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TEMA I
BIOELEMENTOS
Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
1.COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS
• El origen evolutivo de todas las formas de vida a partir del precursor ancestral,
indica que, tras la diversidad biológica, subyace una uniformidad química.
• Todos los seres vivos, están formados por la combinación de unos 28
elementos químicos diferentes. Y solo 6 de ellos, son suficientes para construir
el 98% de la materia viva de cualquier ser vivo.
• La distinción entre lo vivo y lo inanimado, no es tan clara, ya que los elementos
que constituyen la materia viva no son exclusivos de ella, ya que son los mismos
que forman la materia inanimada. ¿Cuál es la diferencia?
• La diferencia estriba en el grado de complejidad que alcanzan los seres vivos.
La explicación debe buscarse en los componentes atómicos y moleculares de la
materia, en los que se aplican las mismas leyes físico-químicas
• Los elementos químicos de la vida y las biomoléculas formadas a partir de ellos,
fueron seleccionados por su idoneidad para construir estructuras, y realizar
funciones que aumentaran la supervivencia de las células que los incorporaron.
• Puesto que la vida surgió en los mares primitivos, muchos de los elementos esenciales para la vida fueron seleccionados en función de:
• Su comportamiento en medio acuoso, o sea si son solubles o insolubles.
• La reactividad de los átomos y los tipos de enlaces que pueden establecer, para
formar moléculas orgánicas. En definitiva, las características fisicoquímicas:
tamaño, forma de las moléculas, orbitales atómicos, …
IMPORTANCIA DE LOS ENLACES EN BIOLOGÍA
• El tipo de enlace entre los átomos que forman las moléculas, determina laspropiedades de estas.
• ENLACE COVALENTE: los componentes fundamentales de los s.v., son cadenas
carbonadas en las que los átomos de C están unidos por enlaces covalentes.
Estos son los más fuertes, que permiten construir moléculas estables. Los
grupos funcionales (amino, alcohol, …) unidos a las cadenas carbonadas tienen
enlaces de este tipo. Pero, aunque las bases estructurales de los compuestos
orgánicos tienen este enlace, el funcionamiento de los s.v. es posible, gracias a
la existencia de otros tipos de enlaces.
• ENLACE IONICO: se produce por la interacción electrostática entre aniones y
cationes. Este tipo de enlaces se encuentran en:
• Las proteinas; estos enlaces permiten su estructura y la estabilización de su
forma espacial, necesarias para realizar su función biológica.
• Unión de aniones y cationes inorgánicos a moléculas orgánicas. Por ejemplo, la
acción de enzimas, es posible por la unión de cationes.
• Estructuras cristalinas, solubles e insolubles; estas permiten la formación de
órganos resistentes como caparazones, esqueletos, …
• ENLACE DE HIDRÓGENO: es menos fuerte que los anteriores, lo que posibilita
su fácil rotura y formación. Es fundamental para las reacciones reversibles y en
las uniones transitorias de moléculas. Esto es muy común en el metabolismo
celular. Se producen cuando hay moléculas o grupos polares, en los que existen
cargas parciales negativas, que son atraídas por la carga parcial positiva que
presenta el hidrógeno, presente en moléculas también polares.
• FUERZAS DE VAN DEL WAALS: atracciones moleculares entre grupos no polares,
debidas a la formación de dipolos instantáneos. Son muy débiles, pero
contribuyen al mantenimiento de la estructura de algunos compuestos.
2.BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGÉNICOS
Son aquellos que forman las moléculas indispensables para la vida o
biomoléculas. Se han identificado más de 70 elementos biogénicos, que, en
cantidades variables, a veces infinitesimales, intervienen en la composición de los
s.v., aunque no todos son esenciales.
Todos se encuentran en la tabla periódica, es decir, no hay elementos
especiales o distintos de los que se encuentran en la materia general del universo.
No son, por tanto, exclusivos de los seres vivos. Sin embargo, no coindicen con los
más abundantes en la corteza terrestre, o en el planeta Tierra.
• 2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS BIOELEMENTOS
Son 11, y están en más del 98% en peso del total de la materia viva. Pueden ser
de 2 tipos:
• PRIMARIOS: son 6 y forman más del 95% en peso de los s.v.
Carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, fósforo, azufre.
