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Colegio El Valle Departamento de Biologa1 Bachillerato

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EL AGUA Y LAS SALES MINERALES.1. El agua de la materia vivaEl agua es un biomolcula inorgnica imprescindible para la vida. La cantidad de aguaen los seres vivos oscila entre el 20 % (tejidos seos) y el 80 % (clulas cerebrales).Los organismos pueden obtener el agua directamente del medio ambiente (aguaexgena) o generar la a partir de otras molculas orgnicas mediante diferentesreacciones bioqumicas (agua endgena o metablica).

Caractersticas de la molcula de agua.

1. Dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno, unidos por enlaces, covalentes

simples.

2. Es elctricamente neutra, aunque sus tomos tienen diferentes valores deelectronegatividad o capacidad para atraer a los electrones.El tomo de oxgeno es ms electronegativo que el de hidrgeno, luego loselectrones de los enlaces estn ms desplazados hacia el oxgeno. Este elementotiene un exceso de carga negativa y los hidrgenos un exceso de carga positiva.Estos excesos de carga se denominan densidad de carga.Esta distribucin espacial de cargas elctricas se define como momento dipolar, yda lugar a una molcula caracterizada por la ausencia de carga neta en la que seestablece un dipolo y, adems, adquiere carcter polar.

3. Debido a su carcter polar, las molculas de agua pueden interaccionar entre smediante atracciones electrostticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrgeno.Cada tomo de oxgeno ejerce atraccin sobre las cargas positivas de loshidrgenos de otras molculas de agua, de forma que cada molcula de aguapuede formar hasta cuatro enlaces de hidrgeno (dos por cada hidrgeno y dospor cada oxgeno).A pesar de la relativa debilidad de los enlaces de hidrgeno, su presencia permite

explicar sus caractersticas (lquido a T ambiente y un calor de vaporizacinsuperior al de molculas covalentes de Mm similar).

Propiedades del agua.

1. Elevada cohesin molecular. La ntima unin entre las molculas, a travs delos enlaces de hidrgeno, permite al agua ser un fluido dentro de un ampliomargen de temperatura. Adems es incompresible, ya que mantiene un volumenconstante a pesar de que se someta a fuertes presiones.

2. Elevada tensin superficial. Las molculas de la superficie del aguaexperimentan fuerzas de atraccin neta hacia el interior del lquido. Esto favoreceque dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada.

3. Elevada fuerza de adhesin. Capacidad de adherirse a las paredes de conductosde dimetros pequeos, ascendiendo en contra de la gravedad (capilaridad).

4. Elevado calor latente. Las molculas de agua deben ceder o absorber una grancantidad de calor para cambiar de estado fsico:Lf= 80 cal/mol Lv= 327 cal/mol.


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5. Elevado calor especfico. Las molculas de agua ceden o absorben grancantidad de calor sin elevar excesivamente su temperatura, debido a que parte desu energa se utiliza en romper los enlaces de hidrgeno (amortiguadora).

6. Elevado calor de vaporizacin. Para pasar a estado gaseoso, necesita absorbermucho calor para romper todos los enlaces de hidrgeno. Gracias a esto se puedeeliminar una gran cantidad de calor con poca prdida de agua.

7. Densidad. El agua en estado lquido es ms densa que el estado slido.En estado slido presenta cuatro enlaces de hidrgeno por molcula, formando unretculo que ocupa un volumen mayor y menos denso.

8. Elevada constante dielctrica. La constante dielctrica est determinada por latendencia de un material a polarizarse al aplicar un campo elctrico.El agua seopone a las atracciones electrostticas entre iones positivos y negativos ms queotros disolventes lquidos, debido a la presencia de un tomo de oxgeno muyelectronegativo y dos tomos de oxgeno poco electronegativos. El agua disminuyelas atracciones entre los iones de las molculas cargadas elctricamente, que sernfcilmente disociadas en cationes y aniones, rodendose de dipolos de agua queimpiden su unin.

9. Bajo grado de ionizacin. En el agua lquida hay una baja cantidad demolculas ionizadas. El producto de las concentraciones de los iones es constante,y se denomina producto inico.Lubricante natural debido a su baja viscosidad.

Importancia biolgica del agua.

1. Principal disolvente biolgico. El agua acta como disolvente medianteenlaces de hidrgeno con alcoholes, aldehdos o cetonas, provocando sudispersin o disolucin.

2. Funcin metablica. El agua es el medio en el que se realizan la mayora de lasreacciones bioqumicas.- En la hidrlisis participa activamente en la reaccin.- En la fotosntesis aporta protones y electrones para la sntesis de molculasorgnicas y produce el O2atmosfrico.

3.

