Base molecular y
fisicoquímica de la vida
BIOELEMENTOS, ENLACES,
AGUA Y SALES
2º Bachillerato Nocturno 2014-15
IES Sabinar - Roquetas de Mar
Son Elementos químicos que forman parte de la materia viva.
Bioelementos primarios tienen una masa atómica relativamente pequeña, y al combinarse entre sí forman enlaces
covalente estables. Componen la base de todas las biomoléculas.
1.
Oxígeno
: El el bioelemento primario más electronegativo.
2.
Nitrógeno
: Se encuentra formando los grupos Amino (–NH
2) de los aminoácidos y de las bases nitrogenadas de
los ácidos nucleicos.
3.
Fósforo
: Constituye los grupos Fosfato (PO
4)
3-que forman el ATP y los ácidos nucleicos.
4.
Azufre
: Se halla en muchas proteínas, formando enlaces disulfuro.
5.
Carbono
: Forma el esqueleto de todas las biomoléculas.
Tiene 6 electrones: 2 en el 1
erorbital y 4 en el 2º.
Tiene 4 valencias dirigidas hacia los vértices de un tetraedro.
Puede formar enlaces covalentes consigo mismo, dando cadenas, lineales o cíclicas.
Bioelementos
Átomo de Carbono
Valencias del Carbono
Bioelementos. Hidrocarburos
Para formar un Hidrocarburo, los enlaces libres de las cadenas de Carbono se saturan con Hidrógenos.
Carbonos 1ios
Carbono 2io
Carbono 3io Carbono 1io: Está unido a un solo C y tiene 3 valencias libres. Se halla en los extremos de la molécula
Carbono 2io: Está unido a 2 C y tiene 2 valencias libres. Se halla en el interior de la molécula.
Carbono 3io: Está unido a otros 3 C y sólo le queda 1 valencia libre.
Cadena abierta saturada Cadena abierta insaturada Cadena cerrada insaturada
Los elementos químicos no aparecen aislados en la naturaleza, (salvo excepciones). Suelen unirse entre sí formando
agrupaciones estables
Moléculas.
Los
enlaces químicos
son las diferentes clases de fuerzas que mantienen la estabilidad de los átomos en los compuestos
Enlaces Químicos
Los átomos tienden a completar su último orbital y para ello pueden ceder o captar electrones o también compartirlos.
Hay dos tipos de enlaces, según la energía necesaria para romperlos: Enlaces Fuertes y Débiles.
Enlaces fuertes: Iónico y Covalente.
Puentes de Hidrógeno
Enlaces débiles Fuerzas de van Der Waals
Enlace Iónico
El elemento metálico Litio, poco
electronegativo, cede su e- del nivel externo,
convirtiéndose en el ión positivo Li+ y
quedándose con su último orbital completo
El elemento no metálico Flúor, más
electronegativo, recibe en su nivel externo un e-, convirtiéndose en el
ión negativo F- y
quedándose con su último orbital completo.
Enlace Iónico. Propiedades
1.
La formación del cristal iónico es un proceso exotérmico: cuanta más energía desprenda, mayor será
la estabilidad del cristal.
2.
Los compuestos iónicos a temperatura ambiente son sólidos, con elevado punto de fusión, ya que se
precisa mucha energía para romper los enlaces.
3.
Son compuestos frágiles: al golpearlos pueden fracturarse en cristales de menor tamaño, ya que el
desplazamiento origina que los iones de igual signo se enfrenten y aparecen fuerzas repulsivas.
4.
Son solubles en agua y no conducen la electricidad en estado sólido, pero sí en disolución.
Algunos compuestos iónicos:
•Sales binarias: NaCl, MgF
2, KCl,CaBr
2…
•Sales ternarias: KClO
3, CaCo
3, NaSo
4…
Enlace Covalente
Un
enlace covalente
se produce por compartición de electrones entre dos o más elementos no metales.
Los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado
orbital molecular
.
Dos átomos de Carbono pueden compartir uno, dos o tres electrones, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple,
doble o triple.
Según la electronegatividad de los átomos intervinientes, el enlace covalente puede ser No polar y Polar:
1. No polar: Se da cuando es el mismo elemento el que forma un compuesto: H2, F2, Mg2
Molécula de Nitrógeno
N
2Molécula de agua H2O.
