Cap_4_biomoléculas Inorgánicas.ppsx

  • Uploaded by: Alejandro Velasco Poquechoque
  • 0
  • 0
  • October 2019
  • PDF

This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA


Overview

Download & View Cap_4_biomoléculas Inorgánicas.ppsx as PDF for free.

More details

  • Words: 3,713
  • Pages: 90
CAP. IV BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS Ing. Francisco Javier Camacho Calderón

SUCRE - BOLIVIA 1

AGUA Molécula con importancia biológica muy grande  La más abundante y a su rol en las funciones de los seres vivos. Constituye el 75 % de su peso total.  algunos con > 90 % (lechugas y medusas). En otros esta en pequeño porcentaje (semillas vegetales con apenas el 15%).

2

AGUA Procede gralmente del medio externo. También se origina en reacciones químicas celulares. Esta  Dentro de la célula  En

el espacio intercelular

intersticial

o

 Circulando por el organismo. Ej. La

sangre y la linfa o savia.

3

AGUA Funcionalmente, interviene en casi todas las reacciones químicas celula, ya sea como:  Reactante  Medio de reacción. La mayoría de las

bio-moléculas está en medio acuoso  Su estructura resulta de las interacciones con ella. Aunque por si misma carece de vida, es esencial para la vida.

4

AGUA De hecho hace posible la vida aunque otras condiciones sean desfavorables (T extremas).

“Donde hay agua, hay seres vivos” Muchas veces se piensa:

“Es un fluido simple” 5

AGUA Pero sus propiedades físicas químicas (estabilidad química notables propiedades disolventes):  Son

trascendentales funcionamiento celular

para

y y el

 Tienen

directa relación con las propiedades de las bio-moléculas  con el metabolismo. 6

AGUA - PROPIEDADES Muchas de sus propiedades se explican por la geométrica de su estructura molecular, característica que ninguna otra molécula tiene.

7

AGUA - PROPIEDADES + a la diferencia de electronegatividad O - H  Asimetría electrónica que:  La caracteriza  Responsable de que sus propiedades

sean diferentes a las de otros compuestos similares  se clasifica separada de cualquier otro líquido.

8

POLARIDAD Es polar. Aunque tiene una carga total neutra Δelectronegatividad O – H  ecompartidos sean:  Atraídos

con más fuerza por el núcleo de O.

 Alejandos de los núcleos de los H

 la molécula presenta asimetría electrónica  forme un dipolo 9

POLARIDAD Dipolo donde:  Cerca del átomo de O  densidad

electrónica  Cerca de los átomos de H 

 El enlace O–H Es polar Si fuera lineal como la molécula de CO2 la polaridad de los enlaces se compensaría y el enlace no sería polar. 10

POLARIDAD Sin embargo, es tetraédrica

 cuando las moléculas de agua se acercan  Atracción electrostática. 11

POLARIDAD Polo negativo de una molécula atrae al polo positivo de otra  un enlace de Puente H  Redistribución de cargas en ambas moléculas. Distribución de cargas casi tetraédrica  c/molécula sea capaz de unirse por puente H con otras cuatro moléculas  las mantiene unidas y les brinda gran cohesión.

12

POLARIDAD

13

PROPIEDADES TÉRMICAS Altas comparadas con substancias similares.

las

de

 Cp = 1 cal/g

Alto comparado con el de otros líquidos El más alto de todas los líquidos excepto NH3.

14

PROPIEDADES TÉRMICAS  Puntos de fusión (0 ºC) y ebullición

(100 ºC) excepcionalmente altos

15

PROPIEDADES TÉRMICAS Si siguiera el patrón fundiría - 100 ºC y herviría a -91 °C  el agua en la tierra sería vapor  la vida no sería posible Sin embargo es un líquido en la mayor parte del rango de T característico de la tierra. A veces sólido. 16

PROPIEDADES TÉRMICAS  Calor

de fusión inusualmente alto

(80

cal/g),

 Calor de vaporización (540 cal/g) el

calor más alto que se conoce  El agua absorbe más energía calorífica que la mayoría de las sustancias  gran parte de la energía se usa para romper Puentes H 17

