Download
1 / 120
E N D
MOLÉCULAS En química, una molécula es una partícula formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces covalentes o metálicos (en el caso del enlace iónico no se consideran moléculas, sino redes cristalinas), de forma que permanecen unidos el tiempo suficiente como para completar un número considerable de vibraciones moleculares. Hay moléculas de un mismo elemento, como O2, O3, N2, P4..., pero la mayoría de ellas son uniones entre diferentes elementos: la molécula. Se habla de “moléculas monoatómicas”, pese a lo contradictorio de la expresión, al referirse a los gases nobles y a otros elementos en los casos en que se hallan en forma de átomos discretos. Las moléculas diatómicas están formadas por dos átomos del mismo elemento o diferente elemento. Las moléculas poliatómicas están formadas por muchos átomos de diferente elemento Las moléculas pueden ser neutras o tener carga eléctrica; si la tienen pueden denominarse Ion-molécula o Ion poliatómico. Una sustancia química formada por moléculas neutras contendrá un único tipo de tales moléculas, pero si contiene iones-molécula necesariamente ha de contener también iones monoatómicos o poliatómicos de carga contraria. Links http://ithacasciencezone.com/chemzone/lessons/03bonding/mleebonding/covalent_bonds.htm http://ithacasciencezone.com/chemzone/lessons/03bonding/mleebonding/ionic_bonds.htm
BASES MOLECULARES DE LA MATERIA VIVA Unicelulares Hongos Plantas Animales Humanos Ácidos Nucleicos Agua Dióxido de carbono Lípidos Carbohidratos Cloruro Proteínas Todos los organismos necesitan para vivir: Agua, Gases, Sales minerales, proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos
BIOELEMENTOS DE LA MATERIA VIVA • El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de elementos y compuestos químicos. • Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos o elementos biogénicos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en: • Inorgánicas • Agua • Sales minerales • Algunos gases: O2, CO2, N2, ... • Orgánicas • Glúcidos • Lípidos • Proteínas • Ácidos Nucleicos • En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos ellos. Links: http://www.acienciasgalilei.com/qui/tablaperiodica0-densidad.htm
Propiedades de los bioelementos • Propiedades por las que el C, H, O, N, P y S componen los bioelementos que se encuentran en mayor proporción, en la materia viva: • Tienen capas electrónicas externas incompletas y pueden formar enlaces covalentes y dar lugar a las biomoléculas que constituirán las estructuras biológicas y llevarán a cabo las funciones vitales. • Poseen un nº atómico bajo, por lo que los electrones compartidos en la formación de los enlaces se hallan próximos al núcleo y las moléculas originadas son estables. • Como el O y el N son electronegativos, algunas biomoléculas son polares (hidrófilos) y por ello solubles en agua. • Pueden incorporarse a los seres vivos desde el medio externo (CO2 , H2O, nitratos). Links http://av.bmbq.uma.es/av_biomo/Mat1.html
Clasificación de los bioelementos • Atendiendo a su abundancia se pueden clasificar en: • a) Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono (C), oxigeno (O), hidrógeno (H), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida: • Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples. Siendo el más importante el C, ya que forma cadenas carbonadas. • Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza. • b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg) y cloro (Cl), desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular. • c) Oligoelementos, micro constituyentes, o elementos vestigiales, que aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1% siendo también esenciales para la vida: hierro (Fe), manganeso (Mn), cobre (Cu), zinc (Zn), yodo (I), y cobalto (Co) aparecen en la mayoria de los organismos. Boro (B), silicio (Si), flúor (F), vanadio (V), selenio (Se), molibdeno (Mo) y estaño (Sn) sólo están presentes en grupos concretos. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos. • Ejemplo. Co; Cianocobalamina, vitamina b12, imprescindible para fabricar hemoglobina
Agua Estructura de la molécula de AGUA El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido. Contenido en Agua del Cuerpo Humano Este contenido se mantiene constante por el equilibrio entre ingresos y pérdidas. Los ingresos diarios en un hombre con dieta mixta, actividad física moderada y que habite en clima templado son de 2,6 litros (1,31 de la bebida = 1 litro de alimentos + 0,3 de agua metabólica) Las pérdidas son otros 2,6 litros, de los cuales: 1,41 de la orina, 1 por la evaporación por piel y pulmón y 0,21 de pérdida fecal. El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos. Links http://es.wikipedia.org/wiki/Agua
Estructura de la molécula de AGUA Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas. El agua se presenta en las tres fases: Sólida, Líquida y Vapor como podemos observar en la siguiente figura La Estructura del Agua y la Vida en la Tierra La estructura reticular del agua, se debe a las interacciones entre sus moléculas que se establecen por puentes de hidrógeno. Esto permite, entre otras cosas, que el agua se mantenga en estado líquido entre 0º y 100ºC. Sin este comportamiento extraño, posiblemente no existiría vida en la Tierra. Esta recibe el nombre de planeta azul por su color azulado, vista desde el espacio, debido al agua liquida de su superficie, así como colores blanquecinos debido a las nubes Links http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm
Propiedades Físico Químicas del AGUA a) Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos. Hidrofobia No puede considerarse este término únicamente como la aversión al agua de las personas o animales. Las moléculas que no son polares, como los hidrocarburos, no pueden establecer puentes de hidrógeno, por lo que interrumpen la estructura reticular del agua, que se reorganiza alrededor de cada molécula apolar y forma estructuras altamente organizadas en forma de jaulas. En el interior de cada jaula, las moléculas apolares repelidas por el agua incrementan su cohesión al aumentar las fuerzas que las mantienen juntas lo que se denomina interacción hidrofóbica
Propiedades Físico Químicas del AGUA b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible. Compresión del Agua Lo cierto, es que es mucho más fácil comprimir materia en forma gaseosa que en cualquier otra modalidad. Los vapores están compuestos de moléculas muy separadas entre sí. En el caso de los líquidos y sólidos, los átomos y moléculas que los componen están más o menos en contacto. Esto se debe a la repulsión mutua de los electrones que existen en las regiones exteriores de los átomos, es una resistencia mucho más fuerte a la compresión que el movimiento molecular en un vapor. Una cierta cantidad de agua en un cilindro abierto por arriba y ajustamos un pistón en la abertura hasta tocar el agua. Si empujamos el pistón hacia abajo con todas nuestras fuerzas, veremos que apenas cederá. Por eso se dice a menudo que el agua es "incomprensible“, no se puede reducirá a un volumen más pequeño. Por ejemplo si comprimimos 100 litros de agua con una presión de 0.1050 Pascal, su volumen se contraerá a 96 litros. Si la presión aumenta aún más, el volumen seguirá disminuyendo. Bajo tal compresión los electrones son empujados, por así decir, cada vez más cerca del núcleo, hasta que ya no se pueden mantener en órbita alrededor del núcleo y son desplazados, La materia se reduce entonces a núcleos atómicos desnudos y electrones volando de acá para allá en movimientos alocados (materia degenerada). Fenómeno que si se podría observar en el centro del Sol.
Propiedades Físico Químicas del AGUA c) Elevada fuerza de adhesión De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas. d) Gran calor específico El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura. El Agua y el Clima Costero A causa del elevado calor específico del agua, los mares y océanos moderan los climas costeros. El contenido hídrico de los suelos influye en el intervalo de temperaturas (máxima y mínima) que alcanzan, lo cual afecta al riesgo de heladas y a lo temprano o tardío de los cultivos vegetales.
Propiedades Físico Químicas del AGUA e) Elevado calor de vaporización A 20ºC se necesitan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar a la fase de vapor. Las sombras Cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrados para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema de refrigeración, sobre todo algunas como el tomillo, el romero, etc. Estas plantas están adaptadas a los ambientes calurosos del verano, mediante el almacenamiento de esencias volátiles, cuya evaporación provoca un ligero descenso de la temperatura en su entorno. El hielo flota en el agua La estructura del hielo, forma un retículo que ocupa más espacio y es menos denso que el agua líquida. Cuando el agua se enfría, se contrae su volumen, como sucede en todos los cuerpos, pero al alcanzar los 4ºC (punto de congelación)cesa la contracción y su estructura se dilata hasta transformarse en hielo. Por ser el hielo menos denso que el agua, flota en ella. Gracias a esta anomalía del agua, los lagos, ríos y mares, comienzan a congelarse desde la superficie hacia abajo, y esta costra de hielo superficial sirve de abrigo a los seres que viven, pues aunque la temperatura ambiental sea extremadamente baja (-50 0 -60º C), el agua de la superficie transformada en hielo mantiene constante su temperatura en 0ºC (hielo fundente). El agua del fondo queda protegida térmicamente del exterior,
g) Bajo grado de ionización De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. 2H2O <> H3O+ + OH- Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. Propiedades Físico Químicas del AGUA f) Elevada constante dieléctrica Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos. Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, quedando así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica. Interacción electrostática entre cargas El agua rodea los iones e impide la interacción El agua rodea los iones y forman puentes de hidrógeno con los radicales polares Moléculas no polares impiden la interacción, ya que son hidrofobias
Propiedades Bioquímicas del AGUA a) En la fotosíntesis En la fotosíntesis las enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno. Por ejemplo: son necesarios 800 litros de agua para producir 1kg. de trigo. Es decir son necesarios de 350 litros de agua a 800 litros, según el cultivo, para la formación de 1 kg. de materia. De ahí dependen las enormes cantidades de agua que requieren las plantas hasta alcanzar su normal desarrollo. Una cosecha de 4000 kg. de trigo por Ha. exige unos 5000 metros cúbicos de agua, lo que representa un elevado nivel de agua de 0,5 m. b) En las reacciones de hidrólisis Las enzimas hidrolíticas han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.
Ionización del AGUA Si observas la figura siguiente, comprobarás que dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas. Un ión hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno. Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- . (Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).
