Tema 1: los componentes químicos de la célula
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Tema 1: los componentes químicos de la célula
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Tema 1: los componentes químicos de la célula
Electrones: en gris.
Protones: en rojo.
Neutrones: en azul.
Enlace covalente: electrones compartidos
Enlace iónico: unión entre iones tras la transferencia de un electrón
Las fuerzas intermoleculares
Las fuerzas intermoleculares son aquellas que se dan no entre átomos, sino entre moléculas.
- Fuerzas de Van der Waals: son fuerzas que se dan entre moléculas polares, y son de tipo eléctrico (las cargas positivas atraen a las negativas y viceversa). Si una zona positiva de una molécula está próxima a una zona negativa de otra, se produce una atracción electrostática de este tipo.
- Los puentes de hidrógeno: son fuerzas de atracción que se dan entre moléculas que posean un átomo de hidrógeno unido a oxígeno, nitrógeno o flúor. Dado que estos tres últimos elementos son muy electronegativos (atraen fuertemente a los electrones), éstos tendrán una carga parcial negativa, y el hidrógeno unido a ellos una carga parcial positiva. Los puentes de hidrógeno se produce por la atracción eléctrica entre las cargas parciales positivas del hidrógeno y las cargas parciales positivas del flúor, el oxígeno o el nitrógeno.
La química de los seres vivos
Los seres vivos, aunque son tremendamente diversos, son muy uniformes en cuanto a su composición química. Los elementos químicos de los seres vivos, por orden de abundancia, son los siguientes:
O, C, H, N, P, S.
También hay otros minoritarios, como el Ca, Na, K, Cl, etc.
Los bioelementos y las biomoléculas
De todos los elementos químicos conocidos, 70 de ellos se encuentran en el interior de los seres vivos, y sólo 25 son comunes a todos ellos.
Estos elementos reciben el nombre de bioelementos o elementos biogénicos.
Los bioelementos se combinan entre sí para dar lugar a las biomoléculas.
Los bioelementos primarios representan el 96,2% de la masa de los organismos y son los siguientes:
C, H y O: se encuentran en todas las biomoléculas.
N: se encuentra en las proteínas y en los ácidos nucleicos.
S: está en numerosas proteínas.
P: se encuentra en los fosfolípidos y en los ácidos nucleicos.
El H y el O son muy abundantes en la materia viva porque los seres vivos estamos formados mayoritariamente por agua. El resto de elementos son muy abundantes en la atmósfera y en las rocas de la superficie terrestre.
Los bioelementos y las biomoléculas
Los bioelementos secundarios se encuentran en proporciones muy pequeñas, se suelen encontrar disueltos en agua y hay de dos tipos:
- Indispensables: imprescindibles para la vida, algunos de ellos son los siguientes:
Na, K, Cl, Ca, Mg, Fe.
- Variables: no están en todos los seres vivos. Ejemplos: Br, Ti, Zn
Se denominan oligoelementos a aquellos elementos que están en proporciones inferiores al 0,1%, y son los siguientes:
Fe, Cu, Zn, I y otros.
Funciones de los bioelementos secundarios
El Na, el K y el Cl son los responsables de mantener la salinidad y el equilibrio electroquímico a ambos lados de la membrana plasmática de la célula.
El Ca forma caparazones, conchas y esqueletos, el Mg forma parte de enzimas y de la clorofila, el Fe forma parte esencial de la hemoglobina, el Cu de la hemocianina y de algunos elementos de la cadena respiratoria, el I forma parte de la tiroxina, el Co de la vitamina B12 y el F otorga resistencia a los huesos.
Vocio (provocado por escasez de Yodo en la dieta)
Los bioelementos y las biomoléculas
De entre las biomoléculas hay dos tipos:
Biomoléculas inorgánicas:
Son aquellas que se encuentran en los seres vivos, pero también fuera de ellos (en el medio inerte). Son el agua y las sales minerales.
Biomoléculas orgánicas:
Son las que se encuentran exclusivamente en los seres vivos o en sus restos. En todas ellas el elemento fundamental es el carbono (C).
Estas biomoléculas son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.
Las biomoléculas inorgánicas: el agua
El agua es la biomolécula más abundante de los seres vivos. Es el medio en el que se originaron los seres vivos y el resto de biomoléculas se encuentran disueltas en ella.
El agua supone alrededor de un 70% del peso de los seres vivos, aunque este porcentaje varía entre unos seres vivos y otros. El agua se encuentra en la materia viva en tres formas:
- Agua circulante: como la de la sangre o la savia. En los humanos representa el 8% de nuestro peso.
- Agua intersticial: ocupa los espacios huecos entre las células. Supone un 15% del peso en los humanos.
- Agua intracelular: la que hay en el interior de las células, supone un 40% de nuestro peso.
El agua es una molécula que forma un dipolo, dado que tiene una zona con carga positiva y otra con carga negativa. Esto se debe a que el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno. Esto hace que entre las moléculas de agua se formen unos enlaces débiles conocidos como puentes de hidrógeno.
