Bioelementos y biomoléculas: agua y sales minerales, presentación de IES Jorge Manrique

Bioelementos y biomoléculas: agua y sales minerales

Bloque 1: La base molecular y fisicoquímica de la vida

ÍNDICE

Tema 1. Bioelementos y biomoléculas: agua y sales minerales

1. Enlaces químicos.
2. Bioelementos.
1. Bioelementos primarios.
2. Bioelementos secundarios.
3. Oligoelementos.
3. Biomoléculas o principios inmediatos.
4. El agua.
1. Estructura molecular del agua.
2. Propiedades del agua.
3. Funciones del agua en los seres vivos.
5. Sales minerales.
6. Regulación del medio interno celular.
7. Dispersiones coloidales.
8. Técnicas de separación de biomoléculas.

C H O 19 16 N P S

Enlaces químicos

Conceptos fundamentales

O Elemento químico (sustancia simple): constituida por un solo tipo de átomos. No se pueden descomponer en otras sustancias por medio de reacciones químicas. Ej: H, O, C, Fe ...

Átomo: parte más pequeña de un elemento químico. Núcleo con protones y neutrones y corteza con electrones.

- 1 I I + + + - + + + + + + - + I 1 - - - Hidrógeno H C6 Nº Carbono O8 Nitrógeno Oxígeno 3

Enlaces químicos

Conceptos fundamentales

I Molécula: unión de dos o más átomos. ❏ Moléculas homogéneas: átomos del mismo tipo (O2, H2, N2). ❏ Moléculas heterogéneas: átomos diferentes (H2O, CO2, CH4).

I Sustancia compuesta: formada por dos o más elementos químicos que pueden separarse por medio de reacciones químicas (FeO, Al2O3).

Enlace químico: unión entre átomos, moléculas y iones* para mayor estabilidad. *Ion: átomo o molécula con carga eléctrica (aniones (-) y cationes (+)).

Enlaces químicos

Conceptos fundamentales

Regla del octeto: los iones de los elementos químicos de la Tabla Periódica tienden a completar los últimos niveles de energía con 8 e- para ser más estables y menos reactivos. ❏ Alta electronegatividad -> tienden a ganar e -. ❏ Baja electronegatividad -> tienden a perder e -.

Dióxido de carbono c 8 electrones 8 electrones 8 electrones

Agua H H 2 electrones 8 electrones 2 electrones

Difluoruro de oxígeno · : F 8 electrones · F : 8 electrones 8 electrones

Enlaces químicos

A) Enlace iónico

Unión química entre atomos muy electronegativos y atomos muy electropositivos. O El átomo electronegativo capta electrones del electropositivo -> aniones (-) y cationes (+) unidos por atracción electrostática forman redes cristalinas.

Sales minerales: estructuras sólidas o forma iónica en disolución acuosa.

Átomo de sodio (Na) Átomo de cloro (CI) Cloruro de sodio (NaCI) + Ión de sodio Ión de cloro Na C Na CI Enlace iónico

Enlaces químicos

B) Enlace covalente

Unión entre átomos que comparten electrones. Enlace muy fuerte. I Entre átomos muy electronegativos* (no-metálicos) -> I Los e- compartidos se desplazan hacia el átomo más electronegativo -> dipolo eléctrico. ] Simple (1 par e-), doble (2) o triple (3).

Electronegatividad *Electronegatividad: capacidad de un átomo de atraer electrones.

· Electronegatividad similar -> moléculas apolares, sin carga eléctrica (H2, O2, hidrocarburos ... ).

. Electronegatividad muy distinta moléculas polares o dipolares (H2O, NH3, ... ). Con polo (+) y (-).

Molécula de agua (H,O) Átomo de oxígeno (O) Átomo de hidrógeno (H) Átomo de hidrógeno (H)

Enlaces químicos

C) Enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno

Union específica entre atomos de hidrógeno y elementos muy electronegativos (F, O y N). I Enlace muy débil. El e- del H es fuertemente atraído por el núcleo del otro elemento -> el núcleo del H muestra un carácter muy positivo y atrae e- de elementos cercanos.

enlace covalente polar a+ a+ S- a- I S- O S+ H S+ +5 I SI S. I SI puente de hidrógeno khanacademy.org Puente de Hidrógeno a+ y a- a+ a- 1 - a+ 1 a+ a+ a+ a+ a- 1 1 H9