Escala de pH El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH (potencial hidrógeno), que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa, es decir, su concentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente. Definimos el pH como: pH=-log[H+] El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos y valores menores ácidos. Por ejemplo, una concentración de [H+] = 1 × 10–7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que : pH = –log[10–7] = 7 Links: http://es.wikipedia.org/wiki/PH
Escala de pH y medida del pH El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa. Las disoluciones ácidas tienen pH menores a 7 Las disoluciones básicas tienen pH mayores a 7 El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (siendo el disolvente agua) El pH normal de los fluidos corporales suele oscilar alrededor de 7 Medición del pH El valor del pH se mide con un instrumenti llamado pHímetro, el cual mide la diferencia de potencial entre un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio sensible al ión hidrógeno. Fuente: Enciclopedia en línea Wikipedia También se puede medir de forma aproximada el pH de una disolución empleando indicadores, ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH, como la Fenolftaleína. Generalmente se emplea papel indicador, que se trata de papel impregnado de una mezcla de indicadores. El pH de disoluciones concentradas de ácidos sí puede ser negativo. Por ejemplo, el pH de una disolución 2,0M de HCl es –0,30.
Sistemas tampón o buffer Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica. Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H+ o OH-, consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y receptor de electrones, respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son el par carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. Links http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/inicio.htm
Ósmosis y presión osmótica Definición Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada. Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan. Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis), La salida del agua de la célula continua hasta que la presión osmótica del medio y de la célula sean iguales. De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células. El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), por un proceso de turgescencia. medio hipertónico medio hipotónico medio isotónico
Ósmosis y presión osmótica En el caso de los eritrocitos sanguíneos la plasmólisis se denomina crenación y la turgescencia, hemólisis crenación hemólisis La presión osmótica es la presión hidrostática producida por una solución en un volumen dividido por una membrana semi-permeable debido a la diferencia en concentraciones del soluto. Fenómenos similares ocurren al conservar alimentos en salmueras o jarabes concentrados de azúcar. A su vez, en las células vegetales se produce la plasmólisis: cuando el agua sale del medio intracelular, el protoplasma se retrae, produciéndose un espacio entre la membrana plasmática y la pared celular
Ósmosis y presión osmótica Disoluciones acuosas Una dispersión es una mezcla homogénea de moléculas distintas. En ella aparecen una fase dispersante o disolvente y moléculas dispersas o solutos. En las dispersiones acuosas el agua constituye la fase dispersante, mientras que la fase dispersa presenta amplias variaciones: desde pequeñas moléculas como cloruro de sodio, hasta grandes proteínas como las albúminas. Las dispersiones cuya fase dispersa posee moléculas de baja masa molecular se denominan dispersiones coloidales. En el supuesto de que las moléculas de la fase dispersa posean masas moleculares elevadas (más de 10.000 u.m.a.) O tengan un tamaño comprendido entre 1 milimicra y 0,2 micras, se denominan dispersiones coloidales. Las dispersiones coloidales pueden presentarse en forma fluida (sol) o con aspecto gelatinoso (gel).El paso de sol a gel siempre es posible, mientras que el paso inverso no lo es siempre. Reciclado del agua En 1.993, la empresa G. W. comenzó a desarrollar en su fábrica un Plan de Gestión Medioambiental encaminado a reducir el consumo de recursos naturales y energéticos y a minimizar el impacto que sus actividades provocaban sobre el entorno. Hoy, las aguas residuales son completamente depuradas y son reutilizadas en un lago artificial donde nadan un millar de peces. donde sus aguas depuradas siguen los estándares de la Unión Europea.
SALES MINERALES a) Sales inorgánicas insolubles en agua Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, por ejemplo: Caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas. Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro, fluoruro y carbonato de calcio) y los dientes. Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo (cristales de oxalato cálcico, que puede contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares) El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita que, al parecer, pueden utilizar algunos animales con función de brújula para orientarse en sus desplazamientos.
