TEMA -7- CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DE LOS SSVV
BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
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EL AGUA. (H2O) -
Es el principio inmediato inorgánico más abundante de los seres vivos y el que admite menos variaciones en sus proporciones. Por término medio podemos decir que el 75 % de la materia viva es agua.
El contenido hídrico de los ssvv depende de varios factores:
la especie (medusas 90%, hombre 60%),
el tejido (existiendo una relación directa entre el contenido en agua y la actividad fisiológica de los tejidos, en el sistema nervios 90%, en el muscular el 75%, en los huesos el 25%, y el adiposo el 15%),
de la edad de los seres vivos(se va perdiendo porcentaje de agua según aumenta la edad), y del sexo (menor en las hembras que en los varones por tener ellos menor tejido adiposo).
Formas de presentarse el agua:
a) agua circulante
b) agua intersticial
c) intracelular
Adquisición de agua:
a) del exterior en bebidas y con los alimentos
b) a partir de otras biomoléculas, agua metabólica
( C6H12O6 + 6 O2 --- 6 CO2 + 6H2O)
La importancia del agua en los ssvv se debe a sus propiedades fisicoquímicas.
1º Estructura de la molécula del agua.-
La molécula de agua contiene un átomo de oxígeno unido covalentemente a dos á tomos de hidrógeno formando un ángulo de 1 04,5º. El oxígeno, dado su carácter electronegativo, atrae con más fuerza los electr ones c ompartidos, de modo que en la posición del oxigeno hay una doble densidad de carga negativa(d -), mientras que alrededor de los núcleos de hidrógeno hay una densidad de carga positiva (d +), de esta forma, la molécula de agua se transfor ma en un dipolo, es de cir una molécula con doble carga eléctrica.
Este hecho es fundamental y el responsable de muchas de sus propiedades y funciones.
2º Propiedades.-
POLARIDAD.- Se comporta como un dipolo, estableciéndose puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. Estas uniones de tipo electrostático, son uniones débiles que continuamente se están formando y rompiendo, originando una estructura de tipo reticular (semiordenada). Es un compuesto de bajo peso molecular, las moléculas por ser polares, tienden a colocarse de forma semiordenada, por lo que se encuentra líquida entre 4ºC y 70ºC, intervalo en el que desarrolla la vida.
ACCIÓN DISOLVENTE.- El agua es el disolvente universal, porque tiene la capacidad de establecer puentes de hidrógeno con otras sustancias. Podemos clasificar las sustancias en función de su solubilidad en el agua como: Hidrófilas o polares si se disuelven en agua; hidrófobas o apolares si no se disuelven en agua y Anfipáticas si son parcialmente solubles.
La acción disolvente del agua permite que desempeñe las siguientes funciones biológicas:
Medio de disolución universal de las biomoléculas. Medio en el que ocurren las reacciones químicas. Medio de transporte de las biomoléculas. Interviene en todas las reacciones químicas del organismo (como disolvente, como reductor, como producto)
ELEVADO CALOR ESPECÍFICO.- La molécula de agua absorbe muchas más calorías que cualquier otro compuesto para aumentar su temperatura, actuando así como un almacenador de calor, amortiguando los cambios bruscos de liberando energía. De igual modo su temperatura desciende con más lentitud a medida que va liberando energía al enfriarse. Regula la temperatura d los seres vivos, y amortigua los cambios de temperatura externa
ELEVADO CALOR DE FUSIÓN Y EVAPORACIÓN.
El agua necesita muchas calorías para evaporarse, enfriando su entorno, lo cual contribuye a mantener la temperatura corporal. Estas dos propiedades permiten su acción termorreguladora, así el medio acuoso celular y el medio acuático sirven de protección ante los cambios bruscos de temperatura, manteniendo al organismo y el entorno a una temperatura relativamente constante.
También sirve para la refrigeración, el cuerpo cede mucho calor al evaporar agua por sudación o por evaporación de esencias volátiles.
MENOR DENSIDAD EN ESTADO SÓLIDO.- El agua cuando se solidifica pierde densidad y flota en la superficie, evitando la total congelación de las aguas y actuando como aislante térmico, permitiendo la vida de lagos y ríos, por muy crudo que sea el clima.
ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN Y TENSIÓN SUPERFICIAL.-A estas fuerzas de deben los fenómenos de capilaridad, que hace que el agua ascienda a lo largo de largos tubos finos y entre superficies que están muy juntas y de imbibición, por la que el a agua puede circular por el interior de sólidos. Ambos procesos están relacionados con la nutrición de los vegetales (circulación de la savia por vasos conductores y absorción de nutrientes del suelo por la existencia de micro poros en dicho medio) así como la germinación de las semillas. Se favorece además los cambios y deformaciones del citoplasma, de las células.
ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN.- Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Por ello, sirve como esqueleto hidrostático en algunos tipos de gusanos, permite la turgencia de las plantas, da forma a las células, manteniendo su presión interior, actúa como lubricante y amortiguador para disminuir el efecto de golpes y del roce (líquido amniótico y sinovial de las articulaciones).
3º Funciones del agua.-
- Medio de disolución universal de las biomoléculas.
- Medio en el que ocurren las reacciones metabólicas.
- Medio de transporte de las biomoléculas.
- Interviene en todas las reacciones químicas del organismo (como disolvente, como reductor, como producto) aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.
- Regula la temperatura de los ssvv, y amortigua cambios de temperatura externa.
- Aislante térmico
- Favorece la circulación y turgencia Circulación de la savia, absorción de nutrientes, germinación de las semillas.