PROPIEDADES TÉRMICAS Solo una pequeña fracción de energía se usa para  Aumentar la temperatura  Cambios

importantes de TAlrededores producen pequeñas variaciones en la Tmedio acuoso  Cambio de fase  El cambio de

estado de poca agua transfiere grandes cantidades de calor. 18

PROPIEDADES TÉRMICAS  El agua termorreguladora.

tiene

función

Ej. La humedad en bosques mantiene +/- constante la TEcosistema. Desempeña un papel importante en la regulación térmica de los seres vivos  tienen  contenido de agua (50 % 90 %) dependiendo de la especie. 19

PROPIEDADES TÉRMICAS En mamíferos la TCuerpo se mantiene homogénea  el bombeo constante de sangre Corazón  tejidos periféricos para calentarlos cuando estos pierden calor  El mayor componente de la sangre es el agua Cuando existe sobrecalentamiento, el sudor enfría.  Sin mover ni perder mucho líquido 20

TENSIÓN SUPERFICIAL Alta  Las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los Puentes H  Las moléculas en la interface aire-agua son atraídas con: FFase líq. > FFase gas  interface tiende a minimizar el área superficial  forma una película con resistencia a romperse  ejerce presión sobre el resto del líquido y se comporta como membrana elástica.

21

TENSIÓN SUPERFICIAL

22

CAPILARIDAD Tiene la capacidad de unirse a moléculas de otras sustancias / esto le permite:  Ascender

por

conductos estrechos (acción capilar) 23

CAPILARIDAD  Penetrar

en algunas sustancias como las semillas (imbibición)

Capilaridad  Fenómeno encontrado en la naturaleza: en raíces y tallos. El agua asciende más de 100 m de altura en los árboles. Muchas membranas celulares son lípidos  es probable que el agua pase de a través de ellas como si se fueran capilares de corta longitud.

24

CAPILARIDAD La alta tensión superficial  en los procesos biológicos se usen moléculas tipo detergente (anfifílicas) para modificarla. Ej. Surfactantes pulmonares que reducen el trabajo necesario para abrir los espacios alveolares  Intercambio gaseoso eficiente. Su ausencia causa enfermedades graves o hasta la muerte 25

CONSTANTE DIELÉCTRICA Tiene una de las dieléctricas más altas.

constantes

+ su naturaleza dipolar  sea buen disolvente de gran cantidad de sustancias como:  Sales minerales  Compuestos orgánicos neutros con

grupos funcionales hidrófilos. 26

CONSTANTE DIELÉCTRICA Su principal efecto es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua  las moléculas de agua se orienten en torno a dichas partículas formando la envoltura de solvatación  Modifica sus propiedades Esto es muy importante para sistemas biológicos  ΔGradientes iónicos es la base energética y funcional de sus procesos 27

DENSIDAD Tiene una variación anómala

Existe un cambio positivo de volumen después de congelar  el hielo flota. 28

DENSIDAD Si el hielo no flotara, la vida acuática en lagos y los polos terrestres no existiría  se congelaría todo el cuerpo de agua Como el hielo flota  forma una capa que sirve d aislante térmico.

29

DENSIDAD El agua líquida es una agrupación oscilante de moléculas unidas por Puentes H en continua reorganización.

30

DENSIDAD En gral. su densidad aumenta al congelarse  reducción del movimiento oscilatorio molecular Al congelarse forman cristales mantenidos por puentes de hidrógeno que ya no se reorganizan y se tornan permanentes.

31

GRADO DE IONIZACIÓN Tiene un grado de ionización bajo Sólo un reducido número de moléculas se disocia en sus iones positivos (H+), y negativos (OH-). Aunque es bajo tiene una ligera tendencia a ionizarse  puede actuar como:  Ácido débil  Base débil. 32

GRADO DE IONIZACIÓN Como ácido libera un protón y forma un ión hidroxilo (OH-) Como base, acepta un protón y forma un ión hidronio (H3O+  H+) La disociación del agua, se representa: Cuya constante de Equilibrio es:

33

GRADO DE IONIZACIÓN

 Su producto iónico es: y la concentración de sus iones es:

34

GRADO DE IONIZACIÓN Si

la disolución es neutra.

Cuando una sustancia iónica o polar se disuelve en agua, puede cambiar la cantidad relativa los iones  Si

la disolución es ácida.

