UNIDAD 2_2

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS:

SALES MINERALES

Bloque 1. La base molecular y fisicoquímica de la vida.

Contenidos1. Los componentes químicos de la célula.Bioelementos: tipos, ejemplos, propiedades yfunciones.2. Los enlaces químicos y su importancia en biología.3. Las moléculas e iones inorgánicos: agua y salesminerales.4. Fisicoquímica de las dispersiones acuosas. Difusión,ósmosis y diálisis.

ContenidosycriteriosdeevaluaciónBiología.2.ºBachillerato

SALES MINERALES

Son moléculas inorgánicas presentes en todos losseres vivos, pero no pueden ser producidas nidegradadas por los mismos.

Según su solubilidad en agua se clasifican en:

• Sales en estado sólido.• Sales en disolución.

SALES MINERALESSales minerales en estado sólidoFuncionesSon sales que se encuentran precipitadas y constituyen estructurassólidas 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).

CaCO3 Ca3(PO4)2 SiO2

SALES MINERALESSales en disoluciónSon sales que aparecen disociadas en sus iones correspondientes,tanto en medios intracelulares como extracelulares. Las principalesson:cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+ y NH4+.

aniones: Cl-, SO42-, NO3

-, PO43-, HPO4

2-, H2PO4-, CO32- y HCO3-.

Las sales minerales disueltas en agua siempre están ionizadas.

Sales minerales solubles en aguaFuncionesFunciones catalíticas. Algunos iones, como el Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn+,... actúancomo cofactores enzimáticos. Los iones de Na+, K+, Cl- y Ca2+, participan en lageneración de gradientes electroquímicos, imprescindibles en el mantenimientodel potencial de membrana y del potencial de acción en la sinapsis neuronal.

Dar estabilidad a muchas moléculas. En el cuadro se presentan algunosejemplos significativos.

Funciones osmóticas. Intervienen en los procesos relacionados con ladistribución de agua entre el interior celular y el medio donde vive esa célula.

Función tamponadora. Intervienen en la regulación del equilibrio ácido-base, afin de mantener constante el pH del medio interno.

Sales minerales disueltasÓsmosis y presión osmóticaSi tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas poruna membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto), seproduce el fenómeno de la ósmosis que sería un tipo de difusión pasivacaracterizado por el paso del agua a través de la membrana semipermeabledesde la disolución más diluida (hipotónica) hacia la más concentrada(hipertónica), este trasiego continuará hasta que las dos disolucionesadquieran la misma concentración (isotónicas o isoosmóticas).

Se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujode agua a través de la membrana semipermeable.

La membrana plasmática de la célula puede considerarse comosemipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrioosmótico con los líquidos que las bañan.

Ósmosis y presión osmótica

SALES MINERALESEQUILIBRIOS OSMÓTICOS

EQUILIBRIOS OSMÓTICOS http://iespoetaclaudio.centros.educa.jcyl.es/sitio/upload/osmosis_celulas.swf

TURGENCIA PLASMOLISIS

Sales minerales disueltasReguladoras de pH

Para los seres vivos resulta de capital importancia mantener constantessus niveles internos de pH. De no ser así, muchas reacciones químicascambiarían su sentido de reacción, o muchas enzimas precipitarían conlo que se provocarían graves trastornos e incluso la muerte.

Los límites aceptables para la vida humana se sitúan entre 6 y 8 en elmedio interno. Contamos con los llamados sistemas amortiguadores,tampón o buffer, que son compuestos en disolución que neutralizanlos cambios de pH del medio cuando, como resultado de las reaccionesmetabólicas se producen sustancias ácidas o básicas que harían variarel pH.

Sales minerales disueltasReguladoras de pH

En nuestro organismo destacan dos sistemas tampón:A. Tampón bicarbonato.B. Tampón fosfato.

Sistema tampón bicarbonato: en el plasma sanguíneo, el CO2procedente del metabolismo celular se combina de formareversible con H2O, dando H2CO3. El ácido carbónico es unácido débil que puede disociarse en los iones H+ y HCO3

-

(bicarbonato)

Cuando se produce un aumento de la concentración de iones H+

(al haber sustancias ácidas) el equilibrio se desplaza hacia laizquierda (elimina los H+ neutralizando la acidez) y se eliminahacia el exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrariodisminuye la concentración de H+ (al aumentar la concentraciónde OH- debido a la presencia de sustancias básicas) el equilibriose desplaza hacia la derecha tomando CO2 de la sangre(aumenta los H+ neutralizando la basicidad).

Tampón fosfato. El sistema amortiguador de fosfato actúaen el citoplasma de las células y consiste en:

H2PO4- ↔ H+ + HPO4

2-

El sistema amortiguador de fosfato resiste cambios enel pH desde 5,8 hasta 7,8. Por tanto, es muy efectivo paralos sistemas biológicos que realizan reacciones alrededorde pH 7.0.

