�ݺ�ߣ

Tema 1 Bioelements i Biomolècules L’aigua i les sals inorgàniques

Tema 1: Bioelements i biomolècules 1. Característiques dels éssers vius Éssers vius Éssers inanimats o inerts Estructures propies Vida Estructures diferents no especials No vida Funcions dels éssers vius

Tema 1: Bioelements i biomolècules 1. Característiques dels éssers vius - Els éssers vius estan formats per matèria viva - Aqueixa matèria viva es classifica per nivells per a estudiar-la: Àtoms Molècules Macromolècules Estructures celul·lars Cèl·lules Teixits Òrgans Aparells i Sistemes Individus - Cada nivell té unes característiques especials que no resulten de la suma de les propietats dels components del nivell anterior. - Els éssers vius posseeixen propietats que no existeixen en els nivells d'organització abiòtics. Nivells abiòtics Nivells biòtics

Tema 1: Bioelements i biomolècules 1. Característiques dels éssers vius La vida és una propietat emergent , nova, que no existeix abans dels éssers vius i és conseqüència d'ells. Definim la vida a través de les funcions que manifesten els éssers vius: - Complexitat i organització de les seues estructures. - Intercanvi de matèria i energia amb el medi. - Creixement i desenvolupament. - Homeòstasi. - Excitabilitat o capacitat de resposta enfront dels estímuls. - Reproducció. - Capacitat d'adaptar-se al medi i evolucionar.

2. La Biologia: la ciència de la vida ¿Què és la biologia? La Biologia és la ciència que estudia la vida El seu cos de coneixement creix cada any amb milions d'aportacions en forma de comunicacions científiques. Es divideix en nombroses disciplines: Clàssiques (zoologia, botànica,microbiologia, citologia, histologia...) - Noves disciplines híbrides (biofísica, bioquímica, microbiologia industrial, astrobiologia, genètica molecular, biotecnologia, enginyeria genètica...) Tema 1: Bioelements i biomolècules

- La Biologia és una ciència o conjunt de cièncias. Com tota ciència, s'assenta sobre les matemàtiques com element de treball. Utilitza el mètode científic : * Observació * Elaboració d’una hipòtesi * Comprovació experimental * Comunicació a la comunitat científica * Elaboració d’una teoria o explicació científica 2. La Biologia: la ciència de la vida Tema 1: Bioelements i biomolècules

La Biologia és la ciència del futur i serà la responsable de la pròxima transformació de la societat a través de la biotecnologia. Possibilitat de manipular el genoma dels éssers vius per a: - Obtenir nous organismes amb propietats diferents. - Patentar gens i organismes. - Lluitar contra les malalties mitjançant teràpia gènica o fabricant nous fàrmacs. - Clonar éssers vius. - Evitar els problemes de fertilitat. - Lluitar contra la contaminació. - Fabricar nous aliments. 2. La Biologia: la ciència de la vida Tema 1: Bioelements i biomolècules

3. Unitat de composició dels éssers vius - Molta diversitat d'éssers vius però una uniformitat química . - Tots els éssers vius que es coneixen estan formats pels mateixos 25 elements químics en la seua major part. - Solament 6 constitueixen el 98 % de tota la matèria viva: C H O N S P - Uniformitat química amb la matèria inorgànica (a nivell atòmic). - La vida té una base química. - Diverses disciplines tracten de desvetlar aqueixa base química (bioquímica, biologia molecular, genètica molecular,…) - Moltíssima més complexitat que la matèria inanimada. Tema 1: Bioelements i biomolècules

3. Unitat de composició dels éssers vius Proporció comparativa d'elements químics entre cos humà, univers i escorça terrestre Tema 1: Bioelements i biomolècules

3. Elements biogènics o bioelements Elements químics que formen part de les molècules dels éssers vius . 70 bioelements diferents presents en quantitats molt variables. - Bioelements majoritaris . * Primaris (95 % matèria viva) C H O N S P * Secundaris (Més escassos però vitals) Mg Ca K Na Cl Bioelements vestigials o oligoelements . (< 0,1 %) * Presents en tots els organismes Fe Mn Cu Zn Co F I B Si V Cr Se Mo Sn * No presents en tots els organismes Resta de bioelements fins a 70 Tema 1: Bioelements i biomolècules

