Tema 2 agua y sales minerales

EL AGUA Y LAS SALES MINERALES

Col·legi Parroquial Don José Lluch

EL AGUA (H2O)

CONTENIDO DE AGUA EN LOS SERES VIVOS la molécula más abundante de la materia viva el contenido de agua no es homogéneo en los SV depende de:

• La especie
• Del tejido
• Del estado fisiológico

especie p.e.

Aurelia aurita

95%

Lombricus terrestris

83%

Helix spp.

70%

Pinus halepensis

47%

Zea mays

86%

Trifolium pratense

90%

mamífero adulto 60%

EL AGUA (H2O)

depende del tejido:

• 20-40% tejido óseo
• 85-90% tejido nervioso

depende del estado fisiológico:

• mayor en estados juveniles
• menor en vejez
• muy baja estados de latencia (esporas,...)(10%)

ORIGEN DEL AGUA:

• Agua endógena o metabólica
• Agua exógena

ESTRUCTURA Y CARACTERÍSTICAS DE LA MOLÉCULA DE H2O

• Formado por un oxígeno y dos hidrógenos, enlaces covalentes simples con un ángulo de 104,5º
• Eléctricamente neutra pero con átomos muy diferentes en electronegatividad. Exceso de carga negativa en oxígeno momento dipolar (CARÁCTER DIPOLAR)

• CARÁCTER DIPOLAR
• la carga de la molécula del agua es cero
• las moléculas de agua interaccionan entre si ptes de hidrogeno ( atracciones electrostaticas)
• Estado líquido a T ambiente y con calor de vaporización superior al esperado

EL AGUA (H2O)

Características del agua

• los ptes de hidrogeno son enlaces débiles, una molécula de agua puede formar hasta 4 ptes. no son permanentes a T ambiente
• los ptes de H2 permiten explicar distintas propiedades del agua. p.e.
• que sea liquido a T ambiente,
• la variación de densidad con la T
• elevado calor de vaporización (Lv)
• elevado poder calorífico ( c )
• disolvente casi universal (carácter dipolar)

EL AGUA (H2O)

Características del agua

EL AGUA (H2O)

Características de la molécula de agua

Aunque es eléctricamente neutra, la molécula de agua tiene carácter polar debido a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno.

δ-

δ = densidad de carga

Debido a su polaridad, las moléculas de agua establecen enlaces de hidrógeno entre ellas.

δ+

δ+

Enlace covalente

δ+

Enlaces de hidrógeno

δ-

δ+

EL AGUA (H2O)

PROPIEDADES DEL AGUA Las propiedades se deben a la estructura de la molécula Elevada cohesión molecular: líquido en un amplio rango de T

• Volumen de las células
• turgencia y esqueleto hidrostático
• deformaciones celulares
• función amortiguadora (líq. sinovial)

Propiedades del agua

EL AGUA (H2O)

Elevada tensión superficial:  gran resistencia a ser traspasada su superficie:

• desplazamiento de organismos
• flotación
• formación de gotas

EL AGUA (H2O)

Propiedades del agua

Elevada fuerza de adhesión: capilaridad

• ascensión de la savia bruta

Elevado calor especifico: absorben gran cantidad de Q sin aumentar la T:

• f(x) termorreguladora, T Kte de los org

EL AGUA (H2O)

Propiedades del agua

Densidad: líquido(4ºC) > sólido

• permite la vida acuática en zonas polares
• el hielo flote sobre el agua

Elevado calor de vaporización y calor latente:

• regulador térmico

Disolvente casi universal:

• debido a su carácter dipolar
• disminuye las atracciones entre iones
• facilita la disociación SOLVATACIÓN IÓNICA
• elevada constante dieléctrica

Propiedades del agua

EL AGUA (H2O)

Propiedades del agua

EL AGUA (H2O)

• disolvente por establecimiento de ptes H2

con alcoholes, aldehídos,...dispersión

• principal disolvente biológico
• transporte de sustancias en los SV
• medio de las RM (hidrólisis)

con las sustancias no solubles (proteínas, polisacáridos, grasas el agua forma dispersiones coloidales (suspensiones, emulsiones)

• reducida viscosidad favorece desplazamientos de órganos lubricados por líquidos orgánicos.

Propiedades del agua

EL AGUA (H2O)

• bajo grado de ionización:

H2O equilibrio H3O+ + OH- Kw=[H3O+ ]·[OH-] =1·10-14

• el agua pura (dis. neutra)

[H3O+ ]=[OH-] =1·10-7 pH=-log [H3O+]=-log[10-7] =7

• en disolución acuosa

[H3O+ ]·[OH-] =1·10-14 [H3O+ ] [OH-] son distintas

• dis. ácida [H3O+ ] > [OH-] pH<7
• dis. básica [H3O+ ] < [OH-] pH>7

Resumen propiedades del agua (I)

Fuerzas de adhesión

• Elevada cohesión molecular

Vidrio

• Da volumen a las células.
• Turgencia en las plantas.
• Esqueleto hidrostático.
• Deformaciones citoplasmáticas.
• Amortiguación en articulaciones.