Enlaces químicos

D) Enlace por fuerzas de Van der Waals

Unión entre moléculas apolares o grupos apolares de una misma molécula. Distribución electrónica al azar, se vuelve asimétrica momentáneamente -> dipolos instantáneos -> atracciones electroestáticas. Cuanto más grande es la molécula, más fuerza consigue el enlace.

molécula polar molécula polar 8+ 8 8+ 8 molécula polar to 8 molécula apolar e e e dipolo permanente dipolo inducido e e e e 8+ 8 molécula apolar molécula apolar e e ℮ e ℮ dipolo inducido dipolo inducido e e e e e e 8+ 8 8+ 8 e e 8+ 10

Enlaces químicos

D) Enlace por fuerzas de Van der Waals

Molécula no polar 6+ 6- Transforma- ción en dipolo instantáneo 5+ 6- Aproximación del dipolo instantáneo a una molécula no polar Dipolo instantáneo 6+ 6- 5+ 6- Dipolo inducido Dipolo instantáneo Interacción dipolo instantáneo dipolo inducido Dipolo inducido

Enlaces químicos

D) Enlace por fuerzas de Van der Waals

¿Sabías que ... ? 11 macrostructure mesostructure F microstructure 75 micrometers fine microstructure 5 micrometers Las salamanquesas (Tarentola mauritanica) utilizan estas fuerzas para pegarse a las superficies sobre las que trepan. Tienen millones de estructuras de queratina en los dedos (similares a pelos) que generan suficiente fuerza para que se adhieran a techos y paredes.

Bioelementos

Clasificación: > PRIMARIOS: 99% mat. viva (biomoléculas) C, H, O, N, P, S > SECUNDARIOS: menor porcentaje. Na, K, Ca, Mg, CI > OLIGOELEMENTOS: < 0,1% (funciones esenciales) Fe, Cu, Zn Mn, I, Ni, Co ...

Elementos químicos que constituyen la materia viva.

ALL YOU NEED IS C, H, O, N, P, S

Bioelementos

Bioelementos en la tabla periódica

H LA Be B CIN 10 F Ne Na Mg AU Silp S CI År K Ca Sc Ti Cr Fe Co NA Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y tr Nb M. Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn 1Sb Te Xe Cs Ba La HETa W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn BioELEMENTOS He Elementos primarios Oligoelementos Elementos secundarios

Bioelementos

Comparativa de bioelementos en la corteza terrestre y seres vivos

Los bioelementos mayoritarios no coinciden (salvo el oxígeno) con los elementos químicos más abundantes en la corteza terrestre ... ¿POR QUÉ?

% de los bioelementos 49 47 25 12 8,17 2,5 0,2 0,14 0,04 1,1 0,05 trazas 0,01 trazas H 0 C N P Al Fe Si bioelementos 3.1. Diagrama de bloques comparativo de algunos bioelementos mayoritarios con sus concentraciones en los seres vivos y en la corteza terrestre. proporción en la materia viva proporción en la corteza terrestre 28 26

Bioelementos

Formación de la materia viva

La materia viva no se ha formado a partir de los elementos más abundantes (a excepción del oxígeno) sino a partir de aquellos que son capaces de constituirla. 1 Propiedades características

Bioelementos

2.1. Bioelementos primarios

> PRIMARIOS: 99% mat. viva (biomoléculas) C, H, O, N, P, S O Indispensables para formar biomoléculas orgánicas. Forman enlaces covalentes estables.

La materia viva no se formó a partir de los elementos más abundantes, sino de los más idóneos para construir estructuras y realizar las funciones vitales que aumenten la posibilidad de supervivencia celular.

Bioelementos

Clasificación de bioelementos

Otros 4.0% Calcio 1.5% Fósforo 1% Potasio 0.4% Azufre 0.3% Sodio 0.2% Cloro 0.2% Magnesio 0.1% Bioelementos primarios Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Azufre (S) Bioelementos secundarios Sodio (Na), Potasio (K), Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Cloro (CI) y Hierro (Fe) 3.2% Nitrógeno 1 9.5% Hidrógeno 18.5% Carbono Heydepere (S) 65.0% Oxígeno