OLIGOELEMENTOS O ELEMENTOS VESTIGIALES: son los restantes, que participan
en cantidades infinitesimales, en proporciones menores al 0,1%, aunque no por
ello menos importantes, pues su carencia puede acarrear la muerte. Muchos son
necesarios para la catálisis enzimática.
Destacamos:
• ESENCIALES: son 5. Hierro, manganeso, cobre, zinc, cobalto.
• NO ESENCIALES en todos los organismos: son los restantes hasta completar los
70 biogénicos. Flúor, yodo, boro, níquel, silicio, aluminio, vanadio, litio,
molibdeno, estaño, cromo, ….
SEl S forma parte del aminoácido cisteína
El ATP, la moneda energética del organismo
PADN
Ca
Na+, K+ y Cl-
ESTOMAS
FeHemoglobina
I
F
Si
2.1.1PROPIEDADES DE LOS BIOELEMENTOS
• Los 6 elementos primarios tienen capas electrónicas incompletas, por lo quepueden formar fácilmente enlaces covalentes y originar biomoléculas que,constituirán las estructuras biológicas que realizarán las funciones vitales.
• Poseen número atómico bajo, por lo que los electrones compartidos en laformación de los enlaces están próximos al núcleo, y las moléculas formadas sonestables.
• Dado que el oxígeno y el hidrógeno son electronegativos, muchas biomoléculasson polares y por ello, solubles en agua, requisito indispensable para que seproduzcan las reacciones biológicas.
• Los bioelementos pueden incorporarse fácilmente a los s.v. desde el medioexterno, ya que se encuentran en moléculas que pueden ser captadas de formasencilla. Esto asegura el intercambio constante de materia entre los s.v. y elmedio ambiente.
3.BIOMOLÉCULAS O PRINCIPIOS INMEDIATOS
Son sustancias orgánicas e inorgánicas, a partir de las cuales se constituye la
materia viva y están formadas por la combinación de los diferentes bioelementos.
Se clasifican en 2 grupos:
• INORGÁNICAS: agua, sales minerales, y gases
• ORGÁNICAS: hidratos de carbono, lípidos, proteinas y ácidos nucleicos. Las
vitaminas, enzimas y hormonas, no son una categoría diferente, si no que se trata
de un aspecto funcional, es decir, de la actividad biológica que desempeñan, ya
que químicamente se encuadran en los grupos anteriores.
• Mediante técnicas de análisis basadas en métodos físicos, como filtración,destilación, centrifugación, decantación, es posible separar las biomoléculas deun s. v., sin que sufran ninguna alteración.
• Las moléculas gaseosas imprescindibles para el metabolismo celular, no seencuentran de forma libre en el interior de un s.v. Por ejemplo, el O2 necesariopara la respiración, se une a proteinas transportadoras que lo conducen por elorganismo. El CO2, se transporta en forma de bicarbonato.
3.1 LA IDONEIDAD DEL CARBONO
• El C se encuentra en la atmósfera como CO2, y es poco abundante en la
corteza terrestre donde forma carbonatos, rocas calizas, carbón, petróleo, grafito
y diamante. A pesar de su escasez en la superficie, los s.v. lo concentran, ya que
es la base de las biomoléculas y los compuestos orgánicos.
• Los compuestos orgánicos poseen un esqueleto carbonado, formado por la
unión de átomos de C mediante enlaces covalentes, que forman cadenas
lineales, ramificadas o cíclicas y que, a su vez, están unidos a otros grupos de
átomos formando los distintos grupos funcionales.
• El C posee numero atómico 6, su configuración electrónica es 1s22s22p.Dispone
de 2 e- desapareados. Sin embargo, desaparea un e- del orbital 2s2 que pasa a
ocupar el 2pz, y posee así un máximo de e- desapareados que ocupan los
orbitales 2s12px12py
12pz1
• Entre el orbital 2s1 y los 3 orbitales 2px,y,z se forman 4 orbitales híbridos sp3
orientados hacia los cuatro vértices de un tetraedro. Con ello el C adquiere
valencia IV, lo que permitirá forman 4 enlaces covalentes simples, distribuidos
tetraédricamente, al aceptar e- para compartir sus 4 orbitales enlazantes con
otros átomos.
