PROCESOS QUÍMICOS DE LA VIDA

MC. María de Lourdes Luevano

Alumnas: Ana Luisa Muela

Maldonado Yessica Itzel

Ruvalcaba Muñoz

Objeto de estudio 1:Agua como medio para la vida: su naturaleza y

sus conceptos relacionados

  11 Agosto 2015

CONTENIDO

A. D ISTR IBUC IÓN CORPORAL DEL AGUA Y SUS PÉRDIDAS .

El contenido del agua del cuerpo se divide en dos compartimientos:

o 67% del agua corporal está contenido dentro de las células. (intracelular)

o El 33% restante se encuentra en el compartimiento extracelular.

o 20% de este líquido extracelular contenido dentro del sistema cardiovascular.

o El 80% restante del líquido extracelular está localizado fuera del sistema vascular, y constituye el líquido tisular (líquido intersticial), contenido en la matriz extracelular parecida a gel.

 Bioquímica; “Conceptos esenciales” Feduchi

•El agua representa de media el 60% del peso corporal en los hombres adultos, y el 50-55% en las mujeres.

•El agua se distribuye por el cuerpo y los órganos. El contenido en agua de los distintos órganos depende de su composición y varía desde un 83% en la sangre hasta sólo un 10% en los tejidos adiposos.

Fuente: Enciclopedias salud, porcentaje de agua en el cuerpo humano.

Composición en agua de los tejidos y órganos por peso.  Adaptado de Pivarnik y Palmer 1994. 

PERDIDA DE AGUA Los líquidos corporales tienen mecanismos muy efectivos para su regulación y sistemas protectores contra la pérdida de está:

Como la piel y el riñón, cuyo fin es el conservar constante.

Existe perdida de agua por haber exceso de esta, se elimina a través de los riñones.

Otros casos de perdida de agua:

o Vómitoso Diarreas

B. HIPOVOLEMIA E HIPERVOLEMIA.

HipovolemiaPuede manifestarse fundamentalmente por una hemorragia o por deshidratación de cualquier causa.

HipervolemiaPuede ser provocada por:

oI nsuficiencia renal, hepática, síndrome de secreción inadecuada de hormona antidiurética o por una terapia con líquidos intravenosos inadecuada.

C. NATURALEZA FISICOQUÍMICA DEL AGUA La molécula de agua está formada por dos moléculas de hidrogeno y una de oxigeno (H2O).

Tiene una geometría tetraédrica.

En dos de las esquinas del tetraedro se encuentran los dos H unidos al O por un enlace covalente sencillo

O- e H+ ( Juntos el O tiene mayor capacidad de atraer electrones)

El enlace que hay entre la molécula de agua es polar porque la distribución de los electrones en los enlaces oxígeno-hidrógeno se desplaza hacia el oxígeno, sucede un enlace polar cuando se unen átomos diferentes que tienen diferente capacidad de atraer electrones o sea diferente electronegatividad.

Lo que pasa en la molecula de agua es:

En una molécula de agua, el átomo de oxígeno y los átomos de hidrógeno comparten electrones en uniones covalentes, pero la división no es igual.

En la unión covalente entre el oxígeno e hidrógeno, el átomo de oxígeno atrae electrones con un poco más de fuerza que los átomos de hidrógeno.

La división desigual de electrones le brinda a la molécula de agua una carga levemente negativa cerca de su átomo de oxígeno y una carga ligeramente positiva cerca de sus átomos de hidrógeno.

Cuando una molécula neutra tiene un área positiva en un extremo y un área negativa en la otra, es una molécula polar.

Las moléculas de agua se atraen entre sí según la atracción entre el extremo positivo de una molécula de agua y el extremo negativo del otro.

Quimitube . 1

Moléculas como el agua, en las que la carga está separada, se denomina diplolos. Cuando los dipolos moleculares están en dirección opuesta a la del campo.

Cuando las moléculas polares se sitúan entre placas cargadas, se alinean de forma opuesta al campo

Dada la gran diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno, los hidrógenos con deficiencia de electrones de una molécula de agua son atraídos hacia el par de electrones no apareados de otra molécula de agua.