El Oxígeno es más electronegativo que los Hidrógenos , por lo que los e- orbitan durante más tiempo a su
alrededor, Esto hace que quede un residuo, (gradiente), de carga negativa En el Hidrógeno ocurre al contrario, el gradiente de carga es positivo por el “déficit” de e-.
Puente de Hidrógeno: es la fuerza atractiva electrostática entre un átomo electronegativo y un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo.
Enlaces Débiles
-N-H
O=C--O-H
O=C-F de Van der Waals
Puentes de Hidrógeno
Interacciones Hidrofóbicas Micela
Las fuerzas de van Der Waals forman un enlace débil que depende de la proximidad y la orientación de 2 átomos contiguos.
Puentes de Hidrógeno
En Proteínas
Todos los átomos, aunque sean apolares, forman pequeños dipolos transitorios debidos al giro de los electrones en torno al núcleo.
Esto hace que los átomos contiguos también se polaricen, produciéndose entonces pequeñas fuerzas de atracción electrostática entre ellos.
Interacciones de Van der Waals
A estas fuerzas se opone la repulsión
electrostática entre las capas electrónicas de dos átomos contiguos.
Importancia de los Enlaces Débiles
Las biomoléculas se hallan sostenidas por enlaces covalentes, pero también
mantienen su estructura y sus propiedades
gracias a enlaces débiles
. ¿Cuál es la importancia de estos enlaces? :
En Proteínas: Los enlaces débiles dan flexibilidad a su estructura, gracias a la cual pueden realizar sus funciones
enzimáticas y además pueden ser solubles en agua. Si se destruyen, (por temperatura o variación de pH), la
proteína se “desnaturaliza”, perdiendo su estructura y su solubilidad.
En ADN: Su estructura de doble hélice se mantiene por puentes de Hidrógeno entre átomos que forman parte de
otros enlaces covalentes.
Las propiedades específicas que tienen las cadenas hidrocarbonadas se deben a los Grupos Funcionales: Estructuras moleculares que se unen al hidrocarburo sustituyendo algún H. Los más comunes son:
Agua
La molécula de agua es un dipolo debido a la distinta electronegatividad del Oxígeno y de los Hidrógenos. De aquí derivan todas sus propiedades.
-Agua: ¿Por qué es líquida a tª ambiente?
Los puentes de Hidrógeno entre moléculas de agua tienen dos consecuencias:
1. El grupo formado tiene un peso molecular mayor, por lo que no es gas a tª ambiente. 2. Los puentes de Hidrógeno son de vida muy corta, (10-11 sg), por lo que el agua no es
Agua
1. Acción disolvente
2. Elevada fuerza de cohesión.
3. Elevada fuerza de adhesión
PROPIEDADES
4. Elevado calor específico
5. Elevados calores de vaporización y de fusión
Funciones del agua en los seres vivos
•
Soporte donde ocurren las reacciones metabólicas
•
Amortiguador térmico
•
Transporte de sustancias
•
Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos
•
Favorece la circulación y turgencia
•
Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos
•
Puede intervenir como reactivo aportando H
+u OH
-al medio.
pH
En el agua pura:
la es de 1 x 10
-7Sorensen
pH
= logaritmo inverso de la concentración de hidrogeniones.
disolución neutra
pH = 7
disolución ácida
pH < 7
disolución básica
pH > 7
14
10
0
,
1
]
[
]
[
H
OH
x
K
W
]
[
]
[
H
OH
[
H
]
Producto Iónico del Agua
ÓSMOSIS
SALES MINERALES
SALES PRECIPITADAS. Forman parte de Esqueletos, internos y externos, espículas endurecidas de plantas, Otolitos en el equilibrio, etc.
Caparazones silíceos Diatomeas Caparazones calcáreos Moluscos
Ortiga: Espículas endurecidas por sales
Huesos
Otolitos
SISTEMAS TAMPÓN O BUFFERS
Los organismos vivos tienen mecanismos homeostáticos para mantener el pH: Son los Sistemas Tampón, y consisten en un par ácido-base conjugados que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.
El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4 gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua:
O
H
CO
CO
H
H
HCO
3
2
3
2
2
Un incremento en la [H+] (
pH) provocará acción de la base débil
Si se añade una base
[H+]
(
pH), Habrá disociación de ácido carbónico
El ácido débil no disociado (H2CO3), "almacén de hidrogeniones", aporta H+ al medio.
La base disociada (HCO3-) es capaz de combinarse con los H+ libres que se añadan a la solución.
3