• Los enlaces entre los C pueden ser: simples, dobles o triples, y permiten formar
cadenas lineales o ramificadas, y anillos cíclicos que formarán los esqueletos de
las moléculas orgánicas. Y debido a la configuración tetraédrica de sus orbitales,
se pueden forman moléculas tridimensionales diferentes, muy importante para
su función biológica.
• El silicio, aunque también tiene valencia IV y puede formar cadenas, establece
enlaces Si-Si más débiles e inestables que los C-C. Desde el punto de vista
biológico, los enlaces deben ser suficientemente estables para formar moléculas
resistentes, y suficientemente débiles, para que puedan romperse en las
reacciones bioquímicas.
• El CO2, es anormalmente estable, soluble en agua y permanece en estado
gaseoso, esto es indispensable para que pueda ser usado en la fotosíntesis. Sin
embargo, el compuesto análogo formado con silicio, la sílice SiO2, es sólido,
insoluble y de difícil captación por un sistema biológico, que lo incorporase en
lugar del carbono.
• Las distintas combinaciones del C con otros elementos químicos, como O2,H2,N2,
…permiten la formación de gran variedad de grupos funcionales: hidrocarburos,
alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, aminas,… que aportan a las
moléculas orgánicas gran capacidad reactiva, y la creación de nuevas moléculas
orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.
• La presencia de ciertos grupos funcionales y la estructura tridimensional de lasbiomoléculas, deciden su actividad biológica.
Por ejemplo:
• La acción farmacológica de muchos medicamentos, depende del tipo desustituyente y del lugar que ocupa en la molécula. Por ej. La sustitución de un Hpor un radical alquilo en el C5 en los barbitúricos, confiere propiedadeshipnóticas: si se incorpora en otra posición origina propiedades antiepilépticas,en otra da propiedades anestésicas, etc…
• Las hormonas sexuales masculinas y femeninas, se diferencian en pequeñoscambios en los radicales del anillo de gonano.
• El efecto sedante y calmante de la morfina, se debe a que posee una región ensu molécula, semejante a las endorfinas de nuestro cuerpo.
4.EL AGUA
Es el componente mayoritario de los s.v., entre el 65-95% del peso de los mismos
es agua. La vida es fundamentalmente agua, porque fue en el medio acuático donde se
originó. Participa en las reacciones químicas de los s.v. A pesar de su abundancia y
aparente simplicidad, no es un compuesto químico corriente, y aunque parece inerte
tiene gran reaccionabilidad.
EL AGUA
EL AGUA
EL AGUA
Medusa: 90% es agua.
Granos de cereales: 3% es agua
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA Y CARÁCTER DIPOLAR
La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del O2 , determina un ángulo entre
los enlaces H-O-H de 104,5. Además, el O2 es más electronegativo que el H2, y
atrae con más fuerza a los e- de cada enlace. La consecuencia de esta
conformación espacial, es que la molécula de agua, aunque tiene carga total
neutra (posee el mismo número de p+ y de e-), presenta una distribución
asimétrica de sus e-, lo que la convierte en una molécula polar
• En la nube electrónica alrededor del O2 , se concentra una densidad de carga
negativa, mientras los núcleos de H2 quedan desnudos, desprovistos
parcialmente de sus e- y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA
4.1.1ENLACES POR PUENTES DE HIDROGENO
• El carácter dipolar, permite que se produzcan interacciones con otras moléculas
polares o con iones cargados eléctricamente. Se establecen interacciones entre
las propias moléculas de agua, que pertenecen a un tipo de uniones
electrostáticas llamadas puentes de hidrogeno: la carga parcial negativa del O2
de una molécula, ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales
positivas de los H2 de otras moléculas adyacentes, de manera que una molécula
de agua, puede participar hasta en cuatro puentes de hidrogeno a la vez.
Puente de hidrógeno
Enlace covalente
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA
EL AGUA
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA
4.1.2 ESTRUCTURA RETICULAR DEL AGUA LÍQUIDA
• Aunque los enlaces por puentes de H son débiles, el hecho de que alrededor de
cada molécula de agua se disponga un promedio de 3,4 moléculas de agua,
unidas por puentes de H, permite que se forme en el seno del agua, una
estructura perfectamente ordenada de tipo reticular, responsable de su
comportamiento anómalo y de sus peculiares propiedades fisicoquímicas.
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA
4.2 PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA
• Las propiedades fisicoquímicas del agua, derivadas de su peculiar estructura
molecular, determinan su función biológica y justifican la importancia del
ambiente acuoso, en la aparición y mantenimiento de la vida en la Tierra.