Esta interacción es llamado puente de hidrógeno donde el hidrogeno es compartido de modo desigual por los dos centros electronegativos.

El puente tiene carácter electrostático como covalente.

oLas interacciones electrostáticas ocurren entre cualesquiera de dos cargas opuestas parciales (moléculas polares) o bien, completas (iones o moléculas con carga).

oLos enlaces covalentes implican la distribución compartida de electrones.

ENLACES NO COVALENTES

Moléculas Polares: son aquellas cuyos enlaces son formados por átomos distintos con grandes diferencias de electronegatividad es eléctricamente neutra por tener igual de partículas positivas y negativas, pero no existe simetría en la distribución de la electricidad.

NO polares: Aquellas en las que no hay esa diferencia de zonas eléctricas positiva y negativa en la molécula se llaman.

A diferencia de los fuertes enlaces covalentes, estos son muy débiles y por lo tanto se rompen con facilidad.

Aún así presentan un papel importante para determinar las propiedades química y físicas del agua.

Sus interacciones débiles estabilizan las estructuras ya que la capacidad de estos enlaces para formarse y romperse con rapidez dota a las biomoléculas de la flexibilidad requerida para que se produzca el flujo rápido de información que tiene lugar en los dinámicos procesos vitales.

“En los seres vivos, las interacciones no covalentes más importantes son las iónicas, las fuerzas de van der Waals y los enlaces de hidrogeno.”

INTERACCIONES IÓNICAS

Estas interacciones que ocurren entre átomos cargados no son rigidas. Los iones de carga opuesta como el Na y el Cl se atraen. Por otra parte, los iones con cargas similares, como el Na y el K se repelen.

Pueden participar tanto grupos funcionales cargados y pueden ser tanto de atracción, si los iones tienen cargas opuestas como de repulsión, si presentan igual carga.

Ambos tipos de interacción son importantes en las biomoléculas.

La atracción de las cadenas laterales de los aminoácidos cargadas de forma positiva y negativa forman puentes salinos (COO -+ H3N) y las fuerzas de repulsión creadas cuando las especies cargadas de forma semejante se aproximan con una característica importante de muchos procesos biológicos como:

Plegamiento de proteínas

Catálisis enzimática

Reconocimiento molecular

FUERZAS DE VAN DER WAALS

Son fuerzas de estabilización molecular (dan estabilidad a la unión entre varias moléculas), también conocidas como atracciones intermoleculares o de largo alcance y son las fuerzas entre moléculas (fuerzas entre molecula-molecula).

Son más débiles que las internas en una molécula ya que dependen exclusivamente del tamaño y forma de la molécula pudiendo ser de atracción o de repulsión.

Se dividen en:

DIPOLO-DIPOLO: Cuando dos moléculas polares (dipolo) se aproximan, se produce una atracción entre el polo positivo de una de ellas y el negativo de la otra.

INTERACCIONES IONICAS O DIPOLO-DIPOLO INDUCIDO: En ciertas ocasiones, una molécula polar (dipolo), al estar próxima a otra no polar, induce en ésta un dipolo transitorio, produciendo una fuerza de atracción intermolecular llamada dipolo-dipolo inducido o interacción iónica.

FUERZAS DE LONDON O DISPERSIÓN: En las moléculas no polares puede producirse transitoriamente un desplazamiento relativo de los electrones, originando un polo positivo y otro negativo (dipolo transitorio) que determinan una atracción entre dichas moléculas (el polo positivo de una molécula atrae al polo negativo de la otra, y viceversa). Son dipolos instantáneos, desaparecerán en muy poco tiempo.

Bioquímica, mackee 2

INTERACCIÓN HIDROFÓBICA

La hidrofobicidad ocurre cuando la molécula en cuestión no es capaz de interaccionar con las moléculas de agua.

Se dará entre moléculas y grupos funcionales no polares. No va a ver tampoco entre ellos ningún tipo de interacción: la únion se basa únicamente en la imposibilidad que tiene la molécula hidrofóbica en interaccionar con el agua.