4. El món orgànic - Les molècules orgàniques o biomolècules estan construïdes sobre un esquelet de carboni. - Té forma de cadenes lineals, ramificades o cícliques - En totes elles sol haver grups d'àtoms molt reactius anomenats grups funcionals. Tema 1: Bioelements i biomolècules R- CH 2 -SH Tiol R 1 - CO -R 2 Carbonil (Cetona) R 1 - CH 2 -O-CH 2 -R 2 éter R- COH Carbonil (Aldehid) R 1 - CO-O-CH 2 -R 2 Éster R- CH 2 OH Alcohol R- CO-NH 2 Amida R1- CH 2 -R 2 Metilé R- NH 2 Amín R- OH Hidroxil R- CH 2 - Fenil R- CH 2 -CH 3 Etil R- COOH Carboxil R- CH 3 Metil

Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. Enllaços químics Enllaç covalent: - Uneix els àtoms que formen part de les biomolècules. - Els electrons més externs circulen en orbitals compartits per completar la seua última capa d'electrons * Enllaços no polars: - els electrons es reparteixen uniformement - entre àtoms amb electonegativitat semblant * Enllaços polars :- entre àtoms amb diferent electronegativitat on l’àtom de major electronegativitat atrau més fortament els electrons

* Ponts d'hidrogen: és una associació feble entre un àtom electronegatiu (àtom acceptador) i un àtom d’ H unit covalentment a un altre àtom (donador) * Enllaços iònics: entre molècules orgàniques que presenten grups amb diferent càrrega iònica a la seua superfície * Forces de Van der Waals: e n apropar-se dos molècules, a causa de fluctuacions momentànies de la distribució dels electrons (dipols efímers) * Interacions hidrofòbiques: enllaç feble generat per molècules hidròfobes (o les seues parts no polars) en un medi aquós Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. Enllaços químics Enllaços no covalents : Estabilitzen les estructures moleculars i intervenen en les reaccions específiques que tenen lloc entre les molècules. Tenim:

4. Idoneïtat del carboni Per quin motiu es va triar el carboni com a base de l'esquelet de les biomolèculas? 1. Posseeix 4 electrons desemparellats (4 orbitals híbrids sp 3 ) pel que pot formar quatre enllaços covalents simples distributs tetraèdricament. Salt d'un electró cap a un orbital superior i aparició de 4 orbitals enllaçants Orbitals en configuració espacial tetraèdrica Tema 1: Bioelements i biomolècules La disposició en tetraedre dels quatre orbitals del carboni permet formar molècules tridimensionals .

4. Idoneïtat del carboni -2. El carboni pot formar enllaços covalents , Simples C C Dobles C C Triples C C * Aquests enllaços poden ser amb si mateix el que li permet formar llargues cadenes amb un esquelet de carboni (HIDROCARBURS) * També formar cadenes ramificades . * I anells cíclics . 3. Ha d'haver un equilibri entre la força de l'enllaç i la seua facilitat per a trencar-se (El els 4 enllaços del silici són més dèbils i inestables) Tema 1: Bioelements i biomolècules

4. Idoneïtat del carboni Enllaços que formen alguns bioelements Tema 1: Bioelements i biomolècules 4. L'existència dels grups funcionals permet formar multitud de molècules diferents.

