ud.2. bioelementos y agua

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Los bioelementos, el agua y las sales minerales

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2Los bioelementos, el agua y las sales minerales

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Si tenemos en cuenta que, aproximadamente, el 60 % del peso de un individuo corresponde al agua y el 10 % a las sales minerales, podemos afirmar que, mayoritariamente, estamos formados por agua y sales. El peso de una persona de 70 kg se debe a que contiene alrededor de 40 litros de agua, 7 kg de sales y 23 kg de moléculas orgánicas.

Noticia inicial

Diario de la Ciencia

Es evidente que el agua es la molécula más abundante de los seres vivos, distribuyéndose en el organismo en medios intracelulares, intercelulares, o en fluidos circulantes como sangre y linfa.

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2 Los bioelementos, el agua y las sales minerales

1. Los bioelementos1. Concepto2. Clasificación.3. Importancia del Carbono en los seres vivos.

2. Biomoléculas o principios inmediatos.3. El agua

1. Estructura química2. Propiedades del agua.3. Funciones del agua en los seres vivos.

4. Las sales minerales.5. El proceso de ósmosis.

Esquema

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¿Qué crees que tienen en común todos los seres vivos?

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Introducción

• Además de la vida, la gran diversidad de seres vivos que habitan en la tierra, tienen algo mas en común: Estamos formados por los mismos elementos.

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Nivel molecularLa naturaleza se rige por un principio

de simplicidad molecular. El 95 % de la materia viva se forma por la

combinación de 4 elementos químicos. Sólo existen 4 tipos de biomoléculas orgánicas. Todas las proteínas conocidas se forman por la

combinación de 20 aminoácidos. Todos los ADN de cualquier ser vivo se forman por

la combinación de 4 tipos de nucleótidos.

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¿De los elementos químicos que conoces, cuántos crees que forman parte de los seres vivos?

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• Todos los seres vivos estamos constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza

terrestre, sólo unos 25 son

componentes de los seres vivos denominándoseles Bioelementos.

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Bioelemento Elementos que constituyen la materia viva

De los 92 átomos naturales, nada más que 25 son bioelementos. Estos átomos se separan en grupos, atendiendo a la proporción en la que se presentan en los seres vivos.

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Clasificación• Atendiendo a su abundancia (no

importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

Bioelementos Primarios o Principales.

Bioelementos Secundarios

Oligoelementos

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Bioelementos% en la materia viva

Ejemplos

Primarios 96 % C, H, O, N, P, S

Secundarios 3,9 % Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe

Oligoelementos(elementos traza)

< 0,1 % Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, Si

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Los bioelementos

Biosfera

Hidrosfera Litosfera

Atmósfera

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BIOELEMENTOS PRIMARIOS

1. Forma enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía.

2. Números atómicos bajos.3. Número variable de valencias, lo que les permite formar enlaces

covalentes entre sí.4. Puede formar enlaces, hasta con cuatro elementos distintos, lo que da

variabilidad molecular.5. Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples.6. Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas.7. Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados

por reacciones químicas.8. El carbono unido al oxígeno forma compuestos gaseosos

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IMPORTANCIA DEL CARBONO:

0. Z= 6. Valencias 2 y 4. Tetravalente y bajo peso atómico1.Forma enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía.2.Puede formar enlaces, hasta con cuatro elementos distintos, lo que da variabilidad molecular.3.Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples.4.Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas.5.Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones químicas.6.El carbono unido al oxígeno forma compuestos gaseosos

Carbono Estado Puro

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CARBONO

Hibridación sp3Se forman 4 orbitales

híbridos.

Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.

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CARBONO Grupos funcionales que dan lugar a las diferentes

familias de sustancias orgánicas . Estos presentan características físicas y químicas diferentes..

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CARBONO Los enlaces entre los átomos de

carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples.

lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y cíclicas.

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El carbono

C CCLIC SOBRE ENLACES PARA AMPLIAR

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El carbono

VOLVER

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El carbono

VOLVER

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El carbono

VOLVER

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¿Por qué no el silicio?

La Vida, tal y como la conocemos en este planeta, se basa en la química del Carbono. El Silicio es un elemento con similares características en su estructura. Sin embargo, el Silicio aparece en poca cantidad en la composición en los seres vivos. Z = 14, grupo 3.Segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, después del oxígeno.¿POR QUÉ NO SE BASA LA VIDA EN EL SILICIO?