El Calcio El calcio actúa como mediador intracelular cumpliendo una función de segundo mensajero; por ejemplo, el ion Ca2+ interviene en la contracción de los músculos. También está implicado en la regulación de algunas enzimas quinasas que realizan funciones de fosforilación, por ejemplo la proteína quinasa C (PKC), y realiza funciones enzimáticas similares a las del magnesio en procesos de transferencia de fosfato (por ejemplo, la enzima fosfolipasa A2). Algunas de sus sales son bastante insolubles, por ejemplo el sulfato (CaSO4), carbonato (CaCO3, oxalato, etc., y forma parte de distintos biominerales. Algunas de sus sales son bastante insolubles, por ejemplo el sulfato (CaSO4), carbonato (CaCO3, oxalato, etc., y forma parte de distintos biominerales. Así, en el ser humano, está presente en los huesos como hidroxiapatito cálcico, Ca10(OH)2(PO4)6, en los dientes como fluorohidroxiapatito (algunos OH- se sustituyen por F-), o como carbonato de calcio en el oído interno. Otra función del calcio está relacionada con la coagulación de la sangre, a través de su relación con la proteína protrombina. La competencia que se establece entre ciertos minerales puede inhibir la absorción del calcio; así, calcio y magnesio compiten por los mismos puntos de absorción, por lo que aquellas personas que estén tomando suplementos del segundo habrán de tener especial cuidado con el aporte diario de calcio. El déficit de calcio es susceptible de provocar osteoporosis e hipocalcemia, mientras que su exceso provoca hipercalcemia. Otros biominerales se encuentran presentes en exoesqueletos, en conchas o en cáscaras de huevo de distintos animales y en forma de distintas sales. En bioquímica, una quinasa (o cinasa) es un tipo de enzima que transfiere grupos fosfatos desde ATP a un sustrato específico o diana. El proceso se llama fosforilación. La diana puede activarse o inactivarse mediante la fosforilación. Todas las quinasas necesitan un ión metálico divalente como el Mg2+ o el Mn2+ para transferir el grupo fosfato. Estas enzimas son activadas por el AMP cíclico (Adenosín monofosfato cíclico), que cataliza la fosforilación de determinadas proteínas. Las quinasas están implicadas en los mecanismos de señalización celular
ElFósforo – El Cloruro Los compuestos de fósforo intervienen en funciones vitales para los seres vivos, por lo que está considerado como un elemento químico esencial. El fósforo, por ejemplo, como molécula de Pi («fosfato inorgánico»), forma parte de las moléculas de ADN y ARN, las células lo utilizan para almacenar y transportar la energía mediante el adenosín trifosfato. Además, la adición y eliminación de grupos fosfato a las proteínas, fosforilación y desfosforilación, respectivamente, es el mecanismo principal para regular la actividad de proteínas intracelulares, y de ese modo el metabolismo de las células eucariotas. El Cloruro está presente en compuestos que llevan un átomo de cloro en estado de oxidación formal -1. Por lo tanto corresponden al estado de oxidación más bajo de este elemento ya que tiene completado la capa de valencia con ocho electrones. En los cloruros orgánicos el cloro está unido directamente a un átomo de carbono. El enlace es covalente aunque debido a la diferencia de electronegatividad entre los dos elementos está fuertemente polarizado. Por esta razón el cloro puede ser sustituido en muchos casos en reacciones de sustitución nucleofílica. Los cloruros orgánicos son menos inflamables que los hidrocarburos correspondientes. A menudo también son más tóxicos. Algunos cloroalcanos como el diclorometano tienen importancia como disolventes. Insecticidas como el lindano o el DDT también son cloruros orgánicos. También se encuentran en este grupo los clorodibenzodioxinas que se han hecho famosos y temidos por el accidente de edgar. En la naturaleza existen pocos cloruros orgánicos. Por lo tanto los cloruros orgánicos suelen tener mala biodegradabilidad y permanecer durante años en el medio ambiente. Debido a su carácter hidrofóbico se acumulan en las grasas, especialmente en los últimos eslabones de la cadena alimenticia y pueden provocar allí problemas de salud. Por lo que esto hace que el cloruro sea muy importante en la vida de las personas.
b) Sales inorgánicas solubles en agua La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, las siguientes funciones: Funciones catalíticas. Algunos iones como Mn+2, Cu+2, Mg+2, Zn+2, etc. actúan como cofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas . El ion ferroso-férrico forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina, proteínas encargadas del transporte de oxígeno. MIOGLOBINA HEMOGLOBINA HEMOGLOBINA A - OXIGENADA La hemoglobina es la encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones al resto del cuerpo. Se encuentra dentro de los glóbulos rojos que circulan en la sangre. Si su concentración disminuye se produce una enfermedad conocida como anemia. LINKS http://molmovdb.mbb.yale.edu/cgi-bin/morph.cgi?ID=96757-5629 http://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/proteins/mioglobina.html
El Hierro – El Manganeso El hierro es un elemento fundamental para el buen funcionamiento del organismo. Y cuando falta, debido a una deficiencia en la alimentación, se produce la anemia. El hierro es necesario para la producción de la hemoglobina, una proteína que se encuentra en los glóbulos rojos, y cuya función es el transporte de oxígeno desde los pulmones hasta –todas- las células del cuerpo. Los glóbulos rojos, para poder combinarse con el oxígeno, deben contener una cantidad suficiente de hemoglobina, y esto depende de los niveles de hierro que existan en el organismo. En los alimentos, el hierro se presenta bajo dos formas: uno que se denomina hem, presente en los productos de origen animal, y otro denominado no hem, que se encuentra en los vegetales. El manganeso, participa como cofactor en enzimas importantísimas, como la superoxido dismutasa, la RNA sintetasa, la piruvato cocarboxilasa, la arginasa. La superoxido dismutasa, contiene manganeso y es uno de los minerales más importantes para el organismo; su carencia provoca daños en el núcleo y en las mitocóndrias similares a los que produce el exceso de oxígeno. La tasa de superoxido dismutasa varía en las diferentes especies animales y es proporcional a la longevidad. Esta enzima cataliza la reacción 2 O2 + H2 = H2O2. El manganeso está implicado en la síntesis del dna y del rna, (como cofactor de la dna sintetasa y de Ia rnasintetasa). Los diabéticos presentan con frecuencia bajos niveles de manganeso. Esto explica las alteraciones del recambio glucídico. Se han detectado altas dosis en los mineros de las minas de manganeso.