4. Idoneïtat del carboni 5. Ja que la vida interacciona amb les capes terrestres més properes, convé que els elements bàsics de la matèria orgànica puguen circular entre la matèria viva, l'atmosfera, la hidrosfera i la litosfera. El carboni compleix a la perfecció eixe flux entre aquestes capes. * Circula per l'atmosfera en forma de CO 2 * Circula per la hidrosfera en forma d'ió bicarbonat HCO 3 - * Circula per la litosfera en forma de carbonat càlcic CaCO 3 Tema 1: Bioelements i biomolècules

4. Models moleculars Les molècules orgàniques són tridimensionals, la forma de les quals depèn la seua funció. Per a representar la forma s'utilitzen diversos models. Tema 1: Bioelements i biomolècules

4. Models moleculars Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L’aigua * La vida va sorgir en el medi aquàtic. * L'aigua és el component majoritari dels éssers vius ( 65-95 % ). * Es compleix la norma que els éssers vius en estat de vida activa tenen més proporció d'aigua que els que estan en estat de vida latent. * Dins d'un ésser viu, les parts dures tenen més aigua que les blanes. * L'aigua no solament és el suport de la vida sinó que participa activament en ella en forma de nombroses reaccions. Tema 1: Bioelements i biomolècules - Importància de l’aigua:

5. Estructura de la molècula d’aigua L’aigua (H 2 O) té propietats excepcionals en relació amb altres molècules semblants (NH 3 , CO 2 , CH 4 , SH 2 ). Aquestes propietats depenen de la seua estructura : 1. Disposició tetraèdrica dels orbitals sp 3 2. Encara que té una càrrega total neutra presenta una distribució asimètrica dels electrons i la converteix en una molècula polar. Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L’aigua: Els ponts d’hidrogen Els ponts d'hidrogen són atraccions electrostàtiques que s'estableixen entre àtoms amb càrregues parcials de signe oposat. Són enllaços febles (1/20 de la resistència d'un enllaç covalent) i es trenquen fàcilment per escalfament, variacions de pH o de concentració salina. Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L’aigua: Estructura reticular L'aigua es pot considerar un polímer mantingut per ponts d'hidrogen. Aquests enllaços es creen i es destrueixen a gran velocitat però en conjunt mantenen les molècules d'aigua unides entre si. Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L'aigua: Propietats i funcions - Dissolvent universal. - Forma ponts d'hidrogen amb les substàncies dissoltes. - Una substància soluble en aigua ha de ser capaç de formar eixe tipus de ponts. - Les substàncies poden ser: * Substàncies hidrofíliques Solubles en aigua i insolubles en dissolvents orgànics (no polars). Sucre i sal * Substàcies hidrofòbiques I nsolubles en aigua però solubles en dissolvents orgànics. Hidrocarburs i greixos * Substàncies anfipàtiques Solubles en aigua i en dissolvents orgànics. Àcids grassos i fosfolípids 5.1Acció dissolvent Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L'aigua: Propietats i funcions Substàncies hidrofíliques Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L'aigua: Propietats i funcions Substàncies hidrofòbiques Les molècules rebutjades per l'aigua es repleguen sobre si mateixes de tal manera que determinades zones queden molt pròximes i s'estableixen unions més fortes denominades interaccions hidrofòbiques Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L'aigua: Propietats i funcions Substàncies anfipàtiques Aquesta propietat és molt important en la construcció de les dobles capes de lípids que formen les membranes cel·lulars. Tingues en compte que en qualsevol estructura cel·lular membranosa hi ha medi aquós a un costat i a l'altre de la membrana. Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L'aigua: Propietats i funcions Tipus de dissolucions En funció de la grandària de la molècula del solut les dissolucions poden ser: - Dissolucions iòniques Els soluts són electrolits (sals dissociades en ions). - Dissolucions moleculars Els soluts són menudes molècules orgàniques polars o iòniques. - Dispersions col·loïdals No són veritables solucions. Els “soluts” són macromolècules que tenen grups polars amb càrrega elèctrica Tema 1: Bioelements i biomolècules

5. L’aigua: Propietats i funcions Tipus de dissolucions Dissolucions ióniques Els soluts són compostos iònics, sals o electrolits. Tema 1: Bioelements i biomolècules

Tipus de dissolucions Dissolucions moleculars Les molècules poden ser: - Menudes molècules orgàniques polars com el sucre o la glucosa. * Posseeixen grups R-OH que permeten establir ponts d’hidrògen. - Menudes molècules orgàniques iòniques com els àcids orgànics o els aminoàcids. * Poseen grupos ionizados R-NH 3 + y/o R-COO - . Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L’aigua: Propietats i funcions