Funcin de transporte. La elevada capacidad disolvente del agua permite eltransporte de sustancias en el interior de los seres vivos y su intercambio con elmedio externo (aporte de nutrientes y eliminacin de sustancias de desecho).

4. Funcin estructural. La elevada cohesin de las molculas de agua permite darvolumen a las clulas, turgencia a las plantas, actuar como esqueletohidrosttico en algunos invertebrados y explica deformaciones que sufre elcitoplasma celular.

5. Funcin mecnica amortiguadora. Al ser un lquido incompresible, aplica estapropiedad al lquido sinovial de las articulaciones de animales vertebrados,evitando el contacto entre huesos.

6. Funcin termorreguladora. El elevado calor especfico del agua permitemantener constante la temperatura interna de los seres vivos.


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7. Permite la vida acutica en climas fros. Debido a su mayor densidad del aguaen estado lquido, puede formarse una capa de hielo superficial al descender laT, la cual flota y protege de los efectos trmicos externos al interior de agualquida que queda por debajo, permitiendo la supervivencia de muchasespecies.

2. Las sales minerales.Se encuentran disueltas o en estado slido (precipitadas), y que tambin se puedenasociar a otras molculas orgnicas.

2.1. Sales minerales disueltasSon las sales minerales solubles en agua; se encuentran disociadas sus iones, y forman

parte de los medios internos intracelulares y extracelulares.Aniones: cloruros (Cl-); fosfatos (PO43-); carbonatadas (CO3

2-).Cationes: sodio (Na+); calcio (Ca2+); potasio (K+).

Funciones de las sales en disolucinMantener el grado de salinidad en los organismos.Regular la actividad enzimtica. Actan como cofactores enzimticos (Ca2+,hierro, magnesio).Regular la presin osmtica y el volumen celular. Mantenimiento de lahomeostasis.Estabilizar las dispersiones coloidales. Las sales minerales mantienen el gradode hidratacin, y su disociacin en iones contribuye al mantenimientosuspensin las partculas coloidales.Generan potenciales elctricos, de de forma que a ambos lados de lasmembranas existe una diferencia de cargas elctricas. Se produce un potencialde membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molcula cargadaelctricamente.Regular el pH. Las disoluciones de sales que tienen esta funcin se denominantampones o disoluciones amortiguadoras. Disminuyen las variaciones del pHque se producen en reacciones bioqumicas.Intervienen en procesos fisiolgicos muy diferentes como el transporte deelectrones o la contraccin muscular.

Disoluciones amortiguadoras del pH.Denominadas sistemas tampno buffer, son disoluciones de naturaleza variada quemantienen el pH constante cuando se le aade un cido o una base.Un cido es una sustancia capaz de ceder protones. Una base es una sustancia quecapta protones o cede grupos H-.En los tampones existen dos especies inicas en equilibrio formadas por cidos dbilesy sus bases conjugadas o bien por bases dbiles y sus cidos conjugados. As soncapaces de mantener el pH cuando se aade al medio un cido o una base.Ejemplo: En el sistema tampn bicarbonato una especie inica es el bicarbonato (HCO3

-

) y otra el cido carbnico (H2CO3).En el plasma sanguneo, el CO2procedente del metabolismo celular se combina con elagua, teniendo lugar la siguiente reaccin:

CO2+ H2O H2CO3 HCO3-+ H+


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Si aumentan los H+la reaccin se desplaza hacia la izquierda y se elimina al exterior el

exceso de CO2producido. Si disminuyen los H+

El equilibrio se desplaza hacia laderecha, tomando CO2del exterior.

2.2. Sales minerales precipitadas.Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado slido,formando cristales y tienen, esencialmente, la funcin de formar estructuras deproteccin o sostn.

Carbonato clcico- Caparazones de protozoos marinos (foraminferos).- En vertebrados endurece huesos y dientes y constituye los otolitos del odointerno.-Da rigidez a esponjas calcreas, formando parte las espculas. Constituye el

esqueleto externo de corales.- Forma conchas de moluscos gasterpodos (caracoles y bivalvos).- Impregna el exoesqueleto de algunos artrpodos.Silicatos-Endurecen estructuras de sostn de algunos vegetales, como gramneas yequisetos.- Constituyen espculas de esponjas silceas.- Forman parte de caparazones protectores de algunos microorganismos, comoradiolarios y diatomeas.Fosfato clcico- Forma parte de la matriz mineral de tejidos seos de vertebrados.

3. Carcter coloidal de la materia viva.La gran cantidad de agua contenida la materia viva acta como disolvente o fasedispersante para diversas molculas de soluto que constituyen la fase dispersa.

- Disoluciones verdaderas: Son mezclas homogneas con molculas de soluto condimetro inferior a 10-7cm. Azcares, sales minerales, aminocidos.- Dispersiones coloidales o coloides: son mezclas heterogneas. El dimetro de laspartculas de soluto est entre 10-7y 10-5cm. Protenas, lpidos, cidos nucleicos.

