UNIDAD 2_2 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: SALES MINERALES

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1 UNIDAD 2_2 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: SALES MINERALES

2 Bloque 1. La base molecular y fisicoquímica de la vida. Contenidos Contenidos y criterios de evaluación Biología. 2.º Bachillerato 1. Los componentes químicos de la célula. Bioelementos: tipos, ejemplos, propiedades y funciones. 2. Los enlaces químicos y su importancia en biología. 3. Las moléculas e iones inorgánicos: agua y sales minerales. 4. Fisicoquímica de las dispersiones acuosas. Difusión, ósmosis y diálisis.

3 SALES MINERALES Son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos, pero no pueden ser producidas ni degradadas por los mismos. Según su solubilidad en agua se clasifican en: Sales en estado sólido. Sales en disolución.

4 SALES MINERALES Sales minerales en estado sólido Funciones Son sales que se encuentran precipitadas y constituyen estructuras sólidas e insolubles con funciones esqueléticas o de protección: - Carbonato cálcico en conchas de moluscos. - Fosfato cálcico en los huesos y dientes. - Dióxido de silicio en exoesqueletos (Diatomeas, esponjas con espículas silíceas y estructura de sostén en algunos vegetales (gramíneas). CaCO 3 Ca 3 (PO 4 ) 2 SiO 2

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7 SALES MINERALES Sales en disolución Son sales que aparecen disociadas en sus iones correspondientes, tanto en medios intracelulares como extracelulares. Las principales son: cationes: Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ y NH 4+. aniones: Cl -, SO 4 2-, NO 3-, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4-, CO 3 2- y HCO 3-. Las sales minerales disueltas en agua siempre están ionizadas.

8 Sales minerales solubles en agua Funciones Funciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu +, Mn 2+, Mg 2+, Zn +,... actúan como cofactores enzimáticos. Los iones de Na +, K +, Cl- y Ca 2+, participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción en la sinapsis neuronal. Dar estabilidad a muchas moléculas. En el cuadro se presentan algunos ejemplos significativos. Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con la distribución de agua entre el interior celular y el medio donde vive esa célula. Función tamponadora. Intervienen en la regulación del equilibrio ácido-base, a fin de mantener constante el ph del medio interno.

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10 Sales minerales disueltas Ósmosis y presión osmótica Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto), se produce el fenómeno de la ósmosis que sería un tipo de difusión pasiva caracterizado por el paso del agua a través de la membrana semipermeable desde la disolución más diluida (hipotónica) hacia la más concentrada (hipertónica), este trasiego continuará hasta que las dos disoluciones adquieran la misma concentración (isotónicas o isoosmóticas). Se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

11 Ósmosis y presión osmótica La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.

12 EQUILIBRIOS OSMÓTICOS SALES MINERALES

13 EQUILIBRIOS OSMÓTICOS TURGENCIA PLASMOLISIS

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17 Sales minerales disueltas Reguladoras de ph

18 Sales minerales disueltas Reguladoras de ph Para los seres vivos resulta de capital importancia mantener constantes sus niveles internos de ph. De no ser así, muchas reacciones químicas cambiarían su sentido de reacción, o muchas enzimas precipitarían con lo que se provocarían graves trastornos e incluso la muerte. Los límites aceptables para la vida humana se sitúan entre 6 y 8 en el medio interno. Contamos con los llamados sistemas amortiguadores, tampón o buffer, que son compuestos en disolución que neutralizan los cambios de ph del medio cuando, como resultado de las reacciones metabólicas se producen sustancias ácidas o básicas que harían variar el ph. En nuestro organismo destacan dos sistemas tampón: A. Tampón bicarbonato. B. Tampón fosfato.

19 Sistema tampón bicarbonato: en el plasma sanguíneo, el CO 2 procedente del metabolismo celular se combina de forma reversible con H 2 O, dando H 2 CO 3. El ácido carbónico es un ácido débil que puede disociarse en los iones H + y HCO 3 - (bicarbonato) Cuando se produce un aumento de la concentración de iones H + (al haber sustancias ácidas) el equilibrio se desplaza hacia la izquierda (elimina los H + neutralizando la acidez) y se elimina hacia el exterior el exceso de CO 2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de H + (al aumentar la concentración de OH - debido a la presencia de sustancias básicas) el equilibrio se desplaza hacia la derecha tomando CO 2 de la sangre (aumenta los H + neutralizando la basicidad).

