¡Descarga TEMA NR 1: BIOELEMENTS y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
TEMA 1 :
BIOELEMENTS I BIOMOLÈCULES INORGÀNIQUES
1. ENLLAÇOS QUÍMICS D’INTERÉS BIOLÒGIC
1.1. ENLLAÇ IÒNIC
L’ enllaç iònic es dona entre àtoms de diferent electronegativitat (metall+no metall). Un dels àtoms té molta tendència a guanyar electrons i així completar l’última capa i assolir l’estabilitat (ió negatiu), mentre que l’altre té tendència a perdre electrons (ió positiu). Per tant, es produeix una unió per l’ atracció electrostàtica entre ions de càrrega oposada.
1.2. ENLLAÇ COVALENT
L’ enllaç covalent té lloc entre àtoms que comparteixen electrons. Aquests àtoms tenen una alta electronegativitat. És un enllaç fort. Podem trobar dos tipus d’enllaç covalent:
- Apolar. Es produeix entre molècules d’electronegativitat semblant, i per tant no tenen càrrega elèctrica.
- Polar. Es produeix entre molècules d’electronegativitat diferent on els electrons estan més pròxims a l’àtom més electronegatiu.
1.3. ENLLAÇOS INTERMOLECULARS
Forces de Van der Waals
Aquest tipus d’enllaç intermoleculars es dona entre molècules apolars , donat que en determinats moments, la distribució d’electrons es torna asimètrica , apareixent dipols instantanis. Això es produeix quan una d’aquestes molècules polaritzades s’aproxima suficientment a una altra, produint un dipol instantani - dipol induït. Cal remarcar que quan més gran és la molècula, més força assoleix aquest enllaç, ja que hi ha més punts d’atracció. A més, també existeix una distància òptima d’enllaç, i si aquesta disminueix apareixen forces de repulsió.
- Ponts d’hidrogen. Aquest tipus d’enllaç es produeix quan l’hidrogen s’ uneix covalentment a un àtom molt electronegatiu com l’oxigen o el nitrogen. L’hidrogen acumula tota la càrrega positiva i l’oxigen o el nitrogen acumulen la negativa, formant aixi un dipol permanent que pot establir una interacció electrostàtica amb un altre àtom electronegatiu, formant un dipol permanent – dipol permanent.
Enllaços hidrofòbics
Són interaccions que es donen entre grups apolars o hidrofòbics , que al aproximar-se excloent l’aigua que hi ha entre ells, així assolint una situació termoquímica més estable.
2. ELS BIOELEMENTS
Els bioelements o elements biògens , són tots aquells elements que constitueixen la matèria dels éssers vius. Aquests elements presenten aquestes particularitats:
- No es troben repartits homogènicament.
- No sols té importància l’abundància, sinó també la disponibilitat.
- La disponibilitat no sempre ha sigut constant.
- Hi ha una correlació entre l’abundancia dels elements de la matèria viva i els oceans:
- Els organismes vius estan formats per un gran percentatge d’aigua.
- Es creu que la vida ha sorgit de l’aigua.
- La vida “ha seleccionat” els elements més idonis per formar part de les seues estructures de les seues estructures, funcions... donat que tenen tendència a formar enllaços covalents, i a més donen una gran diversitat d’estructures.
2.1. BIOELEMENTS PRIMARIS
Els bioelements primaris constitueixen el 95% de la matèria viva i són: C , H , O , N , S , P. Aquests elements presenten les següents característiques:
- Facilitat de formar enllaços covalents.
- Poden formar dobles i triples enllaços, la qual cosa permet formar una gran diversitat d’estructures.
- Al tindre una massa atòmica petita, són més estables.
- El C té una configuració tetraèdrica, que afavoreix la creació de molècules tridimensionals diferents.
- El C formen cadenes estables que poden ser lineals, ramificades, anells... , que donen diversitats de compostos.
4. L’AIGUA
L’aigua és el component majoritari dels éssers vius. A més a més, aquesta pot trobar-se en diferents formes: circulant , intersticial i extracel·lular.
4.1. ESTRUCTURA
L’aigua està formada per la unió d’un àtom d’oxigen i dos d’hidrogen. Els seus enllaços no es disposen linealment, sinó que formen un angle de 104,5º. És una molècula neutra , tot i que és polar , ja que l’oxigen al ser més electronegatiu desplaça els electrons cap a ell, generant dues càrregues parcials [positiva en l’hidrogen (δ+), i negativa en l’oxigen (δ-)]. La presència de les càrregues li permet formar ponts d’hidrogen, i així originar en l’H 2 O, unes característiques especials (gràcies a la geometria angular).
4.2. PROPIETATS FISICOQUÍMIQUES I FUNCIONS BIOQUÍMIQUES
- És un dissolvent universal gràcies a la polaritat que té i per la geometria angular. Gràcies a això, l’aigua és un mitja de transport de substàncies, el medi en que ocorren moltes de les reaccions metabòliques, ja que molts bioelements han de trobar-se en dissolució per a poder actuar.
- És manté líquida a temperatura ambient , degut als ponts d’hidrogen que les manté juntes ( cohesió ) i permet que aquestes molècules no es desplacen lliurement i siguen un gas.
- Presenta una major densitat en forma líquida que en la sòlida, ja que en un mateix volum hi han menor nombre de molècules (en cas de la sòlida). Això junt amb l’elevada calor específica permet que l’aigua en els oceans assoles es congele superficialment.
