsable de dos funcionesimportantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayoríasdelas reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación dedesechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.• 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 casiincompresible.• Elevada fuerza de adhesión.De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al


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establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto conla cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabiabruta desde las raíces hasta las hojas.45• Gran calor específico.

El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentesde hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otroslíquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permiteal citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en loscambios bruscos de temperatura.• Elevado calor de vaporización. A 20° C se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, loque da idea de la energía necesaria para romper los puentes dehidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y,posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinéticasuficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor.

• Elevada constante dieléctrica.Por tener moléculas bipolares, el agua es un gran medio disolvente decompuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentespolares como los glúcidos.Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupospolares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones ycationes, que quedan así rodeados pormoléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.• Bajo grado de ionización.De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. H2OH3O+ + OH-.Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los ioneshidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si alagua se le añade un ácido o una base,aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.Propiedades organolépticasEl agua pura es incolora, inodora e insípida. No obstante, en el medio natural elagua dista mucho de ser pura y presenta unas propiedades específicas queafectan a los sentidos. Estas propiedadesse denominan propiedades organolépticas y afectan al gusto, al olor, al aspectoy al tacto, distinguiéndose: temperatura, sabor, olor, color y turbidez.


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Ejemplos de algunas propiedades físicas del agua.


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Conteste las siguientes preguntas:1.- Mencione con sus propias palabras la definición de: Acción disolvente: _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ________________Elevada fuerza de adhesión:

_______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ________________Elevado calor de vaporización: _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ________________2.- En que aplicamos el término constante dieléctrica. _______________________________________________________________

________________ _______________________________________________________________ ________________3.- Expresa mediante un dibujo las propiedades organolépticas. _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ________________4.- De cada 107 moléculas de agua, ¿Cuántas moléculas se encuentranionizadas? _______________________________________________________________

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Actividad experimental

EFECTO DE LOS SOLUTOS SOBRE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DELAGUA

OBJETIVO: Evaluar el cambio de las propiedades físicas del agua por laadición de solutos.FUNDAMENTO:Investigue de acuerdo al nombre y objetivo de la práctica.MATERIALES Y EQUIPO3 Vasos de precipitado de 250 ml3 Vasos de precipitado de 100 ml1 Mechero Bunsen1Tela de asbesto1 termómetro de 0 a 260 °C1 Tripié

1 Probeta de 50 mlNombre ¿Cuánto sabes? No. 1Instruccionespara el AlumnoContesta el ejercicios de acuerdo a tus conocimiento generales dequímica, si tienes duda pide ayuda tu profesor o a tus compañeros.Actitudes aformar Orden y RespetoManeraDidáctica de

Lograrlas


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Utilizando esta guía, y ejercicios deotras fuentes de información y tendrás mayores habilidades y destrezas paralograrlo.CompetenciasDisciplinarias

a Desarrollar4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder apreguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes yrealizando experimentos pertinentes Actividad experimental49

SUSTANCIAS: 100 g de Cloruro de sodio (sal de mesa), HieloTÉCNICA:a) Punto de ebullición del agua1. Colocar 50 ml de agua destilada en cada vaso de precipitado de 100 ml.2. Colocar al primer vaso 20 g de cloruro de sodio y al segundo 40 g, mientras

que el tercer vaso se deja sin cloruro de sodio (vaso control).3. Someter cada vaso a ebullición y medir la temperatura de la misma.4. Relacionar el efecto del soluto sobre el punto de ebullición del agua.b) Punto crioscópico del agua5. Colocar en cada vaso de precipitado de 250 ml aproximadamente 8 cubosde hielo y pesar la cantidad de hielo en cada vaso.6. Colocar al primer vaso 10 g de cloruro de sodio y al segundo 20 g, mientrasque el tercer vaso se deja sin cloruro de sodio (vaso control). Esparcir la sal enlos vasos 1 y 2 de forma homogénea.7. Después de 30 min medir con una probeta de 50 ml la cantidad de agualicuada en los vasos, determinar el % de agua liberada del hielo y medir latemperatura en cada vaso de hielo.8. Relacionar el efecto del soluto sobre el punto crioscópico del agua.OBSERVACIONES

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CUESTIONARIO:

1.- Explica cuáles otras propiedades coligativas del agua se ven afectadas porla presencia de solutos. _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ____________2.- ¿Qué aplicaciones tiene la medición de punto de ebullición y de puntocrioscópico en los alimentos en general?3.- Enlista ejemplos de alimentos donde se mida de forma cotidiana estaspropiedades.4.- Menciona ejemplos de sustancias que sean utilizadas en alimentos para

cambiar sus propiedades.