• La cantidad de agua presente en los s.v. depende de: la especie, los organismos
acuáticos poseen más que los terrestres. La edad del individuo: los jóvenes
poseen más cantidad que los de mayor edad. El tipo de tejido u órgano: los más
activos bioquímicamente(cerebro), poseen más que los más pasivos(diente).
EL AGUA
EL AGUA
Medusa: 90% es agua.
Granos de cereales: 3% es agua
• ACCIÓN DISOLVENTE
• Es el líquido que más sustancias disuelve, por lo que se llama disolvente
universal. Esta propiedad se debe, a la capacidad de formar puentes de H con
otras sustancias. Químicamente, recibe el nombre de momento dipolar o
constante dieléctrica, los cuales son elevados.
En el agua se disuelven
sales cristalizadas que
son compuestos
iónicos, pues los iones
son atraídos fuertemente
por los dipolos del agua
(1), que logran debilitar
los enlaces iónicos,
hasta llegar al
desmoronamiento de la
red cristalina que los
mantenía en el estado
sólido. La ruptura de los
enlaces iónicos (2)
provoca que los iones
abandonen la red
cristalina y pasen a la
disolución, donde
quedan “atrapados” en la
estructura reticular del
agua, recubiertos por
moléculas de agua en
forma de iones
hidratados o
solvatados (3).
FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA
FUNCIÓN DISOLVENTE.
• Las sustancias que se disuelven en medio acuoso son hidrofílicas y las que no,
hidrofóbicas, y las que se disuelven tanto en medios acuosos como en
disolventes orgánicos son anfipáticas.
• -Sustancias hidrofílicas: las moléculas polares, como la glucosa, se disuelven
porque establecen puentes de H con las moléculas de agua, y se alojan en su
estructura reticular.
• -Sustancias hidrofóbicas: las moléculas no polares, como los hidrocarburos, no
establecen puentes de H, por lo que interrumpen la estructura reticular del agua.
• -Sustancias anfipáticas: los ácidos grasos, fosfolípidos, … son anfipáticas, es decir,
tienen regiones polares que se disuelven y zonas apolares, que no se disuelven.
• TIPOS DE DISOLUCIONES
-Moleculares: en ellas los solutos son moléculas orgánicas de pequeña masa molecular
polares o con carga iónica. Como los alcoholes, azúcares, aminoácidos, proteinas
cuando se dispersan en medios acuosos.
-Iónicas: en ellas los solutos son electrolitos, es decir, sustancias salinas que, cuando se
disuelven, se disocian en sus iones total o parcialmente. Estos iones son atraídos por los
dipolos del agua, que debilitan sus enlaces iónicos, hasta que desmoronan la red
cristalina que los mantenía es estado sólido. Los iones que abandonan esta red, son
recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.
• Dispersiones coloidales: en ellas los solutos son macromoléculas de alta masa
molecular, como proteinas, ácidos nucleicos, polisacáridos. Aunque no forman
disoluciones verdaderas, estas partículas de soluto de gran tamaño tienen grupos
polares y con carga eléctrica, por lo que establecen puentes de H con infinidad de
moléculas de agua, que se disponen en capas a su alrededor.
• Estas dispersiones tienen aspecto translúcido, y el soluto se puede separar del
disolvente por centrifugación. Los coloides pueden presentarse de 2 formas: aspecto
fluido o sol y de forma semisólida o gel. Por ej. el citosol celular posee muchas
macromoléculas dispersas en medio acuoso en estado de gel, que deforman el
citoplasma y son responsables de algunos tipos de movimiento como el ameboide.
• FUNCIONES DEL AGUA COMO DISOLVENTE
• -Es el medio donde transcurre la mayoría de las reacciones del metabolismo, ya
que, para que dos sustancias reaccionen, se necesita que estén disueltas en el
mismo medio e interaccionen. Los líquidos del medio interno y el citoplasma
son acuosos, y las actividades metabólicas responsables de la vida dependen
de las sustancias que contienen.
• -El aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de
sistemas de transporte acuosos (sangre, savia), donde se disuelven estas
sustancias. El hígado para desintoxicar al organismo, introduce grupos polares –
OH, -NH2, en las moléculas tóxicas para hacerlas más solubles y más fácilmente
eliminables por la sangre a través del riñón, bilis, etc. Los tóxicos poco solubles
en agua, se acumulan en zonas lipídicas, permaneciendo más tiempo y
aumentando su acción nociva.