El Cobre El cobre como mineral se encuentra en todos los tejidos del cuerpo, es un importante componente de muchas enzimas del cuerpo. La más importante es la superóxido dismutasa citoplasmática que está asociada al zinc, otra enzima esencial es la ceruloplasmina. La síntesis de melatonina depende de una enzima que contiene cobre. El cobre participa en el metabolismo del colesterol, de la insulina y de las prostaglándinas. Buena parte del cobre se absorbe mediante el estómago y es transportado al hígado; la ceruloplasmina lo transporta desde el hígado a los tejidos; la excreción se produce por vía biliar. La carencia de cobre provoca retraso del crecimiento, anemia, falta de pigmentos en el cabello y en los tejidos, irritabilidad y retención hídrica, reduce las defensas inmunitarias. Existe una enfermedad hereditaria relacionada con el metabolismo del cobre: la enfermedad de Wilson. En esta enfermedad el hígado no es capaz de eliminar el cobre de cuerpo, el cobre se acumula en el hígado provocando cirrosis, el zinc y el molibdeno se utilizan para eliminar el exceso de cobre. Zinc y cobre compiten en la absorción, excesos de zinc pueden provocar una carencia de cobre, en carencia de zinc el cobre ejerce una acción prooxidante y acorta el tiempo de la lipoperoxidación de las ldl (lipoproteína de baja densidad). La superóxido dismutasa citoplasmática (cobre más zinc) está alterada en la artritis reumatoide, los individuos afectados por esta enfermedad tienen un mayor nivel de esta enzima.
El Magnesio El magnesio juega un papel crucial en el metabolismo de los seres vivos, de hecho, participa como coenzima en 350 enzimas. Desempeña un papel fundamental en el metabolismo de los lípidos, de los glúcidos y de las proteínas. Participa en la síntesis de ATP y lo estabiliza en el citoplasma. Preside los mecanismos de transporte iónico, permite la contracción muscular y la función de las bombas de las células. Su carencia determina astenia, nerviosismo, contracturas y muerte repentina. El magnesio también se usa para reducir de manera notable la mortalidad en casos de infarto agudo. Así mismo, recientes estudios han demostrado la importancia del magnesio para la prevención y terapia de la diabetes de segundo tipo. Se ha visto que cuanto más baja es la tasa de magnesio, más aumenta el riesgo de diabetes, esto se debe al hecho de que la carencia de magnesio reduce la sensibilidad de los receptores de membrana a la insulina. En la célula, el magnesio activa las bombas del sodio y del calcio que expulsan sodio y calcio fuera de la célula contra gradiente consumiendo grandes cantidades de energía. Por este motivo, el magnesio origina una actividad antiarrítmica. La carencia de magnesio es frecuente entre los alcohólicos y en las zonas donde los alimentos o el agua son pobres en magnesio. Hay tres grupos de síntomas de la carencia de magnesio: la carencia leve presenta irritabilidad, anorexia, cansancio, insomnio, calambres, apatía y confusión mental. Si la carencia se agrava encontraremos extrasistolia, aumento de la frecuencia cardiaca y aumento de la muerte repentina. La carencia grave se manifiesta mediante alucinaciones y delirio. La deficiencia de magnesio conlleva a nivel cardiaco, fibrosis, degeneración celular, necrosis y calcificación. El magnesio es vital para un funcionamiento óseo normal, ya que para la salud del hueso es necesaria una relación normal calcio/magnesio en los alimentos. En la hipertensión se ha observado una baja tasa de magnesio en la alimentación. En el síndrome premenstrual, los glóbulos rojos de las mujeres afectadas por este síndrome presentan una baja tasa de magnesio. En la litiasis renal, la carencia de magnesio provoca la formación de cálculos renales de calcio fosfato y de calcio oxalato. Durante el ejercicio físico, la carencia de magnesio produce un mayor consumo energético. Los atletas con baja introducción de magnesio presentan taquicardia y además consumen más energía para realizar el mismo trabajo. El magnesio, en el citoplasma participa en la síntesis de ATP, cada molécula del citoplasma celular de ADP y de ATP está conectada al magnesio que la estabiliza, y permite el uso en un momento de necesidad.
El Zinc Al zinc sólo el hierro lo supera en concentración en los tejidos. El zinc desempeña funciones importantes en los humanos: es necesario para las enzimas del crecimiento celular y además ejerce una importante función en el sistema inmunitario. El zinc juega un papel fundamental para agudizar sentidos como el gusto y el olfato; además participa en el metabolismo de los carbohidratos. Los síntomas de carencia de zinc son: retraso del crecimiento, ausencia de apetito, restablecimiento de las heridas más lento, pérdida del cabello, hipogonadismo en los varones; dificultad en la visión nocturna, alteración del gusto y del olfato. El zinc es poco tóxico, con fuertes introducciones se pueden producir diarrea, calambres abdominales y vómitos. El zinc participa como coenzima en la enzima de conversión y en la insulina, además es un cofactor de otras muchas enzimas entre las cuales la anidrasa carbónica, la fosfatasa alcalina y la lipoproteína de baja densidad (ldl). El zinc participa como coenzima en unas 200 enzimas, integrándose en el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas. El zinc como parte de la enzima cobre-zinc o superoxido dismutasa, protege las células de los radicales libres. El zinc es vital para las membranas celulares, para la formación del conectivo, y modula la acción de la hormona del crecimiento y desarrolla una acción importantísima en el sistema inmunitario y en el restablecimiento de las heridas. El zinc es necesario para la síntesis, la segregación y el empleo de la insulina e impide la destrucción de las células beta pancreáticas. La deficiencia de zinc durante el embarazo aumenta el riesgo de malformaciones, abortos espontáneos, y complicaciones para los neonatos. Un bajo nivel de zinc puede producir bajos niveles de testosterona e hipospermia, puede retrasar la pubertad y en los jóvenes se ha detectado que la restricción del zinc está asociada con un bajo nivel de testosterona.