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CONCLUSIONES: _____________________________________________________________________ _________________ _____________________________________________________________________ _________________ _____________________________________________________________________ _________________

2.3 CARÁCTER BIPOLAR Y ENLACES INTERMOLECULARESDEL AGUACARACTER BIPOLAR

El agua es una molécula polar porque presenta polaridad eléctrica, con unexceso de carga negativa junto al oxígeno compensado por otra positivarepartida entre los dos átomos de hidrógeno; los dos enlaces entrehidrógeno y oxígeno no ocupan una posición simétrica, sino que forman un

ángulo de 104º 45′.

El agua tiene propiedades inusualmente críticas para la vida: es un buendisolvente y tiene alta tensión superficial. El agua pura tiene su mayordensidad a los 3,98°C: es menos densa al enfriarse o al calentarse, ya queal llegar a convertirse en agua sólida (hielo) las moléculas se unen y formanuna figura como un panal, lo que la hace menos densa. Como una establemolécula polar prevalente en la atmósfera, tiene un importante papel en la


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atmósfera como absorbente de radiación infrarroja, crucial en el efectoinvernadero. El agua también tiene un calor específico inusualmente alto,importante en elregulamiento del clima global.El agua es un buen disolvente y disuelve muchas sustancias, como las

diferentes sales y azúcares, y facilita las reacciones químicas lo que contribuyea la complejidad del metabolismo. Algunas sustancias, sin embargo, no semezclan bien con el agua, incluyendo aceites y otras sustanciashidrofóbicas. Membranas celulares compuestas de lípidos y proteínas, tomanventaja de esta propiedad para controlar las interacciones entre sus contenidosy químicos externos. Esto sefacilita en parte por la tensión superficial del agua.Las gotas de agua son estables debido a su alta tensión superficial. Esto sepuede ver cuando pequeñas cantidades de agua se ponen en superficies no

solubles como el vidrio: el agua se queda junta en forma de gotas. Estapropiedad es importante en la transpiración de las plantas.Una propiedad del agua simple pero ambientalmente importante es que sucomún forma sólida, el hielo, flota en el líquido. Esta fase sólida es menosdensa que el agua líquida debido a la geometría de los fuertes enlaces dehidrógeno formados solo a temperaturas bajas.

Para casi todas las demás sustancias y para todas las otras once fases nocomunes del hielo de agua excepto ice-XI, la forma sólida es más densa que laforma líquida. El agua fresca presenta lamáxima densidad a 3,8 °C, ascendiendo por convección tanto cuando sutemperatura aumenta como cuando disminuye desde ese valor. Este revéscausa que el agua profunda permanezca más caliente que la ligera aguacongelada, por lo que el hielo en un cuerpo de agua se formará primeroen la superficie y crecerá hacia abajo, mientras que la mayor parte del aguabajo del hielo permanecerá a 3,8 °C. Esto efectivamente aísla el fondo de unlago del frío exterior.


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El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el

disolvente universal.

Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidadpara formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentargrupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R-OH,aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas 52 + y - , lo que da

lugar a disoluciones moleculares). También las moléculas de agua puedendisolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.En el caso de las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos porlos dipolos del agua, quedando “atrapados” y recubiertos de moléculas de aguaen forma de iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es laresponsable de dos funciones:El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es eldisolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida,se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras

sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica(alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con gruposque presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares).También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que sedisocian formando disoluciones iónicas.En el caso de las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos porlos dipolos del agua, quedando “atrapados” y recubiertos de moléculas de aguaen forma de iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es laresponsable de dos funciones:-Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo-Sistemas de transporte

ENLACES INTERMOLECULARES Al estar el agua en estado sólido, todas las moléculas se encuentran unidasmediante un enlace de hidrógeno, que es un enlace intermolecular y forma unaestructura parecida a un panal de abejas, lo que explica que el agua seamenos densa en estado sólido que en el estado líquido. La energía cinética delas moléculas es muy baja, es decir que las moléculas están casi inmóviles.Una de las peculiaridades del agua es que al congelarse es que al congelarsetiende a expandirse y disminuir su densidad.


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Mencione su perpectiva de los ejemplos anteriores con respecto alcarácter bipolar del aguay sus enlaces intermoleculares .

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RESPONDE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS:Explica con tus propias palabras lo que entendiste por carácter bipolar. _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________

________________¿Por qué se considera que el agua es una molécula polar? _______________________________________________________________ _______________¿Cómo se lleva a cabo el enlace intermolecular del agua? _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________¿Por qué el agua es considerada como el disolvente universal? _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ______________Mencione las dos funciones responsables de la capacidad disolvente. _______________________________________________________________ ________________


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Como actividad práctica opcional en el laboratorio podemosplantear con ayuda del profesor, el diseño de una teórica yejemplificarla con


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2.4 FUNCIONES DEL AGUA EN LOS ORGANISMOSSu abundancia en un ser vivo (o en una parte de él) está en estrecha relacióncon la actividad metabólica que éste realice, y también con la composición delmedio en que se desenvuelva. (En general, a mayor cantidad de agua, menoractividad metabólica).

