Biología . 2º Bachillerato

Composición química de los seres vivos

Compuestos Inorgánicos


Agua  
Sales minerales  
Gases disueltos  
     
Fórmulas de Compuestos inorgánicos  

Agua

Estructura 3D

El agua es un compuesto esencial para los seres vivos.

Las células viven en agua. La tienen tanto en el interior como en el exterior.

Entre un 60 y 95% en peso de los organismos vivos es agua.
Entre el 80 y 95% en células y tejidos activos.

Este alto contenido en agua se debe al origen acuático de las primeras células.
En organismos aéreos han conservado este agua creando un medio interno acuático

El menor porcentaje de agua en los seres vivos se encuentra en:

- Tejidos poco activos: Esqueletos y estructuras protectoras en animales y plantas
- Reservas de grasa: Tejido adiposo, parénquima de reserva con aceites en plantas
- Abundancia de membranas celulares: mielina (predominantemente lipídica)
- Formas de resistencia: Semillas, esporas, virones de virus.

Los organismos jóvenes suelen tener más porcentaje de agua que los adultos o seniles.

El agua es abundante en la superficie terrestre aunque muy variable en diferentes zonas.

Es el factor limitante de la dsitribución de muchos animales y plantas continentales.

Características químicas

El agua es una molécula polar debido a la diferente electronegatividad de los átomos de H y O

Su grado de ionización es escaso

En agua neutra [H+]=[OH-]=10E-7 M. pH=7
En equilibrio [H+].[OH-]=10E-14 M

El enlace de estos elementos se realiza con un ángulo de 104º

Cada molécula de agua puede establecer cuatro puentes de hidrógeno
El número de puentes disminuye con la temperatura
A temperatura ambiente unas 6 a 10 moléculas unidas.
Estos enlaces duran fracciones de milisegundo pero se vuelven a formar otros nuevos

La polaridad y la estructura reticular de los puentes de H dan sus propiedades características anómalas para su escso peso molecular.

Propiedades

Gran fuerza de cohesión entre moléculas
La diferente distribución de cargas y los enlaces de hidrógeno ligan a las moléculas de agua.
Le confieren propiedades de una molécula de mayor tamaño

Líquida a temperatura ambiente.
Puntos de fusión y ebullición altos.

Alto calor de vaporización (paso de líquido a gas)
540 cal/g

Esto da lugar a la pérdida de calor por evaporación

Alto calor específico:
1cal/g/ºC aprox
Gran inercia térmica

Escasa compresibilidad
Sus moléculas se encuentran muy próximas y no puede a penas comprimirse más

Elevada tensión superficial
Se comporta como una membrana la superficie en contacto con el aire debido a las fuerzas entre sus moléculas
 
Comparativa de puntos de fusión y ebullición del agua y otras moléculas
Compuesto
peso molecular
Fusión (ºC)
Ebullición (ºC)
Densidad (g/cm3)
H2
2
-252
-250
-
CH4
16
-183
-164
-
NH3
17
-78
-33
-
H2O
18
0
100
1,00
HF
19
-83
20
 
N2
28
-210
-195
-
O2
32
-218
-183
-
CO2
48
 -78
 -57
-
CH3CH2OH
46
-114
78
0,79
CH3COOH
60
17
118
1,05
C4H10
58
 -138
 -1
-
C8H18
114
-57
126
0,70
C12H26
 
-10
216
0,75

Elevada polaridad

Disolvente de sustancias polares e iónicas.

Establece con ellas puentes de H que debilitan las uniones del soluto y lo incorporan al agua rodeándolo
Este proceso produce una constante dieléctrica muy elevada lo que permite mantener los iones en disolución.

Fuerza de adhesión a superficies polares.

Capilaridad

 

Menor densidad en estado sólido.

 

Como casi todos los materiales el agua aumenta de densidad según disminuye la temperatura (las moléculas vibran menos y ocupan menos espacio) pero este aumento se detiene a temperaturas próximas a la congelación:

Máxima densidad del agua se produce a 4ºC.

Este fenómeno es raro en otros compuestos químicos y se debe a que la organización de las moléculas en estado sólido deja más huecos que cuando estaba líquida

Este fenómeno es muy importante en ecología y climatología: Hace que el hielo flote en agua líquida y que el agua a 4ºC se hundabajo capas a otras temperaturas.

Funciones del agua

El agua cumpe numerosas y muy importantes funciones en los seres vivos

 

Disolvente

Buen disolvente de sustancias iónicas y polares. Se las denomina entonce Hidrófilas o Hidrofílicas
Segregación de moléculas apolares Hidrófobas o Hidrofóbicas
Permite reacciones químicas celulares: medio fluido

Reactivo químico

Especialmente sus productos de ionización: H+ y OH-
Dan lugar a Hidrólisis. Si participa además la luz Fotolisis

Transporte

El agua es líquida a las tremperaturas habituales que mantienen los seres vivo. Por lo tanto un medio fluido

En este medio pueden transportarse:
- Sustancias en disolución verdadera: moléculas individuales
- Sustancias en disolución coloidal: macromoléculas o agrupaciones cargadas
- Sustancias en suspensión: Insolubles pero mantenidos en la corriente por movimiento turbulento