Bioelementos

La vida basada en cadenas de silicio

¿Sería posible la vida basada en cadenas de silicio? TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS Grupo 1 18 Período 1 8 15,9 Masa atómica Halógenos Alcalinotérreos 13 14 15 16 17 2 Be Berilio Metaloides Lantánidos Boro Nitrógeno Oxigeno Oxígeno Nombre Otros metales Actinidos Na Sodio Mg Magnesio 4 5 6 8 9 10 11 12 4 K Potasio Ca Calcio Sc Escandio Ti Titanio V Vanadio Cr Cromo Mn Manganeso Fe Hierro Co Cobalto N Nique Cu Cobre Zn Cinc Ge Germano As Arsénico Se Seleric Br Brom KI Kriptón Rb Rubidio Sr Estroncio Zr Circonio Nb Niobio Mo Molibdeno Tc Tecnecio Ru Rutenão Rh Pd Paladio Ag Płata Cd In Sn Estañe Te Teluro - Xe Cadmio Indio Antimonio Vindo Xenón Cs Ba Lu Lutecio H Hafnio Ta Tantalo W Volframio Re Renio Os Osmi Ir Au Hg Mercurio TI Talio Pb Plomo Bi Bismuto Po Polonio At Astato Rn Fr Francio Ra Lr Rf Db Dubnio Sg Bh Bohrio Hs Hassio Mt Meitnerio Rg Roentgenio Nh Nihonio FI Flerovto Mc Moscovo LV Ts Og Laurencio Rutherfordio Seaborgio Darmstatio Copernicio Uhermorio Tenese Oganesón 157.2 162.5 1649 167.3 168.9 1710 La Lantano Ce Carlo Pr Praseodimio Nd Neodimio Pm Prometio Sm Samario Eu Europic Gd Cadolinio Tb Tarbio Dy Ho Holmio Er Erbio Tm Tulo Yb Ac Actinio Th torio Pa U Np Pu Am Cm Currie Bk Cf Es Fm Fermig Md Mendelevio No Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Berquello Californio Einstenio Nobelio · Mismo grupo del sistema periódico -> propiedades comunes. · Puede unirse a otros 4 átomos por enlaces tetraédricos -> cadenas de átomos de silicio. PEEEEERO ... 2661 109 (268) 0772 2891 1409 144.2 0575 1503 1520 (243) (247) S 100 056 102 212.0 21 9 72.6 1029 48 118.7 200.6 207 209 18 AI Alumino Si P Fósforo S Azurtre CI Cloro Ar Argon 20 20 Metales de transición H Hidrógeno He Helo Símbolo químico O No metales Metales alcalinos B C Carbono N F Ne Neon Y Sb 6 Pt Platin Ds Cn 158.9 Disprosio 18 2 Número atómico Gases nobles 7 Ga

Bioelementos

Silicio y la vida

Si C El átomo de silicio es de mayor tamaño -> dificulta la estabilidad de las cadenas largas -> los teóricos compuestos que se formarían no podrían mantenerse -$ -$. Si O Siliconas SILICONAS: cadenas en las que se alternan átomos de silicio y oxígeno y a las que pueden unirse grupos funcionales. Estas moléculas podrían constituir la base de los compuestos químicos de hipotéticos seres vivos. Sin embargo, su reactividad sería mucho menor que la de los compuestos carbonados y las reacciones bioquímicas mucho más lentas.

Bioelementos

Razones por las que el silicio no es un elemento básico

¿Por qué no el Si como elemento básico? 0 Enlaces entre Si-Si son inestables. Enlaces entre otros átomos: R-Si-O (silicona), dificulta reacciones. Combinación con O2: SiO2 es sólido e insoluble y dificulta el intercambio de gases. I El Si no forma enlaces variados.

Tabla 2.1. Proporción de los elementos químicos en la geosfera y biosfera

Elemento Símbolo Nº atómico % en Geosfera % en Biosfera Hidrógeno H 1 0,95 9,31 Carbono C 6 0,18 19,37 Nitrógeno N 7 0,03 5,14 Oxígeno O 8 50,02 62,81 Flúor F 9 0,10 0,009 Sodio Na 11 2,36 0,26 Magnesio Mg 12 2,08 0,04 Aluminio Al 13 7,30 0,001 Silicio Si 14 25,80 Despreciable Fósforo P 15 0,11 0,64 Azufre S 16 0,11 0,63 Cloro CI 17 0,20 0,18 Potasio K 19 2,28 0,22 Calcio Ca 20 3,22 1,38 Hierro Fe 26 4,18 0,005