El agua constituye la sustancia mayoritaria en los seres vivos (65% a 95% desu peso) y la vida es posible gracias a las poco frecuentes y singularespropiedades físico-químicas que presenta (particularmente su estructuramolecular y su carácter polar), responsables, a su vez, de sus funcionesbiológicas.Veamo s tales propiedades y las fun ciones asociadas:

1) La gran fuerza de cohesión entre sus moléculas es la responsable de quesea un líquido prácticamente incomprensible, capaz de dar volumen y turgenciaa muchos seres vivos uni opluricelulares (piénsese en el esqueleto hidrostático en las plantas).Esta fuerza permite las deformaciones de algunas estructuras (por ejemplo, el

citoplasma),sirviendo como lubricante en zonas de contacto (articulaciones) para evitarrozamientos (función amortiguadora mecánica).2) Su elevado calor específico hace que el agua puede absorber una grancantidad de calor (es una forma de energía), mientras que su temperatura sóloasciende ligeramente, ya que parte deesa energía habrá sido utilizada en romper los enlaces de H entre susmoléculas Esta propiedad hace que el agua funcione como un buenamortiguador térmico que mantiene la temperatura interna de los seres vivos apesar de las variaciones externas.Instrucciones para el AlumnoEl alumno será capaz de analizar los conceptos de materia, energía, suspropiedades así como los cambios que esta sufre en la naturaleza.Saberes a adquirirImportancia biológica de las soluciones, propiedades generales del agua, carácterbipolar y enlaces intermoleculares del agua, funciones del agua en los organismos.Manera Didáctica deLograrlos Definir y relacionar conceptos, haciendo uso de la comunicaciónescrita y verbal, llevando a cabo la estrategia analítica de fomento ecológico(investigación de campo), trabajo en equipo las distintas propiedades, funciones ycarácter bipolar e intermolecular del agua, realizar ejercicios en el aula.

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3) Su alto calor de vaporización hace que el agua absorba mucho calor al pasardel estado líquido al gaseoso, ya que, para que una molécula se separe de lasadyacentes, han de romperse los puentes de H y, para ello, se necesita unagran cantidad de energía (alrededor de 1500 calorías para evaporar un gramode agua). Así, cuando el agua se evapora en la superficie de una planta o de un animal,absorbe gran parte del calor del entorno. Esta propiedad es utilizada comomecanismo de regulación térmica 4) Agua posee también una elevadaconstante dieléctrica. Esta propiedad del agua hace que las sales y otroscompuestos iónicos se disocien en sus cationes y aniones, los cuales sonatraídos


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con fuerza por los dipolos de agua y se impide su unión. Asimismo, debido a supolaridad, el agua disuelve con facilidad otros compuestos no iónicos, pero queposeen grupos funcionales polares (alcoholes, aldehídos, cetonas, etc.) alestablecer enlaces de H entre ellos Todo ello convierte al agua en la sustanciadisolvente más importante. A su vez, esta capacidad es responsable de dos

funciones del agua en los seres vivos: a) Es vehículo de transporte para lacirculación de sustancias en el interior de los organismos y en su intercambiocon el exterior.b) Es el medio donde transcurren las reacciones bioquímicas, ya que lamayor parte de las biomoléculas se encuentra disuelta en ella y necesita unmedio acuoso para interaccionar. 5) Su gran fuerza de adhesión (alta tensiónsuperficial) se debe a la tendencia a formar enlaces de H entre las moléculasde agua (cohesión) y de éstas con otras moléculas polares (adhesión).Ello hace responsable al agua de todos los fenómenos relacionados con lacapilaridad (por ejemplo, el ascenso de savia bruta por el xilema de las plantas)y con el desplazamiento de los

organismos sobre ella.


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Mencione por lo menos cinco características y funciones fundamentalesdel agua en los organismos de los seres vivos, así como en la naturalezamisma.

Realiza un mapa conceptual de los conocimientos adquiridos en eltema.

Como actividad práctica opcional en el laboratorio podemos plantear con

ayuda del profesor, el diseño de una pequeña experiencia para medir elporcentaje de agua que requiere una semilla de frijol para que seconvierta en una planta.NOTA: Se requerirá de observación continua, medir gradualmente lacantidad deagua suministrada a la semilla hasta el momento de su transformación.

OBSERVACIÓN: _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ________________ _______________________________________________________________ ______________CÁLCULOS.CONCLUSIÓN: _______________________________________________________________ ________________

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Apuntes Bioquimica Agua 2

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