2.ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN ENTRE SUS MOLÉCULAS
• Dicha fuerza es la que mantiene unidas las moléculas de una sustancia.
• Los puentes de H mantienen las moléculas de agua fuertemente cohesionadas, formando una estructura compacta, que la convierte en un líquido casi incompresible.
• Al no poder comprimirse, actúa como esqueleto hidrostático en invertebrados y permite la turgencia en plantas.
• Esta fuerza también es responsable de la elevada tensión superficial, una fuerza que tira de las moléculas de la superficie del agua hacia el interior del líquido, y hace que las gotas adquieran forma esférica.
• El resultado, es que la superficie del agua se comporta como una delgadapelícula elástica, que se puede deformar sin romperse y aguanta pequeñospesos, lo que aprovechan pequeños insectos, como el zapatero, paradesplazarse por el agua sin hundirse.
Tensión superficial del agua puesta a prueba
por el zapatero (Gerris lacustris)
3.ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN
La adhesión, es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de sustancias
diferentes. También está en relación con los puentes de H, que se establecen entre
las moléculas de agua y otras moléculas polares, y es responsable junto con la
cohesión, de la capilaridad. A este fenómeno, se debe en parte la ascensión de
savia bruta por los vasos leñosos.
4.ELEVADO CALOR ESPECÍFICO
• El calor específico es la capacidad de almacenar energía, para un aumentodeterminado de la temperatura. Es la cantidad de calor, que es necesariocomunicar a un gramo de una sustancia, para aumentar su temperatura en 1ºC.
• El agua puede absorber grandes cantidades de calor, que se usa para romperlos puentes de H, por lo que proporcionalmente, su temperatura solo se elevaligeramente. Igualmente, su temperatura desciende con más lentitud que la deotros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse
• Esta propiedad permite que el citoplasma sirva de protección a las moléculasorgánicas ante cambios bruscos de temperatura, al actuar como tampón oamortiguador térmico, que mantiene la temperatura interna constante, a pesarde las variaciones externas.
• ELEVADO CALOR ESPECÍFICO
5.ELEVADO CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN
• Es la energía necesaria para evaporar un gramo de agua. A 20ºC se necesitan
540 calorías. Esto da idea, de la energía necesaria para romper los puentes de H
entre sus moléculas, y para dotar a las mismas de la energía necesaria para
pasar al estado de vapor.
• Por esto cuando se evapora un líquido, disminuye la temperatura, lo que es
eficaz en vertebrados para disipar calor por sudoración, y en plantas se usa
como sistema de refrigeración, mediante la transpiración por las hojas o
evaporando sustancias volátiles.
• ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN
CALORES DE VAPORIZACIÓN
DE ALGUNOS LÍQUIDOS EN
SUS PUNTOS DE EBULLICIÓN
LÍQUIDO CAL / GR.
Agua 540
Metanol 263
Etanol 204
Acetona 125
Benceno 94
Cloroformo 59
6.MENOR DENSIDAD DEL HIELO QUE DEL AGUA LÍQUIDA
• El agua permanece liquida entre 0ºC y 100ºC. Cuándo se enfría, se contrae su
volumen, como en el resto de los cuerpos; pero al alcanzar los 4ºC, cesa la
contracción y se dilata hasta transformarse en hielo en el punto de congelación,
que es menos denso que el agua líquida y flota sobre ella.
• Gracias a esta anomalía, los lagos, ríos, mares comienzan a congelarse desde la
superficie hacia abajo y esa costra de hielo superficial sirve de abrigo a los seres
que viven bajo las aguas, actuando como aislante térmico.
7.USOS BIOQUÍMICOS DEL AGUA
• Los s.v. utilizan químicamente el agua en dos tipos de reacciones: fotosíntesis y
reacciones de hidrólisis.
FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA
FUNCIÓN MECÁNICA.
FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA
FUNCIÓN MECÁNICA.
5.SALES MINERALES
Según su solubilidad tenemos:
5.1 SALES INSOLUBLES EN AGUA
• Tienen función plástica, pues forman estructuras sólidas, con función de
protección y sostén.
• Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos, moluscos o equinodermos;
silíceos de radiolarios y diatomeas.
LAS SALES MINERALES
• SALES MINERALES SÓLIDAS: CARBONATO CÁLCICO, FOSFATO
CÁLCICO, SÍLICE, ETC.
• Esqueleto interno de vertebrados. El fluoruro de calcio también se encuentra en el esmalte de dientes
• Estructuras como los otolitos del oído interno para mantener el equilibrio; mineralización de las paredes de celulosa de plantas que aumentan su resistencia. Sales silíceas cortantes en las cañas o en los pelos de ortigas. Magnetita en tortugas, abejas, palomas usada como brújula en sus desplazamientos
5.2 SALES SOLUBLES EN AGUA
Están disociadas en iones, que cuando están disueltos en agua se llaman
electrolitos y tienen las siguientes funciones:
• Catalíticas: algunos iones, actúan como cofactores enzimáticos necesarios
para la actividad de las enzimas. Otros forman parte de proteínas como el Fe y
la hemoglobina. También constituyen la clorofila como el Mg; o la contracción
muscular como el Ca.
• Funciones osmóticas: los iones Na,K,Cl,Ca, participan en la generación de
gradientes electroquímicos, necesarios en la sinapsis neuronal.
• Función tamponadora: mantienen constante el pH, lo realizan los sistemas
carbonato-hidrogenocarbonato y monofosfato-bifosfato.
• Función nutriente: sales usadas para sintetizar compuestos orgánicos como
sulfatos, fosfatos, nitratos
• 6.ÓSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA
• Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración, separadas por
una membrana semipermeable (solo deja pasar disolvente pero no soluto), se
define ósmosis, como un tipo de difusión pasiva, caracterizada por el paso de
agua a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a
la más concentrada.
• Presión osmótica es la presión que sería necesaria, para detener el flujo de
agua a través de la membrana semipermeable.
• Las células deben estar en equilibrio osmótico con los líquidos del medio interno.
• Si la concentración de soluto de los medios extracelulares es igual a la intracelular, ambas disoluciones son isotónicas.
• Si los líquidos extracelulares se diluyen se hacen hipotónicos o hiposmòticosrespecto a las células, el agua tiende a pasar al citoplasma y las células sehinchan, se vuelven turgentes y pueden estallar, si no tienen pared como losvegetales. Este fenómeno se llama turgescencia o hemolisis en eritrocitos.
• Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración, se hacenhipertónicos o hiperosmóticos respecto a las células, y estas pierden agua sedeshidratan y mueren, lo que origina la plasmólisis o crenación en eritrocitos
6.1 DIÁLISIS
Es una técnica que permite separar en una disolución, los solutos de bajo peso
molecular. Si el diámetro de los poros de la membrana semipermeable es
suficientemente grande para dejar pasar, además del disolvente, moléculas de
soluto de bajo peso molecular, se produce la diálisis, por la cual pequeñas gotas
dializables pasan desde la solución más concentrada a la más diluida.
• Esta técnica es el fundamento de la hemodiálisis, que se aplica a enfermos deinsuficiencia renal, y que consiste en hacer pasar la sangre por un circuito quecontiene una disolución diluida separada de una membrana semipermeable,con unos poros lo suficientemente grandes, que dejan pasar a la disolucióncomponentes de la sangre como sales, urea, … que en altas concentracionesserían tóxicos.
7.IONIZACIÓN DEL AGUA Y ESCALA DE pH
Dos moléculas de agua pueden ionizarse, debido a las fuerzas de atracción por
puentes de H que establecen entre ellas. Un ion H de una, se disocia de su
átomo de O y pasa a unirse con el átomo de O de otra molécula. Por esta razón
el agua no es un líquido puro, ya que es una solución iónica que siempre
contiene iones hidronio H3O+ e iones hidroxilo OH-.
• En el agua pura, a 25ºC, el producto H+ x OH- = 1x10-14 que se denomina
producto iónico del agua y es la base para establecer la escala de pH, que
mide la acidez o alcalinidad de las disoluciones acuosas, es decir su
concentración de iones H+ o OH-.
• Fue ideada por Sorensen para evitar cálculos con números engorrosos,
que indican la baja concentración de iones H y OH existentes en los
sistemas biológicos.