b) Sales inorgánicas solubles en agua También el ion Mg+2 forma parte de las clorofilas y participa en los procesos de la fotosíntesis. El Ca+2, interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la coagulación de la sangre. Funciones osmóticas. Intervienen en la distribución del agua intra y extra celulares. Los iones Na+, K+, Cl-, Ca+2, participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son imprescindibles en el potencial de membrana y del potencial de acción en los procesos de la sinapsis neuronal, transmisión del impulso nervioso y contracción muscular Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-bifosfáto
El Calcio El calcio es el catión más difundido en el organismo, además, participa en la coagulación y en la estructura ósea. Es necesario para la contracción muscular y activa numerosas enzimas. El nivel de calcio sérico es de unos 10 mg. Mientras que en el interior de las células se encuentra en cantidades muy bajas en la relación 1/10000 con la tasa del plasma. Por lo tanto, las células vivientes están asediadas por el calcio, cuando el calcio intracelular aumenta masivamente se produce la muerte de la célula; cuando aumenta parcialmente se produce la isquemia. Nuestro cuerpo contiene 1200 gramos de calcio, el 99% está contenido en los huesos y los dientes. El papel fundamental del calcio en las células, es de regulador bioquímico intracelular. La concentración de los iones calcio en el citoplasma es muy baja (100-150Nm), respecto a la del líquido extracelular (unos 2-2,5Mm ). Por lo tanto, este es el gradiente de membrana en condiciones fisiológicas para el calcio, excepto en los casos en los que exista daño o muerte celular. Numerosos sistemas requieren calcio para activarse. Dependen del calcio: la agregación plaquetaria, la división celular, el acoplamiento excitación / contracción y la secreción de hormonas y transmisores. El calcio entra en las células, atravesando la membrana celular mediante los canales del calcio, que se dividen en: canales L, canales T, canales N El núcleo celular contiene una gran cantidad de calcio, de ahí se versa en el citoplasma durante la contracción. Existe también un sistema de intercambio sodio calcio, mediante el cual se intercambian tres iones de sodio con un ión calcio, el sistema es bidireccional. Un aumento de la entrada del calcio mediante los canales L, contribuye a un aumento de las resistencias vasculares, porque induce vasoconstricción.
El Calcio Calcio y osteoporosis: buena parte del calcio del organismo está contenida en los huesos, unos 700 mgr de calcio se intercambian todos los días en los huesos de los adultos, por lo tanto si el aporte de calcio es insuficiente, considerando que la calcemia debe ser estable, el calcio necesario se extrae de los huesos, provocando la disminución del calcio óseo. Los huesos se vuelven tan porosos y frágiles que las fracturas son frecuentes. Las mujeres en el periodo de la post menopausia tienen un alto riesgo, debido a la carencia de estrógenos, y también los hombres ancianos. La osteoporosis tiene menos incidencia en los vegetarianos que en los carnívoros, debido a que el exceso de proteínas provoca calciuria. En la osteoporosis además de los suplementos de calcio es útil introducir magnesio en una relación de 2/1 calcio magnesio. Un exceso de fósforo alimentario puede provocar la pérdida de calcio. El fósforo se encuentra abundantemente en la carne, en algunos quesos y en algunos bebidas y por ello el consumo excesivo de estos alimentos puede provocar osteoporosis. En el organismo la tasa de calcio además que de la dieta, depende de hormonas y vitaminas. La parathormona es una hormona producida por las glándulas paratiroideas, que se encuentran debajo del polo inferior del tiroides, la parathormona humana está compuesta por 84 aminoácidos; el principal regulador de la síntesis y de la secreción de la parathormona es la tasa de calcio hemático. Apenas la calcemia desciende por debajo de los 9mg/dl, se produce un incremento evidente de la síntesis de parathormona y la tasa del calcio hemático aumenta (mediante un aumento de la absorción intestinal de calcio y la movilidad ósea). Otra hormona que interviene en el metabolismo del calcio es la calcitonina. La calcitonina es un polipéptido de 32 aminoácidos, es sintetizada y segregada por las células parafoliculares del tiroides en el hombre; su nivel normal en la sangre es <20pg/ml y los hombres poseen un 30% de esta sustancia más que las mujeres, a cualquier edad. Existe también una calcitonina sintética análoga a la calcitonina de salmón. El estímulo primario para la secreción de la calcitonina es el aumento del calcio sérico. La tasa de secreción de calcitonina es una función directa del nivel del calcio sérico superior a 9 mgr/dl. La calcitonina inhibe la reabsorción ósea y las células relacionadas con la reabsorción ósea.