Propietats de les dispersions col·loïdals o col·loides Solen ser grans molècules orgàniques: Proteïnes, àcids nucleics i polisacàrids. Les macromolècules són polars i estableixen ponts d'hidrogen. - A pesar de la seua gran grandària les macromolècules no sedimenten. - Una dispersió col·loidal pot presentar-se en dos estats: * Aspecte semifluïd o sol (comportament con una dissolució) * Aspecte gelatinós, *emisólid o gel (es comporta com una gelatina) Exemples: El citoplasma cel·lular o la clara d'ou són sols. Aquests estats són reversibles. Ex: ameba per desplaçar-se Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions Tipus de dissolucions Dispersions col·loïdals: No són veritables solucions. Són mescles on una substància que té una grandària de centèssimes de micròmetre (entre 0,1 µm i 0,001 µm) es dispersa en un medi (les molècules del medi seran menors).

Funcions com a dissolvent Medi on transcorre la majoria de les reaccions metabòliques. - Les macromolècules organitzen la seua estructura tridimensional envoltant-se de molècules d'aigua. - És el mitjà de transport de nutrients i productes de rebuig. - En els compostos tòxics: -S'incrementa la seua solubilitat. - Es diluïxen en aigua per a rebaixar la seva toxicitat. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Força de cohesió Els ponts d'hidrogen incrementen el grau d'unió de les molècules d'aigua. - Es converteix en un líquid incompressible . Actua d'esquelet hidrostàtic en la cèl·lula i en alguns animals invertebrats. - Provoca turgescència en vegetals. - En la superfície les molècules d'aigua formen una espècie de pel·lícula elàstica. Es coneix com tensió superficial a aquesta propietat. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Força d’adhesió - Definició : La força que manté unides molècules de substàncies diferents . - Els ponts d'hidrogen intervenen. - És responsable del fenomen conegut com capil·laritat. - Es manifesta més intensament entre superfícies molt juntes o tubs de diàmetre inferior a un pèl. - La saba bruta ascendeix en part per capil·laritat. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Calor específic Definició : Quantitat de calor necessària per a elevar la seua temperatura. - La temperatura és la manifestació de l'agitació de les molècules d'una substància: A més agitació més temperatura. Per a incrementar l'agitació de les molècules és necessari donar-los energia. Si les molècules estan unides, cal afeblir o trencar primer eixes unions perquè puguen vibrar. En l'aigua cal invertir bona part de la calor absorbida per les molècules a trencar els ponts d'hidrogen amb les seues veïnes. La resta d'energia s'emprarà a fer vibrar les molècules, és a dir, a incrementar la seua temperatura. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Calor específic L'aigua tarda molt en calfar-se. També tarda molt en refredar-se. L'aigua compleix la missió d'amortidor tèrmic dins dels éssers vius evitant canvis bruscs de temperatura. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Calor de vaporització Definició : Calor que cal subministrar a l'aigua perquè s'evapore. És molt major que per a altres substàncies líquides. Cal que cada molècula trenque els ponts d'hidrogen que estableix amb les seues veïnes per a poder alliberar-se i passar a l'estat de vapor. Actua com sistema de refrigeració a l'evaporar-se d'una superfície. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Usos bioquímics de l’aigua Fotosíntesi * Es produeix la fotolisi de l'aigua i alliberament d'O2 * S'aprofiten els electrons i els ions H+ de l'aigua. Reaccions metabòliques d’hidrólisi . * I ntervé l'aigua com un reactiu més. * S'empren en el trencament de grans polímers (proteïnes, polisacàrids, etc. ) * Són molt freqüents en els processos digestius. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Aigua líquida i sòlida - A pressió normal (nivell del mar): Temperatura < 0 ºC Aigua sòlida (gel) Temperatura > 0 ºC i < 100 ºC Aigua líquida Temperatura > de 100 ºC Aigua gasosa (vapor d’aigua) - En el gel les molècules d'aigua es col·loquen en una xarxa tridimensional ordenada mantinguda per 4 ponts d'hidrogen entre les molècules d’aigua. - La xarxa de molècules d'aigua en el gel és menys compacta que la xarxa de molècules en l'aigua líquida. AL ser menys dens el gel sura sobre l'aigua líquida. - Fins a arribar als 4 ºC l'aigua es contrau al refredar-se. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Aigua líquida i sòlida La xarxa ordenada de molècules d'aigua del gel és una xarxa cristal·lina com la de qualsevol mineral . En establir-se 4 ponts d'hidrogen per cada molècula la xarxa és menys compacta que la de l'aigua (3,4 enllaços de terme mitjà) Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

