EL AGUA Y LAS SALES
MINERALES
“El agua es el elemento y principio de las cosas.”
1. EL AGUA DE LA MATERIA
VIVA
• El agua es la molécula más abundante de la
materia viva
• La cantidad de agua en los seres vivos es
variable
– Según el tipo de tejido: más agua cuanto más
actividad metabólica
– Estado de desarrollo: más agua cuanto más joven.
• La obtención del agua por los seres vivos puede
ser.
– Exógena (del medio ambiente)
1.1 Características de la molécula
de agua
• Formada por dos átomos de hidrógeno y
uno de oxígeno, unidos por
enlaces
covalentes
que forman un
ángulo
(104,5º)
• Eléctricamente neutra, aunque con
diferente densidad de carga, lo que hace
que adquiera
carácter polar
.
• Debido al carácter polar las moléculas de
agua establecen entre si
puentes de
2. PROPIEDADES DEL AGUA
• Elevada cohesión molecular
• Elevada tensión superficial
• Elevada fuerza de adhesión
• Elevado calor latente y específico
• Densidad,
mas densa en estado líquido que en
estado sólido
Capilaridad
Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños
La savia bruta asciende por los vasos conductores de la planta
gracias a la
Elevado calor de vaporización
Para pasar de estado líquido a gaseoso el agua necesita
Selectividad
•
36.- La hoja de una planta al sol tiene
generalmente menos temperatura que las
rocas de su entorno. ¿A qué propiedad
fisicoquímica del agua se debe este hecho?
Razone la respuesta [1]. (2007)
• Se debe a la propiedad de alto calor de
evaporización del agua: se deberá exponer la
relación de esta propiedad del agua y la
La densidad del agua es
máxima a 4ºC y en estado
sólido es mucho menor, lo que permite que el hielo flote sobre el agua líquida y
permita la vida en zonas polares
La elevada constante dieléctrica (por la electricidad de la molécula)
Producto iónico del agua:Kw
producto de las
• Agua pura: [H3O+]=[OH-]= 1*10-7
• Disoluciones acuosas: varia
o
Neutras
o
Ácidas: H30+>[]
• Más ácido: más
concentración de
H30+
• Más básico o
alcalino: más
concentración de
OH-
• pH Ácido: de 0 a 6
• pH Básico: de 8 a
14
Escala de pH
• Indica la [H3O+] en disolución
• pH=-log[H3O+]
o
Disolución neutra: pH=7
o
Disolución ácida: pH<7
3. FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL
AGUA
1. Principal disolvente biológico,
debido a su elevada constante dieléctrica. Fenómeno de la solvatación iónica.2. Función metabólica,
el agua actúa como reactivo o producto de muchas reacciones metabólicas, como molécula o disociada en iones3. Función estructural,
debido a su elevada cohesión molecular4. Función mecánica,
debido a su elevada cohesión molecular5. Función de transporte,
debido a su elevada capacidad disolvente6. Función termorreguladora,
debido a su elevado calor específico y elevado calor de vaporizaciónSELECTIVIDAD (JUNIO 2010)
• Describa [0,5] y dibuje [0,3] la estructura
de la molécula de agua. Enumere cuatro
propiedades fisicoquímicas del agua y
4. LAS SALES MINERALES
•
Son moléculas inorgánicas presentes en
todos los seres vivos.
•
Se pueden encontrar:
– Disueltas
– En estado sólido
4.1 Sales minerales disueltas
Aniones
• Cl
-• PO
43-• HPO
42-• CO
32-• HCO
3-• NO
3-Cationes
• Na
+• Ca
2+• Mg
2+
• Fe
2+• Fe
3+• K
+Son las sales minerales solubles que se encuentran disociadas en iones
Funciones de tipo general
1. Mantener el grado de salinidad.
2. Regular la actividad enzimática, actuando como
cofactores
3. Regular el
equilibrio osmótico (mantener iguales las
concentraciones)
.
4. Controlar la contracción muscular.
5. Producir gradientes electroquímicos, generando
potenciales de membrana
Disoluciones amortiguadoras del
pH
• Son disoluciones que mantienen el pH constante cuando
se le añade un ácido o una base.
• Están formadas por el equilibrio entre
ÁCIDO DÉBIL + BASE CONJUGADA
O
BASE DÉBIL + ÁCIDO CONJUGADO
• Dos ejemplos de tampones:
– Sistema tampón bicarbonato (sangre)
H
2
PO
4
-
+ H
2
O ↔HPO
4
2-
+ H
3
O
+
TAMPÓN FOSFATO
Selectividad. (Junio 2000, Comunidad Valenciana)
•
1. Concepto de sistema tampón. Cita algunos ejemplos
biológicos de tampones inorgánicos.