7.1 SISTEMAS TAMPÓN O BUFFER
• Las disoluciones tampón o sistemas amortiguadores o buffer, consisten en un
conjunto de sustancias capaces de mantener el pH constante, dentro de ciertos
límites, al añadir ácidos o bases a una disolución.
• Las bruscas variaciones de pH son incompatibles con la vida, ya que los s.v. no
soportan variaciones de pH mayores de unas décimas de unidad. Las
variaciones del pH afectan a la estabilidad de las macromoléculas: proteínas,
enzimas, … modificando su actividad biológica. Por esto, los s.v. han
desarrollado sistemas tampón, que impiden esa variación.
• Hay varios sistemas de regulación del equilibrio ácido-base:
• Mediante el sistema respiratorio. Si la concentración de H+ varía, la intensidad
de la respiración cambia, se elimina más o menos C02 y la concentración de H+
vuelve a ser normal. Tarda en restablecer el pH normal de 1 a 15 minutos.
• Los riñones excretan orina ácida o alcalina reajustando la concentración de H+
en caso de desequilibrio. Tardan varias horas o varios días.
• Sistemas amortiguadores o sistemas tampón o "buffer"
• Cambios ligeros en la concentración de iones de Hidrógeno, provocanalteraciones marcadas en la intensidad de las reacciones químicas de lascélulas.
• Las proteínas son afectadas por las variaciones del pH, y concretamente laacción de las enzimas es influida decisivamente por esas variaciones.
• El pH normal de la sangre arterial es de 7.4, el pH normal de la sangre venosa ylíquidos intersticiales es de 7.35 por el dióxido de carbono presente que formaácido carbónico. La vida humana no se mantiene más que minutos en valoresinferiores a 7 y superiores a 8.
• Los niveles óptimos de pH para la función celular deben ser mantenidos,siendo eliminado el exceso de iones H+ u OH- de los tejidos o las células.
• Sistema amortiguador del bicarbonato.
• Es el principal tampón extracelular en la sangre y en fluidos intersticiales
de vertebrados. Está formado por una mezcla de ácido carbónico (ácido
débil) y de ion bicarbonato, el ion bicarbonato es proporcionado sobre
todo por el bicarbonato potásico y el bicarbonato de magnesio, aunque
aquí expondremos la reacción que sucede con el bicarbonato sódico.
H2CO3 NaHCO3
Ácido Carbónico Bicarbonato Sódico
• Si se le añade un ácido fuerte como el HCl:
HCl + NaHCO3 H2CO3 + NaClÁcido clorhídrico Bicarbonato Sódico Ácido carbónico Cloruro sódico
Como el ácido carbónico es muy débil se disocia muy poco (aumenta poco laconcentración de H+) y además el 99,9% se transforma:
H2CO3 CO2 + H2O pH no varia con la adición de HCl.
• Si se le añade una base fuerte como el NaOH:
NaOH + H2CO3 NaHCO3 + H2O
Hidróxido sódico Ácido carbónico Bicarbonato sódico Agua
Se produce una base débil, el bicarbonato sódico, a partir de una base fuertecomo es el NaOH.
Aunque aquí se ha expuesto la reacción con el bicarbonato sódico, la mayor partedel ión bicarbonato está proporcionado por el bicarbonato de Mg y el bicarbonatode K.
Sistema amortiguador del bicarbonato.
REGULACIÓN DEL pH
Sistema amortiguador del fosfato. Actúa de la misma forma que el anterior.
NaH2PO4 Na2HPOFosfato monosódico Fosfato disódico
Dihidrógeno fosfato de sodio Hidrógeno fosfato disódico
• Si se añade un ácido fuerte (HCl):
HCl + Na2HPO4 NaH2PO4 + CINaÁcido clorhídrico Fosfato disódico Fosfato monosódico Cloruro sódico
Hidrógeno fosfato disódico Dihidrógeno fosfato de sodio
• Si se añade una base fuerte (Na OH):
NaOH + NaH2PO4 Na2HPO4 + H2OHidróxido sódico Fosfato monosódico Fosfato disódico Agua
Dihidrógeno fosfato de sodio Hidrógeno fosfato disódico
Cuando se emplean productos carbónicos tamponados para evitar una"digestión ácida" o para aliviarla, se está tomando una fuente externa de sustanciastampón para complementar a las que ya existen naturalmente en el aparatodigestivo.
REGULACIÓN DEL pH