Aigua líquida i sòlida Fins als 4 ºC en una massa d'aigua s'estableixen corrents tèrmics. L’ aigua freda descendeix L’ aigua calenta ascendeix L'aigua es comença a congelar per la superfície. En rius i llacs el gel protegeix a la resta de la massa d'aigua del fred extrem. Tema 1: Bioelements i biomolècules 5. L'aigua: Propietats i funcions

6. Sals inorgàniques o minerals Són substàncies inorgàniques Podem encontrar-les en el món inanimat. Poden ser: * Solubles en aigua * Insolubles en aigua - En funció d’aquest paràmetre acompleixen funcions distintes. Tema 1: Bioelements i biomolècules

Sals minerals insolubles en aigua Estat sòlid Funció plàstica Confereixen rigidesa i resistència a les estructures biològiques. Closques Esquelet intern En cèl·lules vegetals Orientació Animals CaCO 3 en crustacis, mol·luscos i algunes algues. Silícis en radiolaris i diatomees. En vertebrats fosfat, clorur, fluorur i carbonat càlcic. Fluorur càlcic en l’esmalt de les dents. Incrustacions silícies en fulles i tiges (tiges de canya, fulla d’ortiga, fulles de cereals). Rebutjos metabòlics en forma d’oxalat càlcic en cèl·lules. Otòlits de l'òrgan de l'equilibri (CaCO3). Partícules de magnetita en nombroses espècies Tema 1: Bioelements i biomolècules 6. Sals inorgàniques o minerals Mineralització de les parets de cel·lulosa

Sals minerals solubles en aigua Disociades en ions: Electròlits Funció no plàstica Funció Catalítica Funció osmòtica Funció tamponadora Mantenen el pH constant. Sistema CO 3 2- / HCO 3 - Sistema H 2 PO 4 - / HPO 4 = Cu + , Mn 2+ , Mg 2+ , Zn + ... Cofactors enzimàtics. Fe 2+ /Fe 3+ ................ Grup Hemo. Mg 2+ ..................... Clorofiles. Ca 2+ ..................... Contracció muscular. Ca 2+ , Na + , K + , Cl - Creació de gradients electroquímics. Transmissió de l’impuls nerviós. Sinapsi neuronal. Secreció cel·lular. Moviment d’aigua entre compartiments. Tema 1: Bioelements i biomolècules 6. Sals inorgàniques o minerals Funció nutrient Els autòtrofs utilitzen NO - 3 , SO 2- 4 , PO 3- 4 ,… per a sintetitzar compostos orgànics

7. Òsmosi i pressió osmòtica Difussió Transport actiu Per a substàncies a les que la membrana és permeable. Movimient de soluts - No requereix energia - Per a substàncies a les que la membrana és impermeable - Requereix energia - Transportadores de membrana Òsmosi Movimient d’aigua Requereix membrana semipermeable Definicions: Òsmosi : Difusió passiva d'aigua a través d'una membrana semipermeable des de la dissolució més diluïda a la més concentrada. Pressió osmòtica : Pressió necessària per a detenir el flux d'aigua a través de la membrana semipermeable . Tema 1: Bioelements i biomolècules

H 2 O H 2 O La diferència de concentració fa entrar aigua en A. A major diferència de concentració major altura arribarà el nivel de la disolución en A A B B A Quan les concentracions s’ igualen segueix havent moviment d’aigua però la quantitat que ix d’un compartiment és la mateixa que entra en ell. Membrana semipermeable Tema 1: Bioelements i biomolècules 7. Òsmosi i pressió osmòtica

