Función e importancia de los bioelementos en el mantenimiento de la homeostasis

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Funciones S.V


Obtención de energía del medio ambiente (Nutrición) y utilización para la autoperpetuación (Relación y Reproducción).Los S.V formados por combinación 25 elementos químicos, 6 de ellos constituyen el 98% de la materia viva. 

Idoneidad de los elementos químicos de la vida:

fueron seleccionados a causa de su idoneidad para construir estructuras y realizar funciones para aumentar supervivencia de las células. La vida surgíó en los mares primitivos.Los elemn.Quimic de la vida, seleccionados por 2 parámetros: 1-Comportamiento en el medio acuoso; 2- Reactividad de los átomos y los tipos de enlace.

Bioelementos:

Aquellos que forman las moléculas indispensables para la vida (biomoléculas). Elementos biogénicos mayoritarios (11): -
Primarios (6)(95%): C,N,H,O,S,P.-
Secundarios (5): Mg,Ca,K,Na,Cl.

Oligoelementos

Son los restantes elementos biogenéticos, su carencia puede acarrear graves trastornos, muchos de ellos son indispensables para la catálisis enzimática y para la actividad de diversas proteínas. -
Oligoelementos esenciales en todos los organismos (5): Fe,Mn,Cu,Zn,Co.-

Oligoelementos no esenciales en todos los organismos

Los restantes.

Biomoléculas

Sustancias orgánicas e inorgánicas a partir de las cuales a se constituye la materia viva de los organismos y están formadas por la combinación entre sí de los bioelementos unidos mediante enlaces.-

Bio.Inorgánicas

agua, sales minerales y moléculas gaseosas (O2,CO2 y N2).-

Bio.Ogánicas

Hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

La idoneidad del carbono:

los organismos vivos concentran carbono en grandes proporciones, con él se forma la columna vertebral de las biomoléculas y de todos los compuestos orgánicos. La uníón de los átomos de carbono es mediante enlaces covalentes que forman cadenas lineales, ramificadas  o cíclicas y están unidos a otros grupos de átomos formando los distintos grupos funcionales.

-Número atómico:6, su configuración electrónica es:1s1,2s1,2p2, tiene Valencia 2, sin embargo desaparea un electrón orbital 2s2, q pasa a ocupar el 2pz, y posee de esta forma un máximo de electrones desapareados.


-Entre el orbital 2s1 y los tres orbitales 2px1, 2py1 y 2pz1, se forman 4 orbitales híbridos sp3. Así adquiere Valencia 4, le permite formar 4 enlaces covalentes simples, al aceptar electrones para compartir sus 4 orbitales enlazantes.-Los enlaces entre los átomos pueden ser simples, dobles o triples y permiten construir cadenas más o menos largas, lineales o ramificadas y anillos cíclicos. A causa de la configuración tetraédrica de sus orbitales, se pueden conseguir moléculas con estructuras tridimensionales diferentes.-El silicio puede formar cadenas, establece enlaces Si-Si que son más débiles e inestables que los enlaces de carbono. Los enlaces deben ser estables para construir moléculas resistentes, pero suficientemente débiles para que puedan romperse en las reacciones bioquímicas.-El CO2 es anormalmente estable, soluble en agua y permanece en estado gaseoso, condiciones para que pueda ser utilizado en la fotosíntesis. El compuesto análogo que se forma con el silicio es la sílice, es sólida, insoluble en agua y de difícil captación.-las distintas combinaciones del carbono con otros elementos permiten la aparición de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas(alcoholes, cetonas, aminas…).

Bioquímica

Estudia los compuestos tridimensionales, cada molécula adopta una conformación espacial carácterística.-

Conformación espacial

Distribución en el espacio de los átomos y los enlaces entre ellos, como resultado de la rotación de los átomos alrededor de los enlaces simples.-

Configuración espacial

Distribución espacial que adoptan las moléculas isómeras por el hecho de que sus componentes se orienten de determinada forma alrededor de dobles enlaces o de átomos de carbono asimétricos.

El agua, estructura de la molécula y carácter bipolar

La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H de 104,5º, el oxígeno es más electronegativo y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace. La consecuencia es que la molécula de agua, aunque tiene una carga total neutra, presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en molécula polar:


en la nube electrónica alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan una densidad de carga positiva.-

Enlaces por puente de hidrógeno:

se establecen interacciones entre las propias moléculas de agua, que pertenecen a un tipo de uniones electroestáticas llamadas puentes de hidrógeno: la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electroestática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

-Estructura reticular del agua líquida:

aunque los enlaces mediante puentes de hidrógeno son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se disponga un promedio de 3,4 moléculas de agua, unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura perfectamente ordenada de tipo reticular, responsable de su comportamiento anómalo y de sus propiedades fisicoquímicas.

Propiedades fisicoquímicas y funciones biológicas del agua:

la configuración electrónica del carbono es responsable de su idoneidad, las propiedades fisicoquímicas del agua, derivadas de su peculiar estructura molecular determinan su función biológica.-

ACCIÓN DISOLVENTE:

es el liquido que más sustancias disuelve, lo que le ha valido el calificativo de disolvente universal. Esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno.

Sustancias hidrofílicas

Se disuelven en medios acuosos. Las molec polares (glucosa) se disuelven debido a que establecen puentes de hidrógeno con las moléculas de agua y se > en el seno de su estructura reticular.