Si

la disolución es básica.

que dá la base de la escala de pH, que se define como: 35

FUNCIONES DEL AGUA Las principales son:  Disolvente  Medio de reacción  Transportadora  Bioquímica o metabólica  Estructural  Termorreguladora  Amortiguadora y lubricante 36

H2O - DISOLVENTE El mejor  Su elevada constante dieléctrica Para una gran diversidad de biomoléculas  El disolvente biológico ideal Tiene una capacidad excepcional para disolver sustancias iónicas y polares. Algunas sin carga  Tienen grupos polares forman interacciones, dipolodipolo favorables.

37

H2O - DISOLVENTE Aniones con átomos O (CO3-2, SO4-2, NO-) son solubles  forman puentes H  O actúa como aceptor de estos + el anión atrae al dipolo del agua Esto último ocurre también con otros aniones (Cl- y F-) que tienen pares de electrones solitarios y que pueden actuar como aceptores de puentes de hidrógeno. 38

H2O - DISOLVENTE Cationes (Na+, K+, Ca+2 o Mg+2), se rodean de moléculas de agua unidad por interacciones ión – dipolo  los O se orientan hacia el catión y forman una capa alrededor del ión, la capa de solvatación.  moléculas neutras que son solubles o miscibles  forman puentes H como: aceptoras (acetona), donadoras (mercaptoetanol) o ambas (etanol). 39

H2O - DISOLVENTE Solubilidad de moléculas grandes complejas = f(# de grupos – iónicos o polares, geometría). En gral. Moléculas con grupos/forman puentes H tienden a unirse con agua a través ellos  se disuelven fácilmente (las que tienen grupos: hidroxilo, amina, sulfhidrilo, éster, cetona, entre otros). 40

H2O - DISOLVENTE Compuestos iónicos y polares afines al agua se llaman hidrófilos.  Es conocida Universal.

como

Disolvente

Es incapaz de disolver otras sustancias (lípidos, algunos aminoácidos)  hace posible:  Estructuras

supramoleculares

(membranas)  Muchos procesos bioquímicos.

41

H2O - DISOLVENTE No  compuestos con grupos funcionales polares son solubles  Si tienen un componente hidrocarbonado grande (> 4 C)  son insolubles Salvo que tengan un grupo iónico o varios grupos polares.

42

H2O - DISOLVENTE Compuestos no polares insolubles en agua se denominan hidrófobos. Inmiscibles  No interacciona con el agua ni por interacciones ión-dipolo ni mediante puentes de H (HC saturados). Si esto ocurre  Moléculas de agua vecinas se orientan y asocian / forman una estructura parecida al hielo  crean una especie de jaula de moléculas de agua alrededor, clatrato.

43

H2O - DISOLVENTE Otros compuestos de importancia bioquímica, iónicos pero no polares (como las sales metálicas de ácidos carboxílicos de cadena larga) Se caracterizan por tiener propiedades mixtas / Una parte es polar y otra no Se denominan anfipáticos o anfifílicos.

44

H2O – MEDIO DE REACCIÓN Ser Disolvente Universal  casi  las reacciones biológicas tengan lugar en medio acuoso Debido a que mantiene a muchos compuestos en forma ionizada. Además facilita la movilidad de las moléculas.  lo anterior favorece que iones y moléculas puedan reaccionar. 45

H2O – MEDIO DE REACCIÓN La reactividad de muchos grupos funcionales de las bio-moléculas, depende de su concentración en el medio acuoso.

46

H2O – TRANSPORTADORA Reactivos y productos de reacciones metabólicas, nutrientes y productos de desecho, dependen del agua para su transporte:  En el interior  En el exterior  Entre el interior y exterior de las

células. 47

H2O – TRANSPORTADORA Los nutrientes asimilados por los seres vivos son distribuidos a todo el organismo a través de los medios de transporte: Sangre y savia. Por  lo indicado  No es casual que el principal componente de éstos medios de transporte de sustancias sea AGUA.

48

H2O – METABOLITO Además de ser el medio de reacción participa activamente en reacciones bioquímicas (Función Bioquímica o Metabólica) ya sea como:  Reactivo o sustrato. En las hidrólisis,

reacciones que descomponen muchas macromoléculas en biomoléculas más simples.  Producto de reacciones. Respiración

u oxidación de la glucosa.