A B B A Dissolució hipertònica (Hiperosmòtica) Dissolució hipotònica (Hiposmòtica) Dissolucions isotòniques (isosmòtiques) + concentrat - concentrat Igual concentración Tipos de disoluciones en función de la concentración de solutos. Tema 1: Bioelements i biomolècules 7. Òsmosi i pressió osmòtica

Turgescència - Si una cèl·lula es col·loca en un medi hipotònic guanya aigua i s'infla. - Pot esclatar si és una cèl·lula animal. - No esclata si té paret cel·lular (cèl·lules vegetals i fongs). Plasmolisi - Si una cèl·lula es col·loca en un medi hipertònic perd aigua i s'arruga. - Mor si perd molta aigua. Tema 1: Bioelements i biomolècules 7. Òsmosi i pressió osmòtica

Tema 1: Bioelements i biomolècules 7. Òsmosi i pressió osmòtica

8. Ionització de l’aigua i escala de pH - L’aigua s’ionitza donant lloc a ions hidroxil ( OH - ) i hidroni ( H 3 O + ). Encara que per conveni s'utilitza el símbol H+ per a l'ió hidroni la seva estructura real és H 3 O + . - En l'aigua no hi ha protons (H+) nus sinó hidratats (H 3 O + ) A 25ºC Producte iònic de l’aigua =(H + )·(OH - )=1·10 -4 M Aigua pura (químicament neutra) (H + )=(OH - )= 1·10 -7 Tema 1: Bioelements i biomolècules

Concepte de pH - Mesura l'acidesa o basicitat (alcalinitat) de les dissolucions aquoses. - Ve definit per la concentració d'ions hidroni (H+). - Aquesta concentració arriba a valors molt petits en les dissolucions aquoses. Si observes la columna esquerra veuràs que aquesta concentració té uns valors tan petits com 0,00000000000001 (10 -14). Una simple transformació matemàtica deixa nombres molt més fàcils de treballar . Tema 1: Bioelements i biomolècules 8. Ionització de l’aigua i escala de pH

Escala d’acidesa - L' aigua químicament pura es considera neutra quant a l'acidesa. - És a dir, existeixen el mateix nombre d'ions H+ i d'ions OH-. - El producte iònic de l'aigua ( %[H+] x %[OH-] ) a 25 ºC és de 1 x 10-14. - Llavors %[H+] = 1 x 10-7 ; pH = 7. - D'aquí resulta l'escala d'acidesa de les dissolucions. Tema 1: Bioelements i biomolècules 8. Ionització de l’aigua i escala de pH

Sistemes tampó - Estan formats per un àcid dèbil i la seva base conjugada o bases dèbils i els seus àcids conjugats - Estabilitzen el pH al voltant d'un valor determinat encara se s’afegeisca un àcid o una base a causa del desplaçament de l’equilibri de la reacció. - El seu funcionament es basa en un parell de substàncies que actuen com donador-acceptor de protons segons convinga. Poden ser de naturalesa orgànica com les proteïnes, aminoàcids, hemoglobina inorgànica com el tampó bicarbonat i fosfat. És una funció molt important en els éssers vius ja que les proteïnes són molt sensibles a petits canvis de pH. Tema 1: Bioelements i biomolècules 8. Ionització de l’aigua i escala de pH

Sistema tampó monofosfato – bifosfato o sistema tampó fosfat - Manté pH estable al voltant de 7,2 Sistema tampó carbonat-bicarbonat o sistema tampó bicarbonat - Manté pH estable al voltant de 7,5 - En el plasma sanguini Sistemes tampó Tema 1: Bioelements i biomolècules 8. Ionització de l’aigua i escala de pH CO 2 +H 2 0 H 2 CO 3 HCO 3 - +H + H 3 O + Entrada de H 3 0 + a la disolució Eixida de H 3 0 + de la disolució Entrada de H+ a la disolució Eixida de H+ de la dissolució

�ݺ�ߣ

Tema 1. Bioelements I Biomolècules

More Related Content

Tema 1. Bioelements I Biomolècules