Sustancias hidrofóbicas

No se disuelven en medios acuosos. Las molec no polares (hidrocarburos) no pueden establecer puentes de hidrógeno, por lo que interrumpen la estructura reticular del agua, forma estructuras organizadas en forma de jaula, en el interior de estas las mole capolares incrementan su cohesión(interacción hidrofóbica).

Anfipáticas

Se disuelven tanto en disolventes acuosos como en disolventes orgánicos.


Muchas molec biológicas (ácidos grasos y fosfolípidos) tienen regiones polares que se disuelven en medios acuosos y zonas apolares que no se disuelven y quedan alojadas en jaulas.

TIPOS DISOLUCIONES:


Moleculares

Los solutos son molec orgánicas de pequeña masa molecular polares o con carga iónica.

Iónicas

Los solutos son electrolitos, sustancias salinas que cuando se disuelven se disocian en sus iones total o parcialmente.En el agua se disuelven sales cristalizadas que son compuestos iónicos, pues los iones son atraídos fuertemente por los dipolos del agua, que logran debilitar los enlaces iónicos hasta llegar al desmoronamiento de la red cristalina que los manténía. La ruptura provoca que los iones abandonen la red cristalina y pasen a la disolución, donde quedan > en la estructura reticular del agua, recubiertos de molec de agua en forma de iones hidratados o solvatados.-

Dispersiones coloidales

Los solutos son macromoléculas que poseen elevada masa molecular, no forman disoluciones verdaderas, poseen grupos polares con carga eléctrica, no sedimentan, ya que establecen puentes de hidrógeno con molec de agua. Estas dispersiones coloidales suelen tener aspecto traslúcido. Los coloides pueden presentarse de dos formas diferentes: aspecto fluido (sol) y de forma semisólida, gelatinosa y elástica(gel).

FUNCIONES DEL AGUA COMO DISOLVENTE:

Es el medio donde transcurre la mayoría de las reacciones del metabolismo -El aporte de nutrientes y la eliminación de los productos de desecho se realizan a través de sistemas de transporte acuosos. -

ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN ENTRE SUS MOLÉCULAS:

lo que hace es mantener unidas las moléculas de H2O, gracias a los puentes de hidrógeno que forman una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Llega a actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados y permite la turgencia en las plantas. También es responsable de la tensión superficial del agua.-

ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN

Es la fuerza que mantiene unidas las molec de sustancias diferentes. Es responsable del llamado fenómeno de la capilaridad. Ascensión de la savia bruta.


GRAN CALOR ESPECÍFICO

capacidad  de almacenar energía para un aumento determinado de la temperatura: el agua puede absorber grandes cantidades de calor, que se utiliza en romper la infinidad de puentes de hidrógeno, su Tª solo se eleva ligeramente. -

ELEVADO CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN

Es la energía necesaria para evaporar un gramo de agua.-

MENOR DENSIDAD DEL HIELO QUE DEL AGUA LÍQUIDA

El agua permanece líquida en amplio margen de temperatura(0ºC y 100ºC). Cuando el agua se enfría se contrae su volumenm al alcanzar los 4ºC cesa la contracción y su temperatura se dilata hasta transformarse en hielo, que es menos denso que el agua líquida y flota sobre ella

.-

USOS BIOQUÍMICOS DEL AGUA

Los seres vivos utilizan químicamente el agua en 2 tipos de reacciones: fotosíntesis (las enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno) y reacciones de hidrólisis(las enzimas han explotado la capacidad del agua de romper determinados enlaces para degradar los compuestos orgánicos en otros más simples.

Sales inorgánicas o minerales:

en función de la solubilidad se distinguen en solubles e insolubles.-

Insolubles

Presentan función plástica, forman estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén.-Caparazones de carbonato de cálcico o caparazones silíceos.-Esqueleto interno de vertebrados.-Estructuras como los otolitos y mineralización de las paredes de celulosa.-

Solubles:

se encuentran disociadas en sus iones , y desempeñan las siguientes funciones biológicas:1- Catalíticas: algunos iones actúan como cofactores enzimáticos. Otros como el ion ferroso-férrico forma parte del grupo hemo proteínas encargadas del transporte de oxígeno.2-Osmóticas: Intervienen en los procesos relacionados con la distribución de agua. Los iones Na+,Cl- y Ca2+ participan en la generación de gradientes electroquímicos que son imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción.3-Tamponadora: mantiene el pH constante dentro de ciertos límites.4-Nutriente: Los organismos autótrofos utilizan determinadas sales como fuente de elementos para la síntesis de compuestos orgánicos.


Gases


Determinados son esenciales para los seres vivos. El O2 es imprescindible en la respiración anaerobia, el CO2 es la principal fuente de carbono para la fotosíntesis y la quimiosíntesis. El N2 es una fuente para las bacterias fijadoras de N2 y el óxido nítrico actúa como molec mensajera.

Ósmosis y presión osmótica

Si tenemos 2 disluciones de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable, se define la ósmosis como un tipo de difución pasiva caracterizada por el paso del agua a través de la membrana desde la solución más diuida a la más concentrada. Y se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

Sistemas tampón o >

Las disoluciones tampón consisten en un conjunto de sustancias relacionadas entre sí  capaces de mantener el pH constante, al añadir ácidos o bases. Estos sistemas mantienen constantes la concentración de protones y amortiguan los cambios de pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH- procedentes de ácidos o bases.

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