El Sodio El sodio es un componente esencial de los líquidos extracelulares. El sodio desempeña importantes funciones como el mantenimiento de la presión osmótica, la protección del cuerpo de la pérdida excesiva de líquidos. Regula también la excitabilidad muscular y la permeabilidad de las membranas. Muchos pueblos usan cantidades muy reducidas de sal. Se aconseja una cantidad diaria de sodio que no sea superior a 2 g ni inferior a 500 mg. El exceso se traduce en un aumento de líquidos extracelulares, un aumento de las resistencias periféricas, del peso, y de los receptores de la angiotensina II. Provoca además, una disminución de capilares de hasta 2/3. El exceso, es una de las causas de la litiasis renal, de la osteoporosis y de la hipertensión. Una deficiencia de sodio puede surgir como consecuencia de una diarrea prolongada, de sudoración intensa, de intoxicación de agua debida a una gran introducción de agua, pero no de sal. Los hombres, se dividen en dos grupos: sensibles e insensibles al sodio; aproximadamente un tercio de la población es sensible al sodio, los ancianos se vuelven sensibles al sodio y los individuos melanodérmicos (negros) presentan una mayor sensibilidad al sodio. Los excesos de sodio provocan la excreción del calcio, que a su vez causa una reducida densidad ósea, aumentando el riesgo de osteoporosis (normalmente existe en todas las células un intercambio sodio-calcio). Como ya se ha dicho anteriormente, a una fuerte introducción de sodio sigue una fuerte excreción de calcio urinario, el efecto hipertensivo del sodio aumenta cuando la introducción de calcio es baja. Una dieta sin sal añadida es suficiente para cubrir las necesidades de sodio, (una introducción de 500 mgr de sodio al día se considera adecuada). Los atletas y las mujeres embarazadas tienen una necesidad mayor de sodio.
El Potasio El potasio es el principal catión de los líquidos intracelulares. Desempeña un papel fundamental en el potencial de membrana, en el equilibrio ácido/base y en la presión osmótica. Es determinante en el metabolismo de los azúcares y de las enzimas de la glicolisis, necesarias para la síntesis de ATP. Se ha comprobado un aumento de hemorragias cerebrales e infartos en las poblaciones cuya alimentación tiene un bajo contenido de potasio. El potasio es muy frecuente en la naturaleza pero el abono, la cocción y el refinado, reducen el contenido celular, una dieta pobre en fruta y verdura reducen la introducción en el organismo de este mineral. El potasio es esencial para el equilibrio del agua en el organismo, para la contracción muscular, para la balanza ácido alcalina, para la transmisión del impulso nervioso, para el metabolismo energético, para el metabolismo de las proteínas y de los azúcares, para la salud del corazón y de los vasos. La deficiencia de potasio puede provocar hipertensión, hemorragia cerebral, extrasistolia y paro cardiaco por fibrilación ventricular. Los efectos tóxicos consisten en debilidad muscular, úlceras, baja presión arterial y en casos graves coma o paro cardiaco. Los pacientes con ulcera e insuficiencia renal no deben asumir suplementos de potasio. El cuerpo contiene una media de 140 gr de potasio. Éste, desempeña una acción fundamental en la síntesis de las proteínas y en la conversión del azúcar en glicógeno. El potasio activa un gran número de enzimas, particularmente aquellas conectadas con la producción de energía (la más importante es la fosfofructoquinasa). Entre los síntomas de la hipokalemia se encuentran la astenia, el vómito, la baja presión arterial y el coma. Las causas más frecuentes son una dieta rica en sodio, intervenciones en el intestino, diabetes, síndrome de Cushing, enfermedades renales, dietas inadecuadas, ayunos prolongados, anorexia nerviosa, etc. Numerosos fármacos pueden provocar hipokalemia: diuréticos tiacídicos, cortisona, laxantes, regaliz, insulina, infusiones de glucosa sin potasio. La depleción de potasio provoca mayor retención hídrica con un exceso de sal porque el potasio es hidrófobo; altas dosis de potasio pueden incrementar la eliminación de sodio y por lo tanto reducir el volumen de sangre y presión arterial.
El Potasio Aumentar la introducción de alimentos ricos en potasio puede llevar a un descenso de los valores de presión. La relación entre potasio y sodio es fundamental para la regulación de la presión arterial. La dieta de los países occidentales es demasiado rica en sodio y pobre en potasio. El potasio se elimina fácilmente con la cocción de los alimentos. La dosis diaria aconsejada en Australia varía de 1950 mgr a 5460 mgr. La dosis tóxica es superior a 18 gr diarios y puede provocar baja presión arterial, confusión mental y paro cardiaco. Hay que recordar que todos los seres vivientes (excluido el llamado hombre civilizado) siguen una dieta hiperpotásica. El potasio protege el aparato cardiovascular de numerosas maneras: reduciendo los radicales libres, modulando la proliferación de las células musculares lisas, la agregación de las plaquetas y la coagulación de la sangre. Se utilizan suplementos de potasio para las arritmias cardiacas y para la prevención de cálculos renales, sobretodo de calcio oxalato. El potasio se encuentra en grandes cantidades en la fruta, en la verdura cruda, en las legumbres y en los cereales integrales. El contenido de potasio varía según los alimentos, en relación parcial con el contenido de azúcar en los alimentos. (Debemos recordar también que el potasio estimula la secreción de insulina.)