La fuerza que mantiene unidas a las moléculas apolares se basa en la tendencia de expulsar el agua de su entorno

Propiedades del agua a) Acción disolvente

b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.

c) Elevada fuerza de adhesión.

d) Gran calor específico

e) Elevado calor de vaporización.

f) Elevada constante dieléctrica.

D. PUENTES DE HIDROGENO

o Interacción entre moléculas polares en un medio acuoso, y es la responsable de múltiples uniones débiles entre las moléculas de agua.

Para que este se forme es necesaria la presencia de un átomo de H unido covalentemente a un átomo electronegativo (O y N)

 E. HIDROFILIA Y LIPOFILIA

Hidrofilia•Las moléculas hidrófilas se disuelven con facilidad en el agua.

Ej: cloruro de sodio, y los azucares, como la glucosa

Lipofilia Las moléculas lipófilas son lipídicas e insolubles en los disolventes polares como el agua. Constituidos por cadenas y anillos de hidrocarburos que son apolares. (Hidrófobos)

F. FORMACION DE MEMBRANAS

o Las membranas biológicas son estructuras laminares, finales, flexible y relativamente estables que rodean a todas las células y a los organelos. Define los límites de la célula, su perímetro celular, actuando como una barrera que separa su contenido interno (el citoplasma y núcleo) del medio externo.

El modelo actual “Mosaico fluido” que describe la organización estructural de la membrana plasmática fue propuesto en 1972 por los científicos Garth Nicholson y S. Jonathan Singer.

El modelo de mosaico fluido es el que describe la estructura de capas de La membrana

plasmática. La membrana plasmática es un mosaico que consiste en una bicapa lipídica

formada por fosfolipidos y otras moléculas lipidicas en la que están instertadas, o unidas

de forma indirecta, diversas proteínas.

Los fosfolípidos son los principales constituyentes de la membrana, estos tienen dos

características que los hacen perfectos para su función estructural:

poseen un grupo polar hidrófilo cargado, o no (cabeza)

un grupo hidrófobo compuesto por dos cadenas de ácidos grasos (colas).

La bicapa presenta proteínas incrustadas que poseen residuos apolares que mantienen interacciones hidrofóbicas con las colas o cadenas de los fosfolípidos.

Algunas proteínas integrales tienen 3 dominios, uno transmembrana, uno citosólico y otro extracelular, pero todas pueden moverse lateralmente en la capa de lípidos.

FUNCIONES DE ACUERDO A LA DISPOSICION DE LAS PROTEINAS

Las proteínas que están dispuestas en la membrana de manera muy diferente determinan muchas de las funciones de la membrana. (canales ionicos, transportadores, receptores, enzimas, proteínas de fijación y marcadores de identidad)

ESTRUCTURAS FLUIDAS

Las membranas son estructuras fluidas

La fluidez de la membrana depende tanto del número de enlaces dobles entre las colas de los ácidos grasos de los lípidos que conforman la bicapa como de la cantidad de colesterol.

Esta fluidez le otorga equilibrio a la célula: Una membran rígida carecería de movilidad y una y una membrana completamente fluida no tendría la organización estructural y el soporte mecanico que requiere la célula.

Permeabilidad selectiva A pesar de que las membranas no son completamente permeables a ninguna sustancia, permiten que algunas pasen más fácilmente que otras.

•Permeable a moléculas no polares, sin carga, como el O, CO2, y esteroides.

•impermeable a los iones y moléculas grandes sin carga como la glucosa.

•Ligeramente permeable a moléculas pequeñas polares, sin carga (agua y urea) es raro de estas ya que estas pequeñas moléculas son polares.

•Las macromoléculas, ya que solo pueden pasar por endocitosis y exositosis.

LOS ELECTROLITOS MÁS COMUNES DEL PLASMA SON Na+, HCO3 Y K+.

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ELECTRÓLITOS

Minerales presentes en la sangre y otros líquidos corporales. Un ion o molécula que es capaz de ionizarse y por tanto de conducir una corriente eléctrica.