El ángulo que forman los dos hidrógenos junto con el oxígeno es de 105º
Puentes de hidrógeno
Las biomoléculas inorgánicas: el agua
El agua tiene las siguientes propiedades:
- Gran poder disolvente: esta propiedad, debida a su carácter dipolar, es necesaria para que puedan transportarse sustancias en el interior de los organismos.
- Alto calor específico: el agua puede absorber mucha energía calorífica sin que su temperatura se incremente demasiado y pueda afectar al organismo. El calor específico se define como la cantidad de energçia calorífica que debe aportarse a un gramo de sustancia para que su temperatura se incremente en un grado.
- Alto calor de vaporización: el agua ha de absorber mucho calor para evaporarse, lo cual es muy beneficioso para la traspiración.
- Cohesión-adhesión: las moléculas de agua se unen fuertemente entre sí y a determinadas superficies debido a los puentes de hidrógeno.
- Densidad más alta en estado líquido que en estado sólido: esto hace que el hielo flote en el agua.
- Bajo grado de ionización: de entre todas las moléculas de agua de un volumen dado de esta sustancia, muy pocas de ellas están ionizadas, sólo una de cada 10.000.000. Eso hace al agua bastante sensible al cambio de pH ante la adición de sustancias ácidas o básicas. Cuando el agua se ioniza, lo hace formando iones OH- y H+
Sal común disuelta en agua. A disolverse la sal, esta se disocia (sus iones quedan separados)
Agua líquida (izquierda) y hielo (derecha). La mayor temperatura del agua líquida hace que sus moléculas se agiten y se deslicen constantemente unas sobre otras.
Las sales minerales
Las sales minerales se hallan en los seres vivos en cantidades comprendidas entre el 1% y el 5%. Se encuentran en dos formas: sólidas (precipitadas) o en disolución.
Sales minerales en forma sólida: forman esqueletos y otras estructuras de sostén, como conchas.
- El carbonato de calcio (CaCO3) forma las conchas de los moluscos y los caparazones de los crustáceos, así como el esqueleto de algunas esponjas.
- El fosfato de calcio (Ca3(PO4)2) forma parte de los esqueletos de los vertebrados.
- La sílice (SiO2) forma el caparazón de algunos microorganismos, y el esqueleto de algunas esponjas.
Las sales minerales
Sales minerales en disolución:
Son cloruros, nitratos, carbonatos… De elementos como el Na, Ca, Mg…
Cuando las sales se disuelven, se encuentran en forma iónica. Cumplen varias funciones:
- Regulan las variaciones de pH del agua (actúan como sistemas tampón).
- Neutralizan la carga de algunas biomoléculas.
- Participan en procesos como la activación de enzimas, la transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular, etc.
Disoluciones verdaderas
Las disoluciones verdaderas son aquellas formadas por solutos de baja masa molecular, llamados también cristaloides. Ejemplos de ello son el cloruro de sodio o la glucosa.
Son susceptibles de sufrir fenómenos como la difusión simple o la ósmosis.
Difusión simple y ósmosis
Si tenemos dos disoluciones verdaderas comunicadas por una membrana, existirá una tendencia a alcanzar un equilibrio, de modo que el resultado final será que las dos disoluciones tengan la misma concentración salina.
Difusión simple:
Si la membrana que separa sendas disoluciones permite el tránsito de sales, en ese caso las disoluciones se equilibrarán por medio del transporte de sales desde la solución más concentrada a la más diluida, hasta que se alcance un equilibrio.
Ósmosis:
Si la membrana es semipermeable, y sólo permite el paso de agua a través de sí, lo que sucederá será que el agua se desplazará desde la disolución más diluida hacia la disolución más concentrada.
Grado de acidez o pH
El grado de acidez de una disolución se mide en una escala, llamada escala de pH. El pH se define matemáticamente de la siguiente manera:
pH = - log [H+]
Si este valor está entre 0 y 7, se dice que la disolución es ácida. Si está entre 7 y 14, la disolución es básica. Si es exactamente 7, la disolución es neutra.
Dispersiones coloidales
Las dispersiones coloidales son disoluciones de sustancias de masa molecular elevada llamadas coloides. Una sustancia puede ser insoluble en agua pero dispersarse en ella, como sucede con las proteínas.
Estas dispersiones pueden tener dos formas:
- Sol: si las sustancias dispersas son sólidos y la dispersante es un líquido. Están es estado líquido.
- Gel: si las sustancias dispersas son líquidos y la dispersante un sólido. Los geles son semisólidos.
Un sol puede pasar a estar en estado de gel, pero el proceso inverso no siempre es posible.
Las dispersiones coloidales son más viscosas que las disoluciones verdaderas, y tienen un gran poder adsorbente. La adsorción es la atracción que ejerce la superficie de un sólido sobre moléculas de líquido o de gas.
En las dispersiones coloidales se da el efecto Tyndall, que consiste en que el coloide tiene la capacidad de dispersar la luz, cosa que no sucede en las disoluciones verdaderas.