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21 Tampón fosfato. El sistema amortiguador de fosfato actúa en el citoplasma de las células y consiste en: H 2 PO 4- H + + HPO 4 2- El sistema amortiguador de fosfato resiste cambios en el ph desde 5,8 hasta 7,8. Por tanto, es muy efectivo para los sistemas biológicos que realizan reacciones alrededor de ph 7.0. Cuando se produce un aumento de la concentración de H +, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda (elimina exceso de H + ); si se produce una disminución de H +, el equilibrio se desplaza hacia la derecha (se forma H + para neutralizar el exceso de OH - al unirse ambos formando H 2 O).

22 2.4. LA MATERIAVIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL Los fluidos en los seres vivos constan de una fase dispersante o disolvente, que es el agua, y de una fase dispersa o soluto. En una disolución denominamos disolvente a la sustancia de la mezcla que se encuentra en mayor proporción y soluto a la sustancia o sustancias que se encuentran en menor proporción. El soluto está formado por partículas que pueden presentar distintos tamaños; según este tamaño los fluidos se pueden clasificar en disoluciones verdaderas o dispersiones coloidales.

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24 2.4. LA MATERIAVIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL Disolución verdadera: son aquellas disoluciones en las que las partículas de soluto tienen un tamaño muy pequeño (<1nm). Por ejemplo las sales minerales o pequeñas moléculas orgánicas como glucosa, aminoácidos Cuando son sales minerales se llaman disoluciones iónicas y cuando son pequeñas moléculas sin carga se llaman disoluciones moleculares. Estas disoluciones son mezclas homogéneas, es decir, mezclas uniformes ya que su composición, estructura o propiedades se mantienen constantes en cualquier punto de su masa.

25 2.4. LA MATERIAVIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL Disolución coloidal o dispersión coloidal: son las disoluciones que contienen partículas de soluto de tamaño grande (entre 1nm y 1μm). Por ejemplo polisacáridos, proteínas. Estas partículas de soluto se llaman coloides. Estas mezclas son heterogéneas, es decir, no son uniformes, ya que su composición, estructura o propiedades difieren de unas partes a otras de su masa, y a pesar del gran tamaño de las partículas, éstas no sedimentan porque poseen grupos polares, haciendo enlaces por puente de H con las moléculas de agua que las rodean. En conclusión: los fluidos de los seres vivos, sangre, linfa, líquido intracelular, como contienen partículas de todos los tamaños, se parecen más a una dispersión coloidal que a una disolución verdadera.

26 DISPERSIONES COLOIDALES Partículas de un coloide rodeadas de un manto de hidratación (de agua) La mayoría de los coloides están cargados negativamente, por lo que en agua son estables debido a la repulsión electrostática entre estas partículas invisibles. Esta repulsión sobrepasa las fuerzas de atracción de Van der Waals, por lo que no se aglomeran y por lo tanto no precipitan.

27 2.4. LA MATERIAVIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos: Estado de sol, en las que presentan aspecto líquido, ya que las moléculas de soluto se encuentran en menor cantidad que las del disolvente. Estado de gel, lo presentan las dispersiones con aspecto semisólido o gelatinoso cuando las moléculas de solventes están atrapadas entre las de soluto, que son más abundantes y se entrelazan formando una red continua. Es una dispersión más concentrada que la de estado sol. En la célula los estados de sol y gel se pueden alternar según las variaciones de concentración de las partículas coloidales, por ejemplo por deshidratación se pierde agua aumentando la concentración de coloides, y los lugares en los que se encuentren. También cambian los estados de sol y gel con las variaciones en el ph, la temperatura y presión. En ocasiones el cambio es irreversible y no es posible la transformación a la inversa.

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31 2.4. LA MATERIAVIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL Para separar las partículas coloidales del resto se puede: Ø Sedimentarlas por ultracentrifugación.

32 Para separar las partículas coloidales del resto se puede: Ø Adsorción: es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapadas o retenidos en la superficie de un material.

33 Para separar las partículas coloidales del resto se puede: Ø Diálisis: es el proceso de separación de partículas según su masa molecular (tamaño), gracias a una membrana dializadora que tan solo deja pasar agua y otras moléculas pequeñas pero no las grandes.

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37 HEMODIÁLISIS Este proceso es la base de la hemodiálisis, técnica que se emplea en Medicina cuando el riñón no puede realizar correctamente su función. Básicamente, consiste en hacer pasar la sangre por un circuito donde una membrana dializadora separa la sangre de una disolución muy diluida. Los componentes de la sangre de bajo Pm atraviesan esta membrana y pasan a la disolución. De esta forma, la sangre queda desprovista de sustancias tóxicas resultantes del metabolismo celular, como la urea; pero también ha perdido sustancias que son necesarias como H 2 O, sales, glucosa, aminoácidos, etc; por ello, antes de introducir la sangre en el enfermo hay que reincorporarle estas sustancias.