La actividad biológica del medio interno celular se produce a un determinado valor de pH. Dados el bajo grado de ionización del H2O, si se le añade un ácido (se añade
H3O+ ) o una base (se añade OH- ), aunque sea en muy poca cantidad, estos niveles
varían bruscamente. En los líquidos biológicos, sin embargo, y pese a estar
constituidos únicamente por agua, la adición de ácidos o bases no varía apenas su pH. Ello se debe a que esos líquidos contienen sales minerales y proteínas disueltas que pueden ionizarse en mayor o menor grado dando lugar a H3O + o a OH- que
contrarresten el efecto de las bases, o ácidos añadidos. Este efecto se denomina
efecto tampón y estas disoluciones se las llama disoluciones amortiguadoras.
Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biológicos. Los más importantes son: el sistema tampón fosfato (H2PO4 / HPO42-)) en el medio
intracelular y el sistema tampón bicarbonato (HCO3- / H
2CO3) en el medio
extracelular.
Los sistemas tampón contienen dos especies iónicas en equilibrio. La alteración del pH del medio se contrarresta debido al desplazamiento del equilibrio entre estas dos especies. En el sistema tampón fosfato las dos especies son el ion dihidrógeno fosfato (H2PO4-) y el monohidrógeno fosfato (HPO
42-). Su equilibrio viene
determinado por la ecuación:
H2PO4- + H
2O ↔HPO42- + H3O+
Por ejemplo, cuando en el interior celular se produce un aumento de la concentración de iones H3O+, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, y si, por el contrario, se
4.2 Sales minerales precipitadas
• Desempeñan una función estructural, de
protección o sostén
• Se pueden asociar a macromoléculas de tipo
proteico que regulan el crecimiento de los
cristales.
• Las más abundantes en los organismos son:
– Silicatos
CARBONATO CÁLCICO
Foraminífero. Globigerina Conchas de moluscos
Algas diatomeas
Radiolarios
Gramineas
5. CARÁCTER COLOIDAL DE LA
MATERIA VIVA
• Coloide: mezcla formadas por una
– Fase dispersante (agua)
– Fase dispersa (grandes moléculas)
• Las dispersiones coloidales pueden
presentar dos estados físicos:
Medio de
dispersión Fase dispersa Nombre Ejemplos
Gas Líquido Sólido Aerosol líquido Aerosol sólido Niebla, nubes, polvo, humo. Líquido Gas Líquido Sólido Espuma Emulsión Sol
Espumas (de jabón , cerveza, etc.), nata batida. Leche, mahonesa.
Pinturas, tinta china, goma arábiga, jaleas
Sólido Gas Líquido Sólido Espuma sólida Emulsión sólida Sol sólido Piedra pómez. Mantequilla, queso.
Propiedades de las disoluciones Ósmosis Membrana 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 CONCENTRACIONES DEL MEDIO
DIFUSIÓN
• Cuando 2 disoluciones de distinta concentración
se ponen en contacto o están separadas por
una membrana permeable, el agua y los solutos
se desplazan hasta alcanzar una concentración
intermedia.
• Este proceso se denomina Difusión.
ÓSMOSIS
• Es un
fenómeno físico
relacionado con el movimiento de
un solvente a través de una
membrana semipermeable
.
Tal comportamiento supone una
difusión simple
a través
de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del
agua es un fenómeno biológico importante para
el
metabolismo celular
de los
seres vivos
.
• Cuando 2 disoluciones de distinta concentración se
mantienes separadas por una membrana
semipermeable (sólo deja pasar agua), el agua pasará
de la disolución más diluida a la más concentrada y las
concentraciones se igualarán
Debido a que la membrana plasmática de las células se
comporta como una membrana semipermeable, la célula
puede verse afectada por procesos osmóticos.
• Las células animales pierden agua y se deforman o
pueden llegar a estallar.
Concentración relativa de medios acuosos
separados por membranas semipermeables
•
Los medios acuosos pueden ser:
»HIPERTÓNICOS
»HIPOTÓNICOS
»ISOTÓNICOS
Ósmosis celular
• Las membranas celulares se comportan como membranas semipermeables
MEDIO EXTRACELULAR HIPERTÓNICO
• Provoca:
•Salida de agua de la célula
•Disminución volumen celular
•Aumenta presión osmótica en el interior celular.
•Tiene como efectos:
•Plasmolisis
(células vegetales)•Crenación
(células animales)MEDIO EXTRACELULAR HIPOTÓNICO
Provoca:
•Entrada de agua al interior de la célula
•Aumento del volumen celular
•Disminución de la presión osmótica en el interior celular
•Tiene como efectos.
•Turgencia
(células vegetales)Comparativa de célula animal y vegetal en medios hipo, hiper e isotónicos.