Las sustancias transportadas son variadas y fundamentales para la vida:
- Nutrientes
- Desechos
- Mensajeros
- Células en organismos pluricelulares


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Estructural

Proporciona volumen y forma a las células
Esqueleto hidrostático en organismos pluricelulares

Circulación por capilaridad

Tendencia a ascender en medios hidrofílicos.
Ej: Ascenso de savia en plantas. Hidratación de semillas. Aparato chupador de moscas

Lubricante

Disminuye el rozamiento
Ej. Conducción por digestivo. Deslizamiento gasterópodos. Superficie algas

Amortiguador mecánico

Deformación en golpes. Disminuye la energía/volumen

Termorregulación

Enfriamiento por alto valor de vaporización
Ej Sudor o jadeo en vertebrados

Inercia térmica en seres vivos grandes por alto calor específico

Amortiguador de pH

H3O+ <--> H2O <--> HO-
Al poder emitir y secuestrar protones atempera el pH

Obtención

El agua es una molécula fundamental que todos los seres vivos deben obtener y conservar en grandes cantidades.

Se puede obtener de varias maneras

Ingestión directa en forma líquida
Del medio líquido células y organismos pluricelulares

Ingestión en alimentos
Muchos alimentos que toman animales o protistas son muy ricos en agua

Producto de reacciones químicas
La principal la respiración

En muchos casos factor limitante de la distribución de especies.
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Sales minerales

Se encuentran en disolución, precipitadas o asociadas a compuestos orgánicos

Las principales son:

Cationes
Na+
K+ Ca++ Mg++    
Aniones Cl- PO4--- CO3 -- NO3- NO2- SO4--

Funciones

Tampón de pH
Regulación muy estricta. Humanos 7.00 - 7.40 - 7.80
H2CO3 <--> HCO3- <--> CO3--
H3PO4 <--> H2PO4- <--> HPO4-- <--> PO4---
Regulación de fenómenos osmóticos
Todos
Reacciones eléctricas celulares
Na+ . K+ . Ca++ . H+
Su paso a través de las membranas cambia el voltaje (carga eléctrica) de la célula
Especialmente importante en células nerviosas y musculares
Mensajeros celulares
Ca++ . K+ . Na+
Su presencia o ausencia en el citoplasma celular cambia el comportamiento de la célula
Equilibrio eléctrico celular
Na+ . K+ . Cl-
Intervienen en el mantenimiento de la carga eléctrica de las células
Formaciones esqueléticas

Estructural y protección
Esqueletos de vertebrados, moluscos, corales, esponjas, protistas, plantas, etc
Principales compuestos formadores de esqueletos inorgánicos:
CaCO3 . Ca3(PO4)2 . SiO2 . CaF2

Formaciones en tejidos y órganos
Resistencia de paredes celulosa de gramíneas
Oolitos de órganos audituvos y del equilibrio en animales
Obtención de elementos para compuestos orgánicos
NO3- SO4-- PO4--- CO3--
Fuente de nitrógeno, azufre, fosfato y carbono.
Especialmente importante en autótrofos
Estabilización de dispersiones coloidales
Permiten que las micelas de las dispersiones permanezcan cargadas y, por tanto, no se aglomeren y separen del agua
Estabilización y función de proteínas
Mg++ . Mn++ . I- . Fe++ . Fe+++ . Co++ . PO4--- . Zn++
Son frecuentes cofactores de las proteínas; esenciales para su funcionamiento. Metaloproteínas.
Ver proteínas
Obtención de oxígeno en respiraciones anaerobias
NO3- . SO4--
En ausencia de oxígeno molecular algunas bacterias pueden respirar con estas oxisales

Obtención

  • Del medio disueltas
  • En alimentos
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Gases disueltos

En los seres vivos existen otra serie de moléculas inorgánicas no iónicas que suelen ser pequeñas y tener poca polaridad por lo que son gases a temperatura ambiente

Los principales son:

 
O2
N2 CO2 NO  H2S  

 

Oxígeno . O2

Molecula apolar poco soluble en agua

Muy oxidante. Tóxica en principio para las células

Aprovechada en el proceso de respiración: Respiración aerobia
Oxidación de materia orgánica para la obtención de energía.
Se produce en mitocopndrias de eucariotas y en membranas de procariotas

Residuo en fotosíntesis por fotolisis del agua
Se produce en cloroplastos de eucariotas y en membranas de procariotas

Oxígeno en pubchem

Nitrógeno . N2

Molecula apolar poco soluble en agua

Es un gas poco reactivo
Inerte excepto para bacterias y cianobacterias fijadoras de nitrógeno
Lo convierten en nitrógeno ligado a moléculas orgánicas

Nitrógeno en pubchem

Dióxido de Carbono . CO2

Molécula polar. Soluble en agua

Fuente principal del C en seres vivos: Se incorpora a partir de la atmósfera o la hidrosfera en Fotosíntesis y Quimiosíntesis

Residuo de obtención de energía por respiración

Dióxido de carbono en pubchem

Óxido Nítrico . NO

Mensajero en algunos organismos animales

Óxido nítrico en pubchem

Sulfuro de hidrógeno. H2S

Mensajero en algunos organismos animales

Posible molécula dadora de electrones en fotosíntesis anoxigénica

Sulfuro de hidrógeno en pubchem

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