Las dispersiones pueden encontrarse en dos estados fsicos:- Sol: tiene aspecto lquido debido a que hay mayor nmero de molculas dedisolvente que de soluto.

-Gel: aspecto semislido y gelatinoso, ya que las molculas de disolvente quedanatrapadas entre las de soluto, formando una red que acta como fase dispersanteimpidiendo que el disolvente fluya. Ej. Colgeno, gelatina.

Las variaciones de T, pH, presin o concentracin pueden modificar el estado de lasdispersiones coloidales, pasando de sol a gel. Este proceso no siempre es reversible(Huevo).


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4. La smosis.

Difusin. El soluto se dispersa de manera homognea por la fase dispersante. Dilisis. Es el proceso de separacin de las molculas que integran una

dispersin coloidal en funcin de su tamao a travs de una membranasemipermeable. Esta membrana permite el paso de molculas de pequeotamao y de agua.

smosis. Paso o difusin de un disolvente yo a travs de una membranasemipermeable desde una disolucin ms diluida a otra ms concentrada.Segn su concentracin, los medios acuosos separados por una membranasemipermeable pueden ser:-Hipertnicos. Tienen una elevada concentracin de solutos con respecto a

otros en los que la concentracin es inferior.-Hipotnicos. Contienen una concentracin de solutos baja con respecto a otrosque la tienen superior.

Las molculas de agua difunden desde los medios hipotnicos hacia los hipertnicos,provocando un aumento de presin sobre la cara de la membrana del compartimentohipotnico, esta presin se denomina presin osmtica.

Las membranas celulares se comportan como membrana semipermeables.

A.Cuando el medio externo celular es hipertnicocon respecto al medio interno, salede la clula agua por smosis; entonces:

Disminuye el volumen celular. Aumenta la presin osmtica en el interior celular.

En el caso de las clulas vegetales, este hecho provoca la rotura de la clula oplasmlisis, al desprenderse la membrana plasmtica de la pared celular.

B. Cuando el medio externo celular es hipotnicocon respecto al medio interno, seproduce entrada de agua hacia el interior de la clula, lo que ocasiona:

Aumento del volumen celular. Disminucin de la presin osmtica en el interior celular.

En el caso de las clulas animales, puede producirse estallido celular o hemlisis.En clulas bacterianas y vegetales, que presentan paredes rgidas, se produce turgenciacelular.

C. Cuando el contenido celular es isotnico con respecto al medio externo, no seproduce intercambio de agua entre ambos lados de la membrana.

Osmorregulacin.Regulacin de la presin osmtica. Muchos seres vivos han logrado sobrevivir enmedios hipotnicos o hipertnicos mediante mecanismos fsicos o qumicos quemantienen su presin osmtica constante.

-Seres vivos unicelulares.Presentan una pared celular que los protege y evita que estallen cuando el medioexterno es hipotnico. Esto lo hacen mediante vacuolas pulstilesque continuamentevierten hacia el exterior el exceso de agua acumulada en el interior de la clula.


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-Vegetales.

Aquellos que habitan medios hipotnicosrespecto a su interior celular,absorben agua por las races, lo que provoca un grado de turgencia que facilitael crecimiento de las plantas.

Los que habitan medios hipertnicosrespecto a su interior celular, mantienenconstante su presin osmtica mediante la apertura y cierre de los estomas,regulando as la eliminacin de agua.

Las plantas halfitas viven en medios con elevada cantidad de sales. Lasplantas presentan una gran cantidad de sales, alcanzado una concentracin ensu medio interno ligeramente superior a la del exterior. As pueden absorberagua del medio.

-Animales pluricelulares. Peces de agua dulce. Viven en medios hipotnicos. Absorben gran cantidad de

agua, eliminando una orina muy diluida. Peces marinos. Viven en medios hipertnicos. Eliminan una orina bastante

concentrada y expulsan el exceso de sales por las branquias. Los reptiles y las aves. Eliminan los productos de desecho en forma de cido

rico, disminuyendo la cantidad de agua eliminada. Los mamferos.

1. Riones. Los glomrulos renales absorben gran cantidad de agua alfiltrar continuamente la sangre, pero se reabsorbe prcticamente toda elagua a travs de los tbulos contorneados y el asa de Henle.

2. Intestino grueso. La absorcin de agua y sales a travs de la mucosaintestinal origina la formacin de heces ms slidas y ms salinas amedida que se incrementan las prdidas de agua.

3. Piel. A travs de la piel se eliminan cantidades variables de agua y salesen forma de sudor. En desiertos el sudor es menos concentrado.

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