MEDIDAS DE CONCENTRACIÓN: MOLARIDAD, NORMALIDAD,

MOLALIDAD, PESO EQUIVALENTE GRAMO.

MOLALIDAD: son los moles de soluto

disueltos en 1 kg de un disolvente

= Moles de soluto/ Masa disolvente en Kg

MOLARIDAD: MOLES DE SOLUTO/LITROS DE DISOLUCIÓN

NORMALIDAD: Relación los equivalentes de una sustancia y los litros de una

solución. Los equivalentes se refieren a las cargas por mol de una

sustancia:

Ácidos: Cantidad de cargas de hidronio H

Bases: Cantidad de cargas negativas hidroxilo OH

Sales: Cantidades (+) de los elementos metálicos que sustituyen

los hidrógenos de los ácidos. N= equivalentes soluto/L de solución.

PESO EQUIVALENTE

GRAMO:Peso equivalente gramo

= masa atómica/ equivalente/mol

Peso equivalente gramo= g/mol /equivalente/mol

ÓSMOSIS Y PRESION

COLOIDOSMOTICA

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Difusión neta de agua (el solvente) a través de la

membrana

Agua ocurre cuando el agua está más concentrada en un lado de la membrana que en el otro lado.

Hay un movimiento neto de moléculas de agua desde el lado de concentración más alta de agua hacia el lado de concentración más baja de agua

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HAY DOS REQUERIMIENTOS PARA LA ÓSMOSIS 1)DEBE HABER UNA DIFERENCIA EN LA CONCENTRACIÓN DE UN SOLUTO EN LOS DOS LADOS DE LA MEMBRANA SELECTIVAMENTE PERMEABLE.

2)LA MEMBRANA DEBE SER RELATIVAMENTE IMPERMEABLE AL SOLUTO. AQUELLOS SOLUTOS QUE NO PUEDEN PASAR DE MANERA LIBRE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PUEDEN PROMOVER EL MOVIMIENTO OSMÓTICO DE AGUA Y SE DICE QUE SON OSMÓTICAMENTE ACTIVOS.

Presión osmóticaEs la presión que se requiere para detener el flujo neto del agua a través de la membrana. Es una fuerza impulsora en numerosos procesos vitales.La presión osmótica depende de la concentración del soluto.

La difusión de agua ocurre cuando el agua está más concentrada en un lado de la membrana que en el otro lado.

L A PRES IÓN OSMÓTICA CREA ALGUNOS PROBLEMAS IMPORTANTES PARA LOS SERES V IVOS . . POR CONS IGUIENTE , L AS CÉLUL AS PUEDEN GANAR O PERDER AGUA DEB IDO A L A CONCENTRACIÓN DE SOLUTO DE SU AMBIENTE .

Isotónica: la concentración de soluto y de agua es la misma a ambos lados de la membrana.

Solución Hipotónica: Cuando las células se introducen en una solución con una menor concentración de soluto, el agua se mueve hacia el interior de las células.Ej. Los eritrocitos se hinchan y rompen en un proceso denominado hemólisis.

Hipertónicas: Aquellas con mayores concentraciones de soluto, las células se encogen porque existe un movimiento neto de agua hacia el exterior celular.Ej. El encogimiento de los eritrocitos en una disolución hipertónica se denomina crenación.

PRESION COLOIDOSMÓTICA

La glucosa, moléculas organicas de tamaño comparable, sales inorgánicas y iones, se filtran junto con agua a través de los poros capilares. Asi, las concentraciones de estas sustancias en el liquido intersticial( tisular) son iguales que en el plasma.

La concentración de proteína del liquido intersticial es menor que la concentración de proteína del plasma. Esta diferencia se debe a la filtración restringida de proteínas a través de los poro capilares.

PRESION OSMÓTICA EJERCIDA POR LAS PROTEINAS PLASMATICAS.

POTENCIAL DE HIDROGENO

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Se define el pH= el número de moles de H por litro de disolución.

pH

AMORTIGUADORESLa regulación del pH es una actividad universal y esencial de los seres vivos. La concentración de iones hidrogeno debe mantenerse dentro de unos límites muy estrechos.