49

H2O – METABOLITO También es muy importante en la fotosíntesis  aporta H necesario para reducir el CO2 Participa en la digestión de alimentos en organismos superiores.

50

H2O – ESTRUCTURAL  A nivel molecular hidrata sustancias

y macromoléculas  estabilidad a la estructura.

Confiere

 A escala celular y orgánica llena y da

consistencia a: 

Células, tejidos y órganos



Incluso al cuerpo entero de muchos animales y plantas, sobre todo acuáticos. 51

H2O – ESTRUCTURAL Así se mantienen:  La columna de agua, savia bruta,

dentro del xilema  tejido vegetal de células muertas, rígidas y lignificadas que conducen la savia y sostienen la planta  llamado leña.

 La forma del ojo, lleno del humor

vítreo y acuoso  son en esencia agua. 52

H2O – ESTRUCTURAL  En algunas plantas (herbáceas) y

animales (medusas) verdadero esqueleto.

sirve

de

53

H2O – TERMOREGULADOR Los líquidos internos (sangre) tienden a mantener constante el equilibrio de temperaturas en el cuerpo. Calientan las partes más frías (piel) y enfrian las más calientes (hígado, músculos). El sudor ayuda a refrigerarse a los seres vivos en verano o cuando hacen esfuerzo  baja la T al evaporarse. 54

H2O – TERMOREGULADOR Su  cp  pueda absorber una gran cantidad de calor mientras su T sube ligeramente  parte de la energía se utiliza para romper los puentes H. Su   Vap  absorba mucho calor al pasar de líquido – gas (vapor)  para separar una molécula de las adyacentes se rompen puentes H consumiendo mucha energía  al evaporarse en la superficie absorbe gran parte del calor del entorno.

55

H2O – TERMOREGULADOR Esta propiedad  funcione como buen amortiguador térmico de manera que:  Mantiene la T interna de los seres

vivos a pesar de las variaciones externas.  Evita cambios bruscos de T que

podrían afectar a los seres vivos.

56

H2O – PROTECTOR  Lubrica y facilita el deslizamiento

entre los órganos.  Amortigua

el rozamiento entre huesos como bolsas de líquido en las articulaciones (líquido sinovial).

 Amortigua los golpes del cráneo en

el encéfalo (líquido cefalorraquídeo).

57

SALES MINERALES Moléculas inorgánicas imprescindibles para la vida. En los seres vivos están en forma de precipitados, disueltas en forma de iones, o asociadas a otras moléculas. Cumplen funciones específicas.

esenciales

y

Normalmente están en  los seres vivos en [Sal] Cttes, en equilibrio y regulando los procesos osmóticos.

58

SALES PRECIPITADAS Insolubles en agua. Constituyen estructuras sólidas con función de soporte y protección para los seres vivos.  Ca3(PO4)2 + CaCO3 se deposita sobre

las fibras de colágeno / crea una matriz dura sobre la cual se forman los huesos de los animales vertebrados. 59

SALES PRECIPITADAS  CaCO3 en:  Caparazones

o conchas, algunos protozoos marinos.

 Esqueleto

externo de moluscos y artrópodos

de

corales,

 Estructuras

duras como las espinas de erizos de mar, dientes y huesos de los animales. 60

SALES PRECIPITADAS  Silicatos y la sílice (SiO2) son parte

componente de:  Caparazones

de algunos organismos (diatomeas)

 Espículas de algunas esponjas y

moluscos – Cuerpos pequeños en forma se aguja que sostienen sus tejidos.  Estructura de soporte en algunos

vegetales (gramíneas).

61

SALES DISUELTAS Solubles en agua. En forma de disoluciones compuestas por muchos tipos de moléculas o solutos dispersos en una sola fase disolvente, el agua. Intervienen decisivamente en procesos físico-químicos de importancia vital para los organismos:  Mantener grado de salinidad. 62

SALES DISUELTAS  Regular la actividad enzimática 

actúan como cofactores enzimáticos (Ca, Fe, Mg).  Regular Posm y Vcelular  Manteniendo

la homeostasis  equilibrio osmótico.

mantener

el

 Estabilizar dispersiones coloidales.