Lisis celular
Turgencia
Normal
Plasmolisis Fenómeno de
crenación
Normal
Osmorregulación
• Los seres vivos están obligados a regular la
presión osmótica
– Seres unicelulares: pared celular, vacuolas pulsátiles
– Vegetales: en medios hipotónicos la entrada de agua
en las células provoca turgencia y facilita el
crecimiento de las plantas. En medios hipertónicos se
marchitan
– Animales pluricelulares: Consiguen regular la
Selectividad
27.- En la gráfica adjunta se representa la variación del volumen de una célula en función del tiempo. La célula fue colocada inicialmente en un medio con alta concentración de sales y a los 10 minutos fue transferida a un medio con agua destilada. Proponga una explicación razonada a los cambios de volumen que sufre la célula a lo largo del tiempo [1]. (2007)
El volumen de la célula
disminuye en un medio con alta concentración de sales por pérdida de agua y
aumenta en agua destilada por entrada de agua
(procesos osmóticos)
29.- Un sistema de conservación de alimentos muy utilizado desde antiguo consiste en añadir una considerable cantidad de sal al alimento (salazón) para preservarlo del ataque de microorganismos que puedan alterarlo. Explique de forma razonada este hecho [1]. (2007)
La alta concentración de sal provoca la deshidratación de los microorganismos
que intentan colonizar el alimento así protegido
75.- Se introducen células animales en tres tubos de ensayo: el tubo A tiene una solución hipertónica, el B una hipotónica y el C una isotónica. Exponga razonadamente lo que les ocurrirá a las células en cada uno de los tubos [1]. (2006)
19.- En la figura 1 se representa un tubo en U cuyas ramas están separadas por una membrana semipermeable. La concentración salina es mayor en la rama B y menor en la A. Teniendo esto en cuenta, y una vez que haya transcurrido cierto tiempo, ¿cuál de las dos figuras, 2 ó 3, esperaría encontrar? [0,5]. Dibuje la figura resultante si la concentración salina fuese igual en ambas ramas [0,5]. Razone las respuestas. (2008)
Esperaría encontrar la figura 2, dado que mediante ósmosis tienden a igualarse las
concentraciones salinas de ambas ramas pasando agua a través de la membrana
semipermeable de la rama A (solución menos concentrada) a la B (solución más concentrada), aumentando el volumen de la rama B ... 0,5 puntos
Dibujo de la figura 1. Si las dos ramas tienen soluciones con la misma concentración salina no necesitan igualarse quedando ambas ramas con el volumen
56.- En el Mar Muerto existe una elevada salinidad. Explique razonadamente por qué el número de especies en el Mar Muerto es menor que en otros mares [1]. (2006)
Deberá relacionarse la elevada salinidad con los procesos de plasmólisis
(cualquier otra respuesta razonada se podrá dar como válida)
60.- Al añadir un ácido a una disolución de cloruro sódico se produce un gran descenso en el valor del pH. Sin embargo, si se añade la misma cantidad de ácido al plasma sanguíneo apenas cambia el pH. Proponga una explicación para este hecho [1]. (2006)
70.- El contenido salino interno de los glóbulos rojos presentes en la sangre es del 0,9%. ¿Qué le pasaría a un organismo, si se le inyectara en la sangre una solución salina que hiciera que la concentración final de sales en sangre fuese del 2,2%? [0,5]. ¿Y si la concentración final fuese del 0,01%? [0,5]. Razone las respuestas. (2006)
Un medio hipertónico provoca la plasmólisis de los glóbulos rojos ...0,5 puntos
88.- ¿Qué ocurre cuando células que carecen de pared celular se colocan en una solución muy concentrada de sales? [0,5]. ¿Sucedería lo mismo si se colocasen en agua destilada? [0,5]. Razone las respuestas. (2005)
En la solución de sales muy concentrada las células pierden agua del interior para compensar la concentración (plasmólisis) ... 0,5 puntos
RESUMEN
1.
EL AGUA
Características de la molécula
•
Es la molécula más
abundante en la materia
viva
•
Está formada por dos
átomos de H u uno de O
•
Adquiere carácter polar,
aunque es eléctricamente
neutra
•
Interaccionan entre si
estableciendo puentes de H
•
Es un fluido en estado
líquido a temperatura
ambiente
PROPIEDADES IMPORTANCIA BIOLÓGICA
Elevada cohesión molecular
•Da volumen a las células y turgencia a las plantas
•Permite deformaciones en el citoplasma celular
•Actúa como esqueleto hidrostático en invertebrados
•Función mecánica y
amortiguadora en articulaciones de vertebrados
Elevada tensión superficial
Permite el desplazamiento de algunos organismos sobre la superficie de medios acuáticos Elevado calor
latente
Termorreguladora
Elevado calor específico
Elevado calor de vaporización Máxima densidad en estado líquido
Permite la vida acuática en climas fríos
Elevada fuerza de adhesión
Permite la ascensión de la savia bruta a través de los vasos leñosos
Elevada constante dieléctrica
HIDRURO "PESO" MOLECULAR PUNTO DE FUSIÓN PUNTO DE EBULLICIÓN
H2O 18 0° C 100° C
H2S 34 -82° C -61° C
H2Se 80 -64° C -42° C
H2Te 129 -51° C -4° C
