¡Descarga Los bioelementos orgánicos y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
Tema 1. Els bioelements, l’aigua i les sals minerals
Els àtoms i les molècules s’uneixen per mitjà d’enllaços químics: Element químic o substància simple: És una subtàncies que no es pot descompondre en d’altres per mitjà de reaccions químiques i que està constituïda per una sal tipus d’àtom. Com (H), (O), (C), (Fe), etc. Àtom: És la part més menuda d’un element químic. Els àtoms estan constituïts per un nucli format per proton i neutrons, i escorça feta per electrons. Té el mateix nombre d’electrons per àtom. Molecular: Unió de dos o més àtoms. Si els àtoms són els mateix tipus, es formen molècules homogènies, com els gasos oxigen, (N 2 ), (H), etc.; si són àtoms de diferents tipus , es formen molècules heterogènies, com H 2 O o (CH 4 ). Substància composta: Formada per dos o més elements químics que poden separar-se per mijtà de reaccions químiques. La part més petita és una molecula heterogènia (feta per àtoms de diferents tipus). Ex: òxids de ferro (FeO, Fe 2 O 3 ), l’òxid d’alumini (Al 2 O 3 )… Els éssers vius estan constituïts per bioelements: Els bioelements o elements biogènics són els elements químics que constitueixen la matèria viva. Podem classificar-los en dos grups: Bioelements primaris: Indispensables per a la formació de les biomolècules orgàniques (glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics). Constitueixen el 96,2% de la matèria viva i són: C, H, O, N, P, S. Bioelements secundaris: No són bàsics per a constituir les biomolècules orgàniques. Hi ha dos tipus: Secundaris indispensables: Imprescindibles per a la vida de la cèl·lula i es troben en tots el éssers vius. Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, I. Són indispensables i invariables. Secundaris variables: No es troben en tots els organismes. Brom, Zinc, titani… Els bioelements amb proporcions inferiors al 0,1% reben el nom de oligoelements. Els que constitueixen més del 99% del pes de matèria viva nomen bioelements plàstics (C, H, O, N, P, S, Na, K, Ca, Mg i Cl). No hi ha una relació directa entre abundància i insidpensabilitat. 2.1-. Característiques dels bioelements primaris: Si comparem la composició atòmica de la biomassa amb la composició de l’atmosfera, litosfera i l’hidrosfera, les tres capes que ocupen els éssers vius, deduïm les conclusions següents: Els alts percentatges d’hidrogen i oxigen a la biomassa fan que a la matèria viva estigui constituïda per H 2 O en un percentatge que varia del 65%. Totes les reaccions químiques que presenten les éssers vius tenen lloc en el medi aquós.
Els percentatges en biomassa dels altres bioelements primaris (C, N, P i S) són molt diferents dels que hi ha a l’atmosfera, litosfera i hidrofera; per tant, la matèria viva no es va formar a partir dels elements més abundants. En combinar-se els àtoms entre si, s’estableixen enllaços covalents estables. 2.2-. Propietats i funcions dels bioelements: Bioelements primaris: Grup del carboni i l’hidroge: Són els dos elements indispensables per a constituir la matèria orgànica. L’àtom de carboni té quatre electrons en la perifèria i pot formar enllaços covalents estables. Això permet que puga constituir llargues cadenes hidrocarbonades molt estables (macromolèculas). Comparteixen i deixen enmitj els electrons. Els enllaços han de ser estables però fàcils de rompre. Grup de O, N, S, P: L’ O s’uneix facilment amb altres bioelements i és el més electronegatiu. El N es troba formant els grups amino dels aminoàcids i de les bases nitrogenades dels àcids nucleics. El S es troba formant el radical sulfhidril en moltes proteïnes. El P es troba constituint els grups fosfat. Aquests enllaços S’utilitzen per a emmagatzemar l’anomenada energia química. Bioelements secundaris: El Na, K i Cl són els els més abundants en els medis interns i en l’interior de les cèl·lules. El Ca té una funció estructural molt important. L’ió Mg és un component de molts enzims i del pigment clorofil·la (pigment que ajuda a fer la fotosíntesi). L’ió Fe forma part de l’hemoglobina de la sang. El Cu necessari per formar l’emocianina, pigment respiratori de molts invertebrats aquàtics. El Co és un dels àtoms constituïts de la vitamina B12. El Liti actua incrementant la secreció dels neurotransmissors, de manera que afavoreix l’estabilitat de l’estat d’ànim. El iode necessari per a formar l’hormona tiroxina, responsable de regular el ritme del metabolisme energètic. El fluor s’acumula en els ossos en forma de fluorur i hi aporta més resistència. Els principis immediats o biomolècules constitueixen la matèria viva: Si observam cada una de les substàncies que la componen sense que s’alteren, arribem els denominats principis immediats o biomolècules. Els mètodes utilitzats per a fer aquest anàlisi és l’evaporació, la filtració, destil·lació, diàlisi, cristalització, electroforesi i centrifugació.