Mantienen la hidratación + su disociación en iones  Mantener en suspensión partículas coloidales.

63

SALES DISUELTAS  Generar potenciales eléctricos / a

ambos lados de las membranas  una Δ cargas eléctricas  un potencial de membrana  ejerce una fuerza sobre cualquier molécula cargada electricamente.

 Intervenir en procesos fisiológicos

diversos como: El transporte de electrones o la contracción muscular. 64

SALES DISUELTAS  Regular el pH. Las disoluciones de

sales que hacen esto se llaman soluciones tampón o amortiguadoras Tienen la propiedad de disminuir las variaciones de pH producidas por efecto de las reacciones bioquímicas.

65

DISOLUCIONES Y DISPERSIONES Disolución = Disolución acuosa de iones y moléculas de pequeño tamaño muy solubles + sustancias hidrófobas + moléculas tan grandes que no se pueden mantener en disolución. Cristaloides = Solutos pequeños (10-7 10-6 mm o < 1 µm), en gral. de bajo peso molecular, forman disoluciones verdaderas, disociados en sus iones.

66

DISOLUCIONES Y DISPERSIONES Coloides = Solutos grandes(10-6 - 10-4 mm o > 1 µm), de peso molecular alto, forman dispersiones coloidales.

67

DISOLUCIONES VERDADERAS  Aspecto

parecido al del solvente

puro  Transparentes  Estables  no sedimentan.

Coligativas  Dependen de la cantidad y no de la naturaleza del soluto:

 Propiedades

 Descenso de PVap. Ley de Roult 

PVap, solución < PVap, solvente.

68

DISOLUCIONES VERDADERAS 

Incremento del Pto de Ebullición. Teb, disolución > Teb, solvente.



Descenso del Punto de Fusión. Tf, disolución < Tf, solvente.

 Difusión. Referida a la transferencia

de masa debida al movimiento de moléculas. Transferencia originada en diferencia de C, T, P o Veléctrico.

una 69

DISOLUCIONES VERDADERAS Este fenómeno  Cuando dos soluciones / CA  CB se ponen en contacto  soluto migra de la solución más concentrada a la más diluida y el solvente en dirección opuesta hasta que CA = CB  Ósmosis. Referida a la difusión entre

dos fluidos a través de un tabique o membrana semipermeable. 70

DISOLUCIONES VERDADERAS  Estabilidad del Grado de Acidez o

pH. Capacidad de sales minerales que disueltas en los líquidos biológicos se ionizan y producen H3O+ y OH- que neutralizan el efecto de ácidos o bases añadidos / el pH de los seres vivos se mantiene constante. Las disoluciones que tiene esta capacidad se llaman disoluciones

71

DISPERSIONES COLOIDALES  Se presentan en forma de:  Sol  líquidas.  Gel  semisólidas.  Elevada

Viscosidad. Resistencia interna de un líquido al movimiento.

 Elevado Poder Adsorbente. Atracción

entre la superficie de un sólido y las moléculas de líquido o gas. 72

DISPERSIONES COLOIDALES  Efecto

Tyndall. Se observa cierta opalescencia. Al iluminarlas lateralmente sobre un fondo oscuro presentan un aspecto lechoso con irisaciones  Reflejos con franjas de color arcoiris.

 Sedimentación.

Sus partículas tienden a sedimentarse, en especial dentro de campos gravitatorios fuertes . 73

DISPERSIONES COLOIDALES  Diálisis. Proceso de separación de

coloides de los cristaloides gracias a una membrana semipermeable que sólo permite pasar moléculas pequeñas.  Electroforesis.

Transporte de partículas coloidales a través de un gel debido a la acción de un campo eléctrico. 74

SALES - ASOCIADAS Más que sales iones unidos a biomoléculas orgánicas como proteínas (fosfoproteínas), lípidos (fosfolípidos) y glúcidos (agar-agar). Los iones asociados a éstas moléculas realizan funciones que no pueden. Las bio-moléculas solas tampoco pueden realizar dicha sin el ión asociado. 75

SALES – ASOCIADAS EJEMPLOS  Hemoglobina

transporta O en la sangre  está unida a un ión Fe+2.

 Citocromos

transportan electrones  poseen un ión Fe+3.