- Té una elevada color especifica i de vaporització. La calor específica és l’energia que cal subministrar al sistema per augmentar la temperatura una unitat.
La calor de vaporització és l’energia necessària per convertir una unitat de massa de líquid en un gas. La calor específica i la calor de vaporització de l’aigua és alta i per aquesta raó, és un perfecte estabilitzador tèrmic davant els canvis bruscos de temperatura i la suor al evaporar-se (ja que utilitza la calor com a font d’energia) és un bon refrigerant.
- Elevada constant dielèctrica , deguda a la alta polarització de la molècula (separació de les càrregues elèctriques, dipol). Això provoca que facilite la separació de partícules carregades (polars) i que siga un bon dissolvent. En un medi aquós, els ions de les sals es separen i passen a la dissolució, establint fortes interaccions amb els dipols de l’aigua (solvatació o hidratació iònica), quedant envoltades per una capa hidratada.
- Elevada força de cohesió entre les molècules d’aigua degut als ponts d’hidrogen, que manté les molècules juntes fa que l’aigua siga un líquid pràcticament incomprensible , dona volum cel·lular , propicia turgència en les plantes i l’ esquelet hidrostàtica en les plantes i animals. Gràcies a la gran força de cohesió, presenta una elevada tensió superficial , que és la resistència que té a que es trenque. Això fa possible que alguns organismes visquen en la seua superfície. També presenta una gran força d’adhesió a les superfícies de petit diàmetre, puja en contra de la gravetat ( capil·laritat ) que també es deguda a la cohesió.
- Presenta un baix grau de dissociació [que és una reacció química per la qual, un compost es transforma en dos o més substàncies (convertint-se en els ions respectius)].
5. SALS MINERALS
Són molècules inorgàniques que es dissocien fàcilment en aigua originant ions constituents. Entre els ions més abundants destaquen:
- Anions : sulfat (SO 42 - ), bicarbonat (HCO-), fosfats (HPO 42 - , H 2 PO 4 - ), nitrat (NO 3 - ) i clorur(Cl-).
- Cations : Na+, K+, Ca2+^ i Mg2+. Als éssers vius les podem trobar de tres formes:
- Precipitades. Amb la funció esquelètica, de sosteniment o de protecció closques, ossos, dents, etc...
- Dissoltes. Mantenen el grau de salinitat i també el pH, regulen el volum cel·lular, mantenen el potencial de membrana, etc...
- Associades a molècules orgàniques. Necessaris per portar a terme molts processos biològics. Algunes són necessaris per al funcionament dels enzims
6. LES DISPERSIONS
Els fluids que hi ha als éssers vius contenen moltes partícules disperses (fase dispersa) i un sol tipus de fase dispersant, l’aigua. Els soluts poden ser de baixa massa molecular com el NaCl o la glucosa ( cristal·loide ) o d’alta massa molecular ( col·loide ). Les dispersions de cristal·loides s’anomenen dissolucions vertaderes i tenen interés en biologia perquè tenen propietats com la difusió, l’osmosi, etc... Les dispersions de col·loides s’anomenen dispersions col·loidals. La major part dels líquids dels éssers vius ho són, i tenen altres propietats com poder presentar-se en estat de sol (líquid) o en estat de gel (semisòlid), alta viscositat, alt poder d’adsorció, etc...
7. ELS FENÒMENS OSMÒTICS
Les partícules disperses de les dissolucions vertaderes (cristal·loides) poden provocar tres fenòmens:
- Difusió. És el repartiment homogeni de les partícules en un fluid fins ocupar tot el volum disponible. El moviment és espontani i sempre de les zones més concentrades a les menys concentrades.
- Diàlisi. És una difusió selectiva que separa un o diversos soluts d’una dissolució a través d’una membrana, la permeabilitat de la qual, solament permet el pas de les partícules més petites. L’ hemodiàlisi (eliminació de substàncies de rebuig de la sang).
- Osmosi. És el pas del dissolvent (normalment aigua) a través d’una membrana semipermeable entre dues dissolucions de diferents concentració. El pas del dissolvent es produeix de la més diluïda a la més concentrada, fins que les dues dissolucions estiguen en equilibri, és a dir, a la mateixa concentració. L’aigua es mou en aquest sentit perquè és atreta electrostàticament per les molècules i/o ions de la dissolució més concentrada. L’osmosi genera una diferència de contingut d’aigua a cada costat de la membrana, cosa que provoca una pressió sobre ella que s’anomena pressió osmòtica (és la pressió que caldria exercir per evitar el pas d’aigua a través de la membrana semipermeable ).
Fenòmens osmòtics. Donat que la membrana de la cèl·lula es semipermeable, també pot patir diversos fenòmens osmòtic depenent de quina siga la concentració de partícules en l’exterior i l’interior cel·lular. No depèn de la naturalesa de les partícules i per tant les sals minerals i les substàncies orgàniques contribueixen per igual als fenòmens osmòtics.
- Si el medi extern és hipertònic (més concentrat), l’aigua tendirà a eixir de la cèl·lula i es contraurà. En vegetals aquest fenomen s’anomena plasmòlisi.
- Si el medi extern és isotònic entra i ix la mateixa quantitat d’aigua i la cèl·lula no es deforma.
- Si el medi extern és hipotònic l’aigua tendirà a entra a la cèl·lula i s’inflarà o fins i tot explotarà. En vegetals aquest fenomen s’anomena turgescència o turgència.