Los amortiguadores ayudan a mantener una concentración de iones hidrogeno relativamente constante. Los amortiguadores más habituales consisten en ácidos débiles y sus bases conjugadas. Una solución amortiguada puede oponerse a cambio de pH porque se establece un equilibrio entre los componentes del amortiguador.

Por ejemplo: En el plasma sanguíneo.

medicinapositiva.com

Obedecen al principio de Le Chatelier, que establece que si una reacción en equilibrio es sometida a fuerza, el equilibrio se desplazará en la dirección que contrarreste dicha fuerza.

Ej. Una solución que contiene un amortiguador de acetato, formado por ácido acético y por acetato de sodio. La disolución amortiguadora se crea mezclando una solución de acetato de sodio con una de ácido acético para obtener una mezcla de equilibrio con el pH y la fuerza iónica correctos.

CAPACIDAD AMORTIGUADOR

La capacidad de un amortiguador para mantener un pH específico depende de dos factores.

La concentración molar del par ácido-base conjugada.

El cociente de sus concentraciones. La capacidad amortiguadora es directamente proporcional a la concentración de los componentes del amortiguador.

O sea, cuantas más moléculas del amortiguador estén presentes, mayores cantidades de iones H+ y OH- podrán absorberse sin que cambie el pH.

Amortiguadores fisiológicos.

TAMPÓN B ICARBONATOUNO DE LOS S ISTEMAS AMORTIGUADORES MÁS IMPORTANTES DE

L A S ANGRE.AMORTIGUADOR DE FOSFATO

ESTE S ISTEMA DE AMORTIGUADOR ES IMPORTANTE EN LOS L ÍQUIDOS INTRACELUL ARES.

AMORTIGUADOR DE PROTEÍNASL A HEMOGLOBINA, PROTEÍNA TRANSPORTADORA DE OX IGENO ES

L A B IOMOLÉCUL A MÁS ABUNDANTE EN LOS ER ITROCITOS, L A HEMOGLOBINA DESEMPEÑA UNA FUNCIÓN IMPORTANTE EN EL

MANTENIMIENTO DEL PH S ANGUÍNEO

ACIDOSIS Y ALCALOSIS.

Si el pH de la sangre arterial disminuye por debajo de 7.35, el estado se llama ACIDOSIS. Un pH en la sangre de 7.20

representaría acidosis importante.

Un aumento del pH en la sangre por arriba de 7.45 se conoce como ALCALOSIS.

Acidosis: Es consecuencia de una producción excesiva de ácidos en los tejidos, de perdida de bases de los líquidos corporales o de incapacidad de los riñones para excretar metabolitos ácidos. La acidosis tiene lugar en determinadas enfermedades (diabetes mellitus) y durante la inanición. Si el pH de la sangre cae por debajo de 7, el sistema nervioso central se deprime, lo cual conduce al coma, por último, a la muerte.

Alcalosis: Este trastorno, causado por vómitos prolongados o por la ingestión de cantidades excesivas de fármacos alcalinos, sobre excita al SNC y los músculos entran en un estado de espasmo. Si no se corrige, se producen convulsiones y paros respiratorios.

-La acidosis y la alcalosis se previenen mediante la acción del par amortiguador bicarbonato/ácido carbónico y por medio de las funciones de los pulmones y los riñones. -

BIBLIOGRAFÍA•  http://www.facmed.unam.mx/publicaciones/libros/pdfs/laguna_41-56.pdf• Libro: Bioquímica, conceptos esenciales – Feduchi • Libro: Fisiología Humana – Stuart Ira Fox – 12a edición• Libro: Bioquímica, las bases moleculares de la vida – Trudy McKee – 5a edición• http://es.mimi.hu/m/medicina/hipovolemia.html• Hydration for health

http://www.h4hinitiative.com/es/academia-h4h/laboratorio-de-hidratacion/hidratacion-para-los-adultos/agua-en-el-cuerpo

• http://www.middleschoolchemistry.com/espanol/capitulo5/leccion1/ • http://www.um.es/molecula/sales02.htm •