Guia Completa de Biomolècules i Propietats de l'Aigua

Conceptes Bàsics de Química i Biologia

Què és un element químic?

Substància que no es pot descompondre perquè està formada per un sol àtom.

Què és un bioelement?

Element químic essencial per als éssers vius. Són components clau de molècules biològiques com les proteïnes, àcids nucleics i lípids.

Bioelements primaris

Representen el 96%. Indispensables per a la formació de biomolècules orgàniques (C, H, O, N) – els més importants – i (P, S).

Bioelements secundaris

Representen el 4%. Concentracions superiors al 0,1% (Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, I).

Oligoelements

Concentracions inferiors al 0,1% (Zn, Cu, Co, Mn, Li, Si, F).

Molècula

És la unió de dos o més àtoms, que poden ser del mateix tipus (molècules homogènies) o de diferent tipus (heterogènies).

Biomolècules o principis immediats

Són molècules que formen la matèria viva i són indispensables per dur a terme tot tipus de processos i reaccions químiques que tenen lloc a la cèl·lula. Es classifiquen en:

• Simples: Formades per la unió d’àtoms del mateix tipus (O2, N2).
• Compostes: Formades per la unió d’àtoms de diferent tipus (diferents elements químics).
• Inorgàniques: Es poden trobar dins i fora dels éssers vius (aigua i sals minerals).
• Orgàniques: Només es troben formant part dels éssers vius (glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics).

Sals minerals

• Precipitades: Són substàncies sòlides, insolubles, amb funció estructural o esquelètica. Ex: carbonat càlcic (closca de mol·luscs), fosfat càlcic (ossos), sílice (gramínies).
• Dissoltes: Combinades amb aigua donen anions (ions amb càrrega negativa), com clorur, carbonat, fosfat, nitrat, i cations (ions amb càrrega positiva), com calci, sodi, potassi…
• Associades a molècules orgàniques: Es poden associar a proteïnes (fosfoproteïnes), a lípids (fosfolípids) o a glúcids (agar).

L'Aigua: Estructura i Funcions Essencials

Tipus d'aigua al cos

• Circulant: Forma part de la sang, de la saba,... (líquids que circulen per l’interior de l’organisme a través de conductes). Representa el 8%.
• Intersticial: Es troba entre les cèl·lules, normalment força adherida a la substància intercel·lular. Representa el 15%.
• Intracel·lular: Representa la major part del contingut del citosol i l’interior dels orgànuls cel·lulars. Representa el 40%.

Molècula dipolar

L’aigua és una molècula dipolar i neutra. Està formada per un àtom d’oxigen unit a dos àtoms d’hidrogen mitjançant enllaços covalents, de manera que queden dos pols positius (càrrega parcial positiva) a la banda dels hidrògens i un pol negatiu (càrrega parcial negativa) al pol de l’oxigen.

Estat líquid

L’aigua és líquida a temperatura ambient. En ser dipolar, les molècules pròximes tendeixen a unir-se mitjançant enllaços de ponts d’hidrogen formant polímers de 3, 4 i fins a 9 molècules d’aigua, assolint pesos moleculars més alts que fan que l’aigua es comporti com un líquid a diferència d’altres molècules semblants que són gasos (CO2, NO2, SO2,...).

Funcions de l'aigua en els éssers vius

1. Funció estructural: Les cèl·lules que no tenen una membrana o paret rígida mantenen la seva forma i volum gràcies a la pressió que exerceix l’aigua de l’interior. Quan aquestes cèl·lules perden aigua, perden turgència, s’arruguen i fins i tot es poden trencar (plasmòlisi). → Elevada força de cohesió.
2. Dissolvent universal, transport i bioquímica: A l’aigua (medi aquós) hi tenen lloc gairebé totes les reaccions biològiques. A més, l’aigua participa en moltes reaccions químiques (hidròlisi, fotosíntesi,...). I també és el vehicle de transport de substàncies d’un punt a un altre de l’organisme i des de l’exterior fins a l’interior. → Elevada força de cohesió, elevada força d’adhesió, elevada constant dielèctrica.
3. Funció mecànica amortidora: L’aigua permet obtenir líquids amb la viscositat necessària per evitar la fricció entre diferents òrgans i teixits. Ex: líquid sinovial de les articulacions dels vertebrats (incompressible). → Elevada força de cohesió, adhesió, constant dielèctrica.
4. Funció excretora: L’aigua facilita l’excreció de les substàncies procedents del metabolisme o de la ingesta que resultarien tòxiques per a l’organisme (Ex: amoníac, urea, àcid úric,...). → Les mateixes propietats que en el punt 3.
5. Funció termoreguladora: La seva elevada calor específica i la seva elevada calor de vaporització fan que calgui molta energia per poder augmentar 1ºC la seva temperatura i, per tant, canviar d’estat. Per exemple, els animals, quan suen, expulsen aigua, la qual, per evaporar-se, pren calor del cos i, com a conseqüència, aquest es refreda. → Elevada calor específica, calor de vaporització.

Glúcids: Estructura i Classificació

Composició

Són biomolècules orgàniques formades per C, H i O (en alguns casos també poden contenir N, P o S, però no són essencials).

Fórmula

CH2On

Grup químic

En tots els glúcids sempre hi ha un grup carbonil, que pot ser: aldehid o cetona.

Monosacàrid

Glúcids bàsics (monòmers) formats per 3 a 7 àtoms de C. Les aldoses tenen grup aldehid (ex: glucosa). Les cetoses tenen grup cetona (ex: fructosa).