Los Cloruros Los cloruros son compuestos que llevan un átomo de cloro en estado de oxidación formal -1. Por lo tanto corresponden al estado de oxidación más bajo de este elemento ya que tiene completado la capa de valencia con ocho electrones. Los cloruros inorgánicos contienen el anión Cl-1 y por lo tanto son sales del ácido clorhídrico (HCl). Se suele tratar de sustancias sólidas incoloras con elevado punto de fusión. podríamos decir que en algunos casos el cloro también se considera como un catión ya que contienen también pequeños iones con carga positiva. En algunos casos el enlace con el metal puede tener cierto carácter covalente. Esto se nota por ejemplo en el cloruro de mercurio (II) (HgCl2) que sublima a temperaturas bastante bajas. El cloruro de hierro (III) (FeCl3) igualmente muestra cierto carácter covalente. Así puede ser extraído de una disolución con elevada concentración de cloruro con éter y sin presencia de agua de cristalización sublima a elevadas temperaturas. La mayor parte de los cloruros con excepción principalmente del cloruro de mercurio (I) (Hg2Cl2), el cloruro de plata (AgCl), el cloruro de talio (I) (TlCl) y el cloruro de plomo (II) (PbCl2) son bastante solubles en agua. En presencia de oxidantes fuertes (permanganato, bismutato, agua oxigenada, hipoclorito etc.) los cloruros pueden ser oxidados a cloro elemental. Esta oxidación se puede llevar también a cabo por electrólisis. De hecho la electrólisis del cloruro sódico en disolución es el método más empleado para obtener este elemento además de hidróxido de sodio.
El Cloruro de Sodio El Cloruro de Sodio (NaCl). Sal esencial para la vida en la Tierra. La mayoría de los tejidos biológicos y fluidos corporales contienen variadas concentraciones de cloruro de sodio. La cantidad de iones de sodio en la sangre está directamente relacionada con la regulación de los niveles de fluidos corporales. La propagación de los impulsos nerviosos mediante una transducción de señales es mediada por estos iones. La llamada solución fisiológica, solución del 0,9% de cloruro de sodio, recibe su nombre porque es isotónica con el plasma sanguíneo. Esta solución fisiológica es el sostén principal de terapias médicas de reemplazo de fluidos, para la deshidratación o para prevenir shocks hipovolémicos (bajo volumen sanguíneo). Los humanos presentan la particularidad entre los primates de eliminar grandes cantidades de sal cuando sudan. Links http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/Animaciones/Indice_anim.htm
Carbonato - Bicarbonato Como hemos dicho antes , la vida se desarrolla en valores próximos a la neutralidad, por eso, los seres vivos necesitan que el PH de sus fluidos no cambie bruscamente. Un cambio en el PH de un animal, podría acarrear la desestabilización de sus moléculas orgánicas, o de sus reacciones celulares y metabólicas, o la respiración. Por ello, los seres vivos cuentan con unos sistemas que ayudan a regular el PH, son moléculas que actúan dando o quitando iones ''H-'' con lo cual, hasta cierto limite, pueden manejar su PH correctamente. Estos sistemas reciben el nombre de Buffer, Sistemas Tampón o amortiguadores de PH, son disoluciones que están compuestas por el ión común de un ácido débil o una base débil. Y el mismo ión común en una sal conjugada, ambos componentes deben de estar presentes. Las dos moléculas más utilizadas por la vida son El Tampón Carbonato/Bicarbonato, que se encuentra fuera de la célula, y el Tampón Fosfato, que se encuentra dentro de ella. HCO3 = Bicarbonato H- = Iones Hidrógeno H2CO3 = Ácido Carbónico CO2 = Dióxido de Carbono H2O = Agua Bien, esto es un ciclo, va tanto en sentido descendente, como ascendente. Si tenemos el PH de nuestro estomago en 4, tenemos ''Acidez'', es decir, tenemos en los fluidos una gran concentración de Iones ''H-'‘, al ingerir Bicarbonato, se une con los iones H-, y se forma el escalón, Ácido Carbónico. Ya hemos conseguido subir el PH, pero ahora tenemos excedente de Ácido Carbónico, que ''rompemos'' en CO2 eliminado en la respiración, y en H2O, agua. ¿Que es lo que ocurre si tenemos el PH en 9? Nuestra concentración de Alcohol es muy alta, y para eliminarlo, lo mezclamos con los pocos ''H-'' que nos quedan y formamos agua...con lo que conseguimos bajar el PH. Pero la ausencia del ión ''H-'' la suplimos ''rompiendo'' Ácido Carbónico. Que nos da bicarbonato...e iones ''H-'', todo en un eterno equilibrio en los organismos.
LA ATMOSFERA La atmósfera terrestre es la capa gaseosa que rodea a la Tierra. Protege la vida de la Tierra absorbiendo en la capa de ozono parte de la radiación solar ultravioleta, reduciendo las diferencias de temperatura entre el día y la noche Troposfera: 0 - 8/16 km, la temperatura disminuye con la altitud. Estratosfera: 8/