 Clorofila captura energía luminosa en

la fotosíntesis  tiene asociado un ión Mg+2 en su estructura. 76

SALES – ASOCIADAS EJEMPLOS  Tiroxina

o tetrayodotironina (T4), importante hormona tiroidea que:  Estimula

el metabolismo de carbohidratos y grasas  activando el consumo de oxígeno.

 Degrada proteínas en la célula

 La presencia de iones I-1 en su molécula. 77

GASES Encontramos en los seres vivos al:  Oxígeno  Ozono  Dióxido de Carbono  Nitrógeno.

78

OXÍGENO Esencial para la respiración celular. En animales es:  Asociado a la Hemoglobina en los

alveolos pulmonares.  Transportado a los demás tejidos por

la sangre.  Usado en reacciones de combustión

y fermentación  obtener energía para procesos vitales de las células. 79

OXÍGENO Es regenerado:  En las plantas durante la fotosíntesis  Durante la fase luminosa o reacción

de Hill  Las

plantas lo usan para descomponer la materia orgánica y oxidar nutrientes: metales y minerales. 80

OXÍGENO Ayuda a que las células se:  Mantengan sanas  Rehabiliten  Reparen  Reproduzcan.

Juega un rol importante en el metabolismo ayudando a la asimilación de nutrientes de los alimentos.

81

OZONO Forma triatómica del negativamente (O3).

O

cargada

Muy inestable  Tiene un periodo de vida corto. Microorganismos patógenos tienen una carga relativa positiva  lo atraen y los destruye casi de inmediato  Su alto poder oxidante. 82

OZONO Elimina: parásitos, virus, bacterias, priones, hongos, mohos, esporas y otros muchos contaminantes en segundos. Según la FDA acaba con el 99,9992 % de  los patógenos conocidos cuando se insufla en agua. El cuerpo humano tiene un 70% de agua  Es evidente su efectividad en la eliminación de  clase de

83

OZONO Los árboles perennes liberan ozono. Los neutrófilos  parte del sistema inmunológico lo generan ozono para matar patógenos. Neutrófilos = células muy pequeñas pero muy efectivas  sólo tardan unos segundos en matar una bacteria. Es el Desinfectante Naturaleza.

de

la

Madre 84

OZONO En zonas superiores de la atmósfera: O2 + Rayos UV  O3 Más pesado que el aire  tiende a caer  purifica la atmósfera al descender. Si en su descenso encuentra vapor: O3 + H2O  H2O2 componente del agua de lluvia  las plantas crecen mejor con agua de lluvia que con agua subterránea.

85

DIÓXIDO DE CARBONO Esencial en la fotosíntesis. Las plantas lo usas para extraer C  requerido para elaborar su alimento y generar sus tejidos y estructura  expulsan O que reponen a la atmósfera Los animales lo generan en reacciones de producción de energía en las células donde se asocia a la hemoglobina para su transporte desde los tejidos a los pulmones donde es expulsado.

86

NITRÓGENO El componente principal de los aminoácidos, proteínas y ácidos nucleícos. Pero los seres vivos no lo pueden utilizar directamente de la atmósfera. Requieren que sea transformado en N orgánico: nitratos y amoniaco.

87

NITRÓGENO  El N atmosferico: 1. Debe ser fijado en los terrenos de

cultivo por bacterias simbióticas:  Viven en las raíces de las plantas.  Se alimentan de las plantas pero a

cambio les entregan abundantes compuestos nitrogenados.

88

NITRÓGENO 2. Los

compuestos nitrogenados, principalmente nitratos y algo de amonio  almacenados y concentrados en las raíces

3. Las

plantas y algunos microorganismos los usan para producir aminoácidos y proteínas.

4. Pasan en la cadena alimenticia de

las plantas herbívoros.

a

los

organismos 89

NITRÓGENO 5. Los

animales los utilizan como fuente de aminoácidos a las proteínas de las plantas o de otros animales y sintetizan sus propias proteínas.

En resumen: El N atmosférico solo es utilizado por algunas bacterias en el inicio de la cadena alimenticia. 90

More Documents from "Alejandro Velasco Poquechoque"

Informe 2.docx
May 2020 6
Macroeconomia.docx
May 2020 8
October 2019 10
Practica 3.docx
May 2020 3