Oligosacàrid

Glúcids formats per la unió de 2 a 10 monosacàrids. Destaquen els disacàrids (ex: lactosa).

Polisacàrid

Glúcids formats per la unió de més de 10 monosacàrids.

• Homopolisacàrids: Formats pel mateix monosacàrid (ex: midó o cel·lulosa).
• Heteropolisacàrids: Formats per diferents monosacàrids (ex: pectina o agar).

Propietats dels Monosacàrids

Propietats físiques

Sòlids, cristal·lins, blancs, dolços (sucres), molt solubles en aigua.

Propietats químiques

Tenen poder reductor (cedeixen electrons a altres substàncies). S’associen a grups amino (-NH2). Tenen isomeria espacial (diferents formes amb les mateixes funcions). Tenen activitat òptica (desvien el pla de vibració de la llum polaritzada).

(Grup OH a baix alfa, Grup OH a dalt beta)

Pentosa → Furanosa
Hexosa → Piranosa

Propietats Fisicoquímiques de l'Aigua

Estat líquid

Els enllaços per ponts d’hidrogen entre les molècules d’aigua permeten que l’aigua sigui líquida entre els 0 i 100ºC. Això permet el manteniment de la vida en un ampli interval de temperatura.

Elevada força de cohesió

Els enllaços per ponts d’hidrogen permeten una gran cohesió entre les molècules d’aigua, evitant la compressió i permetent donar volum a les cèl·lules i turgència a les plantes. També dona una elevada tensió superficial, és a dir, la superfície oposa una gran resistència a trencar-se.

Elevada força d’adhesió

Les molècules d’aigua tenen tendència a adherir-se a altres molècules carregades de la paret d’un tub. Aquest fet juntament amb la cohesió permet la capil·laritat (la saba ascendeix pels vasos llenyosos de la planta).

Elevada calor específica

La calor necessària per augmentar la temperatura d’una substància és directament proporcional a la seva calor específica. Com que l’aigua té una calor específica alta, cal aportar una gran quantitat de calor per tal que augmenti la seva temperatura (la calor s’utilitza per trencar enllaços). Permet evitar canvis bruscos de temperatura (actua com un amortidor tèrmic).

Elevada calor de vaporització

Per tal que l’aigua passi d’estat líquid a estat gasós cal trencar tots els enllaços per ponts d’hidrogen que hi ha entre les molècules i, per tant, cal aportar una gran quantitat de calor. Com que per evaporar la suor cal extreure la calor del cos, això permet la refrigeració del mateix. També té una conductivitat alta que evita l’acumulació de calor en un determinat punt del cos.

Elevada constant dielèctrica

Com que l’aigua està formada per molècules dipolars que envolten altres soluts, pot actuar com a dissolvent de compostos iònics com les sals minerals i compostos covalents polars com els alcohols o les cetones, i dispersar compostos amfipàtics com els àcids grassos. Per això, l’aigua és un vehicle de transport de substàncies excel·lent i també el medi idoni on es fan totes les reaccions químiques.

Densitat més alta en estat líquid

Com que el gel és menys dens que l’aigua líquida, flota per sobre, de manera que genera una capa sòlida termoïllant que permet la vida a sota, on hi ha aigua líquida, garantint una major supervivència de les espècies. En cas contrari, tota l’aigua es gelaria i no hi seria possible la vida.

Baix grau d’ionització

De cada 10.000.000 de molècules d’aigua, només una es troba ionitzada.

Osmosi i Estabilitat del pH

Osmosi

1. Medi isotònic respecte el medi intern cel·lular: té la mateixa concentració de sals, la cèl·lula no es deforma.
2. Medi hipotònic (menys concentrat, més diluït): la cèl·lula s’infla perquè hi entra aigua a l’interior. Això s’anomena turgència.
3. Medi hipertònic (més concentrat, menys diluït): la cèl·lula perd aigua i s’arruga, provocant la ruptura de la membrana. Això s’anomena plasmòlisi.

Estabilitat del pH

El pH és un indicador de la concentració de ions H+ en una dissolució aquosa. En una solució àcida hi ha molta concentració de ions H+ i baixa de ions OH-, mentre que en una solució bàsica és a la inversa. Els valors de pH varien de 0 (més àcida) a 14 (més bàsica), sent 7 el valor neutre.

L'aigua és neutra, però les reaccions químiques que hi tenen lloc alliberen productes àcids i bàsics que poden alterar el pH. Aquests canvis podrien alterar l'estructura de moltes biomolècules, sobretot enzims, canviant o impedint el desenvolupament de moltes reaccions.

Sistema tampó

El sistema tampó bicarbonat ajuda a mantenir l'estabilitat del pH. Quan el pH baixa, el bicarbonat absorbeix els ions d'hidrogen, pujant el pH. Quan el pH puja, l'àcid carbònic allibera ions d'hidrogen per baixar-lo.

Verbs Modals en Anglès: Guia Ràpida

Haver de (Obligació)

• Present:
  • Afirmatiu: must / have to
  • Negatiu: mustn't (prohibició) / don't have to (no cal)
• Passat: had to
  • Interrogatiu: did you have to
  • Negatiu: didn't have to
• Futur: will have to

Poder (Permís i Habilitat)

• Present: can
• Passat: could (+1 vegada) / was / were able to (afirmatiu i 1 vegada)
• Futur: will be able to

Consell

should

Probabilitat

• Must: 90%
• May: 50%
• Might and could: 20%
• May not, might not and can't: 0%