• El enlace Si-Si se rompe más fácilmente que el enlace C-C, por ello las moléculas de Si son más inestables y más débiles.• El Si no puede formar dobles ni triples enlaces, lo que limita el número de moléculas.• El Si con el oxígeno forma SiO2 (insoluble en agua, sólido). El C con el oxígeno forma CO2, estable, soluble en agua y gaseoso.

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Hidrógeno (H)

Nubes De Gas Hidrogeno

Es el bioelemento mas abundante en la materia viva, forma parte de la molécula del agua, condiciona la concentración de acidez o pH del medio, participa en los procesos liberadores de energía celular y en los mecanismos de oxido reducción celular.

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Oxígeno (O)

OxigenoEs un componente fundamental de todas las biomoleculas tanto orgánicas como inorgánicas.Participa en los procesos liberadores de energía, permite la vida de lo seres vivos. Forma parte de la molécula del agua.

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Nitrógeno (N)

Nitrógeno (Liquido)El cuarto elemento primario

que forma parte del 95% de la materia viva de todos los organismos es el Nitrógeno (N) y su función es la de conformar las 2 biomoleculas mas complejas de los seres vivos: Las proteínas y los ácidos nucleicos.

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BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

RESPONSABLES DEL FUNCIONAMIENTO

(SIN ELLOS NO EXISTIRÍA VIDA)

IMPORTANCIA DE ALGUNOS:

El Calcio forma parte de los huesos, conchas, caparazones (CaCO3), y necesario en la contracción muscular (Ca2+) o en la formación del tubo polínico.El Sodio y el Potasio son esenciales para la transmisión del impulso nervioso. El Magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la clorofila. Componente de ciertos enzimas. Interviene en la replicación del ADN.El Cloro es necesario para mantener el balance de agua en la sangre y en el fluido intersticial.

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OLIGOELEMENTOSSon aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1% en peso, pero que son indispensables para el normal funcionamiento.

IMPORTANCIA DE ALGUNOS:

Iodo: formación de tiroxina: reguladora del metabolismo.Hierro: constituyente de mioglobina y hemoglobina. Fundamental para la síntesis de clorofila.Manganeso: factor de crecimiento y cofactor enzimático.Cobalto: forma parte de la vitamina B12 (necesaria para la síntesis de hemoglobina). Fluor: forma parte del esmalte dentario y de los huesos.Litio: actúa como neurotransmisor y en permeabilidad celular. En dosis adecuadas previenes estados de depresiones.Aluminio: cofactor enzimático, regulador del sueño. Cobre: forma la hemocianina y transporta oxígeno en invertebrados.Cromo. Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Cinz: catalizador en muchas reacciones en el organismo.

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Biomoléculas Los bioelementos se combinan entre sí para formar las

moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas reciben el nombre de Biomoléculas o Principios Inmediatos.

Las biomoléculas se clasifican atendiendo a su composición.

•Inorgánicas : No están formadas por cadenas de carbono.

•Orgánicas: Si están formadas por Monómeros

cadenas de carbono.

Polímeros

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Biomoléculas o principios inmediatos

Simples Con átomos del mismo elemento

Compuestas Con átomos de elementos

diferentes

Oxígeno molecular (O2)Nitrógeno molecular (N2)

Inorgánicas

OrgánicasConstituidas por polímeros de carbono e hidrógeno

Agua (H2O)Dióxido de carbono (CO2)Sales minerales (NaCl, CaCO3, etc.)

Glúcidos. Formados por C, H y O

Lípidos. Constituidos por C, H y un pequeño porcentaje de O

Proteínas. Formadas por C, H, O, N y S

Ácidos nucleicos.Constituidos por C, H, O, N y P

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EL AGUA

Suponiendo un varón de 20 años el 65% de su peso es agua:

•Intracelular: 40%•Intercelular: 16%•Circulante: 9%

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EL AGUA

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ALGAS 98%

ESPINACAS 93%

MEDUSAS 90%

MEJILLÓN 82%

ESTRELLA DE MAR 76%

RECIÉN NACIDO 70%

HOMBRE ADULTO 63%

HUESOS 22%

SEMILLA 20%

% agua en los seres vivos % agua tejidos humanos

Plasma sanguíneo 92%

Corteza cerebral 86%

Músculos 75

Piel 72

Tejido conjuntivo 60%

Huesos 22%

Dientes 10%

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¿Dónde hay más agua? ¿Quién aporta más nutrientes?

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El agua. Estructura molecular

0,96Å

Polos positivos

Polo negativo

Puentes de hidrógeno

Eléctricamente neutra

Dipolo eléctrico

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PROPIEDADES DEL AGUA:

• Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas:– Gracias a los P.H las

moléculas están cohesionadas entre ellas.