El fenomen de capil·laritat (la saba bruta puge pel s tubs capil·lars de les plantes) depén de la cohesió de les molècules d’aigua entre si com de l’adhesió de les molècules d’aigua a les parets del conducte. Alta tensió superficial: La superfície de l’aigua oposa una gran resistencia a trencar-se gràcies a l’alta força de cohesió entre les molècules que la integren. Ex: Animals puguin viure amunt. Alta calor específica: Per augmentar la temperatura de l’aigua s’ha d’escalfar molt més que per a aconseguir la mateixa temperatura en altres subtàncies. Gràcies a això l’aigua és un bon estabilitzador tèrmic de l’organisme contra els canvis bruscos de la temperatura ambient. Alta calor de vaporització: Aixó fa que l’aigua que s’evapora signa una bona substància refrigerant de l’organisme. És el que passa quan s’evapora la suor. Densitat més alta en estat líquid que en estat sòlid: Això explica que el gel sure sobre l’aigua líquida i que forme una capa superficial termoaïllant que fa possible la vida sota el gel en rius, mar, llacs… Alt poder dissolvent: El fet de contenir molècules dipolars fa que l’aigua siga un gran dissolvent dels compostos iònics, com les sals minerals, i de compostos covalent polars, com la glucosa. Baix grau d’ionització: Té un grau d’ionització molt baixa. 4.2-. Funcions de l’aigua en els éssers vius: A causa de les propietats, l’aigua exerceix diverses funcions: Funció dissolvent i de transport: La capacitat de dissolució de l’aigua permet que siga el mitjà de transport de les substàncies i el medi on tenen lloc quasi totes les reaccions biològiques. Funció bioquímica: L’aigua intervé en nombroses reaccions químiques, per exemple en la hidròlisi (ruptura d’enllaços amb la intervenció de l’aigua). Funció estructural: Quan les cèl·lules perden aigua, perden la turgència natural, s’arruguen i fins i tot poden trencar-se. S’hi ha poca aigua la cèl·lula perd aigua per intentar equilibrar la concentració interna i externa, per aquesta raó, s’arruga i la membrana es pot trencar (hipertònic). En el hipotònic, el glòbul vermell s’unfla per l’entrada d’aigua, és a dir, es posa “turgent”. En el isotònic, la cèl·lula té el mateix grau de concentració de salut al medi extern i intern. Funció d’amortidor mecànic: En els vertebrats, tenen en les articulacions mòbils bosses de líquid sinovial per evitar la fricció entre els ossos. Funció termoreguladora: Deguda a l’alta calor específica i a l’alta calor de vaporització de l’aigua. Les sals minerals poden trobar-se precipitades o dissoltes:
Les sals minerals són compostos inorgànics i es poden torbar en els éssers vius de tres formes: precipitades, dissoltes o associades a substàncies orgàniques. Com a sals precipitades en estructures sòlides. Proporcionen sosteniment o protecció, externa o interna, a les parts a través de l’organisme (closques dels mol·luscs, ossos dels vertebrats…). Ex: el carbonat càlcic, fosfat de calci, diòxid de silici, etc. Sals minerals dissoltes: Quan es dissolen originaren cations i anions Funció: els ions són utilitzats per les cèl·lules per mantenir constant el grau de salinitat i el grau d’acidesa (efecte tampó). A més intervenen en la regulació del pH, regular la pressió osmòtica i el volum cel·lular, manteniment de l’homeostasi, generar potencials elèctrics, etc… Els ions més importants són: cations (Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+), Anions (Cl -, SO 2- 4, PO 3- 4, CO 2- 3…). Aquest ions es troben el medi intern dels organismes, citoplasme, vacúol en cèl·lules vegetals… Sals minerals associades a substàncies orgàniques: Les seves funcions són variades, algunes molt especifiques, com per exemple el transport d’oxigen en sang, fotosíntesi, estructural formant part de les membranes plasmàtiques… Exemples sals minerals: Ió ferros, iodes, Ió magnesi…. Formen part de molècules com les fosfoproteines, els fosfolípids, la hemoglobina, la clorofil·la, etc. Les dissolucions vertaderes estan formades per cristal·loides: Els fluids que hi ha en els éssers vius contenen molts tipus de molècules disperses o soluts i un sol tipus de fase dispersant, l’aigua. Els soluts poden ser de baixa massa molecular o cristal·loides, com per exemple el clorur sòdic i la glucosa, o poden ser d’alta massa moleculars, d’uns quants milers, com els col·loides. Les dispersions de soluts de massa molecular baixa s’anomenen dissolucions vertaderes. Aquestes dissolucions són les que més interés tenen en biologia, amb propietats com la difusió, l’osmosi i l’estabilitat del gradu d’acidesa o pH. 6.1-. Difusió: És la repartició homogènia de les partícules d’un fluid (gas o liquid) en el si d’un altre fluid quan entren en contacte. 6.2-. Osmosi: És el pas del dissolvent a través d’una membrana semipermeable, que impedeix el pas dels soluts, entre dues dissolucions de concentració distinta, fins a assolir l’equilibri o la igualtat de concentracions. Pressió osmòtcia: diferència de pressions que hi ha entre els dos costats d’una membrana semipermeable que separa dues dissolucions de concentracions diferents.
8.2-. Diàlisi: És la separació de les partícules disperses d’alta massa molecular (col·loides) de les de baixa massa molecular (cristal·loides), gràcies a una membrana semipermeable que tan sols deixa passar les molècules menudes. Una aplicació clínica molt utilitzada és l’hemodiàlisi. 8.3-. Cromatografia: És la separació de diferents substàncies químiques que es troben mesclades, prenent com a base el diferent grau de retenció que hi exerceix un medi fix. 8.4-. Electroforesi: És el transport de les partícules col·loïdals a través d’un gel gràcies a l’acció d’un camp elèctric. Generalment s’utilitza per a separar les diferents proteïnes que s’extrauen juntes en un teixit i diferents ADN entre si. 8.5-. Espectrofotometria: És una tècnica d’anàlisi òptica que permet comparar la radiació a dors dia per una solució que conté una concentració desconeguda de solut amb una altra que conté una concentració coneguda del mateix solut.