- Se favorece los cambios y deformaciones del citoplasma, Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos
- Esqueleto hídrico
- Lubricante y amortiguador de golpes y roce entre órganos
b) IONIZACIÓN DEL AGUA Y ESCALA DE pH
Dos moléculas polares de agua pueden ionizarse por atracción entre los puentes de hidrógeno: (Por convenio se utiliza H+ en vez de H3O+, aunque no hay que olvidar que en el agua no existen protones solos, sino hidratados en forma de iones hidronio.)
Esto constituye la base para establecer la escala de pH que se utiliza para medir la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa, es decir, la concentración de iones H+ y HO-.
Se define pH como: pH = log 1/ [ H+ ] = - log [ H+ ]
El agua pura, a 25ºC, se la considera químicamente neutra, por tanto el producto iónico es: [ H+ ][ HO- ] = 1 x 10 –14 M (molar = mol/litro) Þ [ H+ ] =[ HO- ] = 1 x 10 –7 M
El pH de esta disolución será: pH = - log 10 –7 = 7
Por tanto: pH ácido 0< pH <7 cuando es alta la [ H+ ]
pH neutro = 7 cuando la [ H+ ] = [ HO-]
pH básico 7< pH < 14 cuando es baja la [ H+ ]
Como es una escala logarítmica, cada disminución de una unidad implica que la concentración de protones se multiplica por 10. En los fluidos corporales el pH que oscila alrededor de 7.
c) LAS SALES MINERALES.-
En todos los ssvv. Se encuentran determinadas cantidades de sales minerales. Estas sales pueden estar:
- Precipitadas, formando cuerpos sólidos, con función estructural
* Esqueleto interno de vertebrados ( Ca 3 (PO4)2,)
* Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos. (CaCO3)
* Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnación con sílice).
* Otolitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico (equilibrio).
- Disueltas en agua, presentando sus moléculas en forma de iones,
Aniones: Cl-, HPO4 3- ; H2PO4 -; CO3 –2; HCO3-; SO4 –2
Cationes: Na+ ; K +; Mg 2+ ; NH 4 + ;
- Asociadas a moléculas orgánicas, fosfatos en forma de ácido fosfórico entran a formar parte de los ácidos nucleicos, fosfolípidos, etc.
1º FUNCIONES.-
- Formación de órganos esqueléticos.
- Funciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+,...actúan como cofactores enzimáticos
- Los cationes, Na +, K+, Mg 2+ y Ca 2+, intervienen en la contracción muscular y conducción del impulso nervioso. Por lo general actúan de forma antagónica, por eso es fundamental que se encuentren en proporciones determinadas y estables.
- Regulan los fenómenos osmóticos. Intervienen en los procesos relacionados con la distribución de agua entre el interior celular y el medio donde vive. Cuando dos disoluciones de diferente concentración salina, las separamos por una membrana semipermeable (solo permite el paso de agua), las dos disoluciones tienden a equilibrar sus concentraciones, pasando el agua de la disolución menos concentrada a la de mayor concentración salina, hasta que ambas soluciones adquieren la misma concentración. Esto origina una presión (osmótica).
- Función tamponadora o Regulación del equilibrio ácido-base. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y también por el monofosfato-bifosfato.
En los ssvv existe siempre una cierta cantidad de iones de H+ y de iones hidroxilo OH-, que proceden de:
La disociación del agua: H2O « OH- + H+
La disociación de sustancias ácidas: HCl « Cl- + H+
La disociación de sustancias básica o alcalinas: Na OH « Na+ + OH-
Los iones H+ tienen carácter ácido, y los OH- carácter alcalino, por tanto la acidez o alcalinidad del medio interno de un organismo, dependerá de la proporción en que se encuentren las dos clases de iones. Ácido cuando H+ > OH-, neutro si H+ = OH- , y básico si H+< OH-. Puedan desarrollarse con normalidad es necesario que el pH esté próximo a la neutralidad, las sales minerales desempeñan esta función por medio del sistema tampón o buffer.
2º SISTEMAS TAMPÓN O BUFFER.-
Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas de tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos. Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.
La adición de H+ desplaza el equilibrio hacia la izquierda, hasta lograr que la concentración de H+ se aproxime a la inicial; si se añade una base el equilibrio se desplaza hacia la derecha.
Las proteínas posen gran capacidad tamponadora, pero existen otros tampones biológicos, como son el par carbónico-bicarbonato (H2CO3 - HCO3 -) y el par (H2PO4 - - HPO4 2-). Cada par conjugado presenta un pH determinado, en el cuál la capacidad tamponadora es máxima, este valor, que suele oscilar alrededor de 7.
El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4, gracias al equilibrio entre el ion bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua:
Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio exterior.
El par conjugado (H2PO4 - - HPO4 2-) es el principal tampón intracelular.
3º ÓSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA.-
La difusión es el reparto de partículas disueltas entre dos fluidos con diferente concentración. Los solutos se desplazan del medio más concentrado al de menor concentración, hasta que se igualan las concentraciones. Este proceso se debe al constante movimiento en que se encuentran las partículas de líquidos y gases y no implica el gasto de energía.
Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (solo deja pasar disolvente), la ósmosis, es el paso de agua (disolvente) a través de la membrana desde la solución más diluida a la más concentrada, hasta igualar las concentraciones.
Cuando dos disoluciones tienen igual concentración son isoosmóticas o isotónicas, cuando poseen distinta concentración, la de mayor concentración es hiperosmótica o hipertónica y la de menor concentración se denomina hipoosmótica o hipotónica.
El paso del líquido se produce del medio hipotónico al hipertónico hasta lograr el equilibrio osmótico, en el que las dos disoluciones son isotónicas.
Se entiende por presión osmótica, la presión que sería necesario ejercer para detener el flujo de disolvente a través de la membrana semipermeable.
Estos son mecanismos básicos en el transporte de fluidos y solutos en los ssvv.