Cuando se produce un aumento de la concentración deH+, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda (eliminaexceso de H+); si se produce una disminución de H+, elequilibrio se desplaza hacia la derecha (se forma H+ paraneutralizar el exceso de OH- al unirse ambos formandoH2O).

2.4. LA MATERIA VIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL

Los fluidos en los seres vivos constan de una fase dispersanteo disolvente, que es el agua, y de una fase dispersa o soluto.

En una disolución denominamos disolvente a la sustancia dela mezcla que se encuentra en mayor proporción y soluto a lasustancia o sustancias que se encuentran en menor proporción.

El soluto está formado por partículas que pueden presentardistintos tamaños; según este tamaño los fluidos se puedenclasificar en disoluciones verdaderas o dispersionescoloidales.

2.4. LA MATERIA VIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL

Disolución verdadera: son aquellas disoluciones en las que laspartículas de soluto tienen un tamaño muy pequeño (<1nm). Porejemplo las sales minerales o pequeñas moléculas orgánicas comoglucosa, aminoácidos…

Cuando son sales minerales se llaman disoluciones iónicas ycuando son pequeñas moléculas sin carga se llaman disolucionesmoleculares.

Estas disoluciones son mezclas homogéneas, es decir, mezclasuniformes ya que su composición, estructura o propiedades semantienen constantes en cualquier punto de su masa.

2.4. LA MATERIA VIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL

Disolución coloidal o dispersión coloidal: son las disolucionesque contienen partículas de soluto de tamaño grande (entre 1nm y1𝛍m). Por ejemplo polisacáridos, proteínas….

Estas partículas de soluto se llaman coloides.

Estas mezclas son heterogéneas, es decir, no son uniformes, yaque su composición, estructura o propiedades difieren de unaspartes a otras de su masa, y a pesar del gran tamaño de laspartículas, éstas no sedimentan porque poseen grupos polares,haciendo enlaces por puente de H con las moléculas de agua quelas rodean.

En conclusión: los fluidos de los seres vivos, sangre, linfa,líquido intracelular…, como contienen partículas de todos lostamaños, se parecen más a una dispersión coloidal que a unadisolución verdadera.

La mayoría de los coloides están cargados negativamente, por lo queen agua son estables debido a la repulsión electrostática entre estaspartículas invisibles. Esta repulsión sobrepasa las fuerzas de atracción

de Van der Waals, por lo que no se aglomeran y por lo tanto no precipitan.

Partículas de un coloide rodeadas de un manto de hidratación (de agua)

DISPERSIONES COLOIDALES

2.4. LA MATERIA VIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDALLas dispersiones coloidales pueden presentar dos estadosfísicos:

Estado de sol, en las que presentan aspecto líquido, ya que lasmoléculas de soluto se encuentran en menor cantidad que las deldisolvente.

Estado de gel, lo presentan las dispersiones con aspectosemisólido o gelatinoso cuando las moléculas de solventes están“atrapadas” entre las de soluto, que son más abundantes y seentrelazan formando una red continua. Es una dispersión másconcentrada que la de estado sol.

En la célula los estados de sol y gel se pueden alternar según lasvariaciones de concentración de las partículas coloidales, porejemplo por deshidratación se pierde agua aumentando laconcentración de coloides, y los lugares en los que se encuentren.También cambian los estados de sol y gel con las variaciones en elpH, la temperatura y presión. En ocasiones el cambio esirreversible y no es posible la transformación a la inversa.

2.4. LA MATERIA VIVA ESTÁ EN ESTADO COLOIDAL

Para separar las partículas coloidales del resto se puede:

Ø Sedimentarlas por ultracentrifugación.

Ø Adsorción: es un proceso por el cual átomos, iones omoléculas son atrapadas o retenidos en la superficie deun material.

Para separar las partículas coloidales del resto se puede:

Ø Diálisis: es el proceso deseparación de partículas segúnsu masa molecular (tamaño),gracias a una membranadializadora que tan solo dejapasar agua y otras moléculaspequeñas pero no las grandes.

Para separar las partículas coloidales del resto se puede:

Este proceso es la base de la hemodiálisis, técnica que se emplea en Medicina cuando elriñón no puede realizar correctamente su función. Básicamente, consiste en hacer pasarla sangre por un circuito donde una membrana dializadora separa la sangre de unadisolución muy diluida. Los componentes de la sangre de bajo Pm atraviesan estamembrana y pasan a la disolución.De esta forma, la sangre queda desprovista de sustancias tóxicas resultantes delmetabolismo celular, como la urea; pero también ha perdido sustancias que sonnecesarias como H2O, sales, glucosa, aminoácidos, etc; por ello, antes de introducir lasangre en el enfermo hay que reincorporarle estas sustancias.

HEMODIÁLISIS