– Da volumen a las células.– Esqueleto hidrostático en

algunos animales.– Turgencia a las plantas.– Permite deformaciones

celulares.– Amortiguación en

articulaciones.

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• Elevada fuerza de adhesión entre sus moléculas:Capacidad de adherirse a las paredes de los conductos de pequeño

diámetro, ascendiendo en contra de la gravedad.– Ascensión de la savia bruta por capilaridad.

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• Elevada tensión superficial:.

La tensión superficial

(especie de piel) está

producida por el ligazón

de moléculas de agua

debido a sus enlaces

de hidrógeno.

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NO ROMPEN LA TENSIÓN SUPERFICIAL

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• Elevado calor específico:Calor necesario para elevar la Tª de una sustancia.

Para aumentar la Tª del agua hay que suministrar energía, pues parte de

esta se emplea en romper los P.H que mantienen las moléculas unidas.

Por ello el agua puede absorber mucho calor aunque su Tª se eleva poco, de igual forma desciende lenta-

mente.

Esto significa que para una deter-

minada cantidad de calor, la Tª

del agua sube más lentamente

que la de cualquier otra sustancia.

– Función termorreguladora.

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• Elevado calor vaporización:Energía necesaria para evaporar 1 g de agua.

Se necesita mucha energía para romper los P.H del agua y pasar de

Líquido a gas.

Cuando se evapora agua (en la piel o en una hoja) las moléculas evapo-

radas consumen gran cantidad de calor. Por eso la evaporación tiene

un efecto refrigerante (desciende la Tª y absorbe calor del interior

del cuerpo).– Regulador térmico.

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¿Sudan los gatos?

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¿Y los hipopótamos?

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¿Crees que las aves sudan?

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¿Sudan los cerdos? Recuerda la expresión sudar como un cerdo

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Los elefantes no sudan, entonces ¿cómo regulan su temperatura?

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• Agua líquida más densa que el hielo:En el agua la densidad también aumenta al disminuir la Tª, pero solo hasta

alcanzar los 4º C. Entonces cesa la contracción, las moléculas se mueven más lentamente y forman 4 E. H con las vecinas, apartándose más las moléculas unas de otras, dejando más espacio y su estructura se dilata hasta transformarse en hielo (el hielo ocupa mayor volumen que en estado líquido)

Recuerda que en la mayoría de los líquidos la densidad aumenta al disminuir la temperatura(las moléculas se mueven más lentamente y hay menos espacio entre

ellas, así en un mismo volumen caben más moléculas

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¿Llevan agua en la joroba/s?

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El agua como disolvente

Agua (H2O)

Compuestos iónicos: Cloruro de sodio (NaCl2)

H2OCl─ Na+

SOLVATACIÓN IÓNICA

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FUNCIONES DEL AGUA:

• Transporte: Savia elaborada y excreción.• Esquelética-Estructural: Por su incompresibilidad.• Amortiguadora: Lubricante por su alta cohesividad• Termorreguladora: Por su elevado calor específico y

de vaporización.• Disolvente universal: Gracias a su solubilidad, forma

P.H con otras sustancias.• Sustrato metabólico: Por su constante dieléctrica

IMPORTANCIA DEL AGUA:

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Las sales minerales

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Propiedades de las disoluciones

ÓsmosisMembrana semipermeable

Molécula de disolvente

Molécula de soluto

Solución con alta concentración

Solución con baja concentración

Ambas soluciones igualan su concentración

Flujo de moléculas de disolvente

VER RESPUESTA CELULAR A DIFERENTES CONCENTRACIONESDEL MEDIO

VER SISTEMAS TAMPÓN

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Respuesta celular a diferentes concentraciones del medio VOLVER

Medio externo hipertónico

Medio externo hipotónico

Medio externo isotónico

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Sistemas tampón VOLVER

Tampón fosfato

Tampón bicarbonato

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Propiedades de las dispersiones coloidales

Gel-sol Diálisis

ElectroforesisEfecto Tyndall

CLIC SOBRE LA IMAGEN PARA AMPLIAR

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Fase dispersa (sólido)

Fase dispersante (líquido)

Fase dispersante (sólido con fibras entrelazadas)

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Tubo de diálisis con membrana semipermeable

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Agua destilada

Cristaloide

Coloide

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Propiedades de las dispersiones coloidales VOLVER

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Cada muestra contiene diferentes proteínas

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Al gel se le aplica un campo eléctrico

Cada banda azul representa una proteína diferente

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