Capilar de vidrio

• Elevada tensión superficial

• Desplazamiento de algunos organismos sobre el agua.

• Elevada fuerza de adhesión

• Ascensión de la savia bruta por capilaridad.

Moléculas de agua

• Elevado calor específico

Las fuerzas de adhesión entre las moléculas de agua y el vidrio, son mayores que las de las moléculas de agua entre sí. Por esto el líquido asciende por las paredes del capilar.

• Función termorreguladora.

• Densidad máxima a 4 °C

• Permite la vida bajo el hielo.

Resumen Propiedades del agua (II)

• Elevado calor de vaporización

• Al evaporarse, absorbe calor del organismo.

Cristal de NaCl

Iones solvatados

• Elevada capacidad disolvente

• Solvatación iónica.
• Transporte de sustancias.
• Medio de reacción.

• Bajo grado de ionización

Na+

• Las disoluciones acuosas pueden tener distintos grados de pH.

Cl -

Molécula de agua

IMPORTANCIA BIOLÓGICA DEL AGUA

ver pau julio 18

• Principal disolvente biológico. Disoluciones, enlaces de H

• Función metabólica. Medio de reacciones, hidrólisis, fotosíntesis.

• Función estructural. Dar volumen a la célula. Turgencia.

• Función mecánica amortiguadora. Articulaciones, líquido sinovial

• Función de transporte. Intercambio con el medio, nutrientes, savia bruta.

• Función termorreguladora. Elevado calor específico, mantiene T cte. sudor.

• Permite la vida acuática en climas fríos. Densidad capa de hielo arriba que aisla

SALES MINERALES

son moléculas inorgánicas presentes en los SV

• sales minerales disueltas
• sales minerales precipitadas (estado sólido)

SALES MINERALES DISUELTAS

• aniones Cl-, PO43-, HPO42-, CO32-, HCO3-,NO3-
• cationes Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, K+

SALES MINERALES

funciones

SALES MINERALES DISUELTAS

ver pau

funciones generales: mantenimiento del medio interno (HOMEOSTASIS)

• mantener el grado de salinidad en los org.

existen diferencias entre organismos y compartimentos

• regular la actividad enzimática, ciertos iones activan o inhiben RM. Mn en fotolisis H2O
• regular la presión osmótica volumen celular

fenómeno de ósmosis

• Estabilizar dispersiones coloidales

funciones

SALES MINERALES

SALES MINERALES DISUELTAS

funciones generales:

• Generar potenciales eléctricos: distintos iones en el interior de la célula que en el exterior diferencia de carga (-70 mV) potencial de mb reposo, impulso nervioso

++++ - - - - - - - - ++++

funciones

SALES MINERALES DISUELTAS

SALES MINERALES

funciones generales

• regulador del pH (sistemas tampón o amortiguadores del pH)

• tampón bicarbonato intercelular, pH=7,4

HCO3- + H+ <==> H2CO3 <==> CO2 + H2O

• tampón fosfato intracelular, pH =6,86

H2PO- + H2O <==> HPO42- + H3O+

Ver video

ver pau ord 20 1.3

SALES MINERALES

funciones

SALES MINERALES DISUELTAS

funciones especificas:

Na+, K+ , Cl-

transmisión impulso nervioso

Ca2+

contracción celular coagulación sanguínea

Fe2+/Fe3+

transporte de O2

Zn2+

cofactor enzimático

Mn

fotólisis agua (fotosíntesis)

SALES MINERALES PRECIPITADAS

SALES MINERALES

• son insolubles, se pueden asociar a macromoléculas
• estado sólido -- forman cristales minerales
• tienen función esquelética (protección o sostén)

Las más importantes:CaCO3:

• caparazones de protozoos
• esqueleto externo de corales
• concha de moluscos
• exoesqueleto de artrópodos
• espículas de los poríferos
• espinas de equinodermos
• huesos de los vertebrados
• otolitos

SALES MINERALES PRECIPITADAS

SALES MINERALES

oxalato de calcio

otolitos

SALES MINERALES

SALES MINERALES PRECIPITADAS

SILICATOS

• endurecen estructuras de sostén de gramíneas
• caparazones de radiolarios y diatomeas
• espículas de algunos Poríferos

Ca3(PO4)2

• forma parte del tejido óseo (vertebrados)

CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA

fase dispersante (disolvente) / fase dispersa (soluto) moléculas Ø<10-7 --->disoluciones verdaderas 10-7< Ø<2·10-5 ---> dispersiones coloidales micelas: agregados moleculares ---disp. coloidales emulsión: micelas inmiscibles

• según comportamiento frente al agua:
• hidrofóbicos
• hidrófilos

Ver video

CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA

• estados físicos de las dispersiones coloidales:
• sol, aspecto liquido, m. soluto< m. disolvente
• gel, aspecto semisólido, m. soluto> m. disolvente
• geles de pectinas
• gelatina
• colágeno
• en las células los estados de geles y soles se alternan según T, pH, presión, concentración.
• p.e. clara de huevo ( Sol) aumenta la T --->coagula

Carácter coloidal de la materia viva

Disolvente o fase dispersante

Soluto o fase dispersa

DISOLUCIÓN VERDADERA

DISPERSIÓN COLOIDAL

 < 10-7 cm

10-7<  <2 • 10 -5 cm

Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos:

Moléculas de soluto

Moléculas de disolvente entre las de soluto

ESTADO DE SOL

ESTADO DE GEL

Fase dispersante líquida

Las moléculas de soluto actúan como fase dispersante

CARÁCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA

Propiedades de los coloides

• Efecto Tyndall: iluminación lateral, turbidez
• movimiento browniano, mov. arbitrario, desordenado, suspensión, no sediment.
• Sedimentación: por acción gravedad, ultracentrifugación
• Elevada viscosidad: alto Mr alta viscosidad
• Elevada adsorción: capacidad de atracción de un sólido sobre líquidos o gases
• Diálisis proceso de separación de las moléculas de los coloides mediante mb semipermeable. HEMODIALISIS

ÓSMOSIS

• La ósmosis es el fenómeno que permite el paso de disolventes (agua fundamentalmente) a través de una mb semipermeable.
• El flujo del disolvente es hacia la dis. más concentrada
• La presión osmótica es la presión sobre la mb. de las partículas que no pueden atravesar la mb.
• La presión osmótica se debe a la diferencia de concentraciones entre disoluciones separadas por mb semipermeable.

La ósmosis

Permite el paso de disolventes pero no de solutos.

Membrana semipermeable

Membrana semipermeable

BAJA CONCENTRACIÓN

ALTA CONCENTRACIÓN

Medios isotónicosIgual presión osmótica.

Medio hipotónicoPresión osmótica baja.

Medio hipertónicoPresión osmótica alta.

El disolvente atraviesa la membrana hasta igualar las concentraciones en ambos lados.

ÓSMOSIS

Las diferentes concentraciones de medios acuosos son:

• hipertónicos
• hipotónicos
• isotónicos

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ÓSMOSIS

Las mb celulares se comportan como mb semipermeables

ÓSMOSIS

Las mb celulares se comportan como mb semipermeables

ver pau ord 18 1.1

Ver video

Membranas semipermeables

MEDIO HIPERTÓNICO

El agua sale de la célula.

PLASMÓLISISLa membrana plasmática se separa de la pared celular.

• Disminuye el volumen celular.
• Aumenta la presión osmótica en el interior.

MEDIO HIPOTÓNICO

El agua entra en la célula.

• Aumenta el volumen celular.
• Disminuye la presión osmótica en el interior.

TURGENCIALa célula se hincha hasta el límite de la pared celular.

OSMORREGULACIÓN

Es la regulación de la presión osmótica. --- permite la vida en medios hipertónicos y en medios hipotónicos. unicelulares: pared celular/ medio hipotónico /vacuolas pulsátilesvegetales: medio hipotónico/ turgescencia /estomasanimales:

• peces de agua dulce: medio hipotónico -- absorben agua -- eliminan orina diluida(perdida mínima de sales.
• peces de agua salada: medio hipertónico -- eliminan orina concentrada y expulsan el exceso de sales por las branquias

OSMORREGULACIÓN

animales mamíferos:

• Riñones: filtración: glomérulos renales

absorción: tubos contorneados asa de Henle

• Intestino grueso absorción a través de la mucosa compactación de heces

• Piel: glándulas sudoríparas

¿Qué peces beben agua? ¿Por qué?

Osmorregulación

Todos los seres vivos están obligados a regular la presión osmótica. Los distintos grupos han desarrollado estrategias diferentes.

SERES VIVOS UNICELULARES

VEGETALES

Procariotas

Pared celular

Pared celular Estomas

Dulceacuícolas

Vacuolas pulsátiles

ANIMALES PLURICELULARES

Peces de agua dulce

Peces marinos

Mamíferos

Entrada de agua

Pérdida de agua

Riñones Intestino grueso Piel

Bebe agua salada

No bebe

Abundante orina hipotónica

Orina isotónica escasa

Excreta el exceso de sal

Y para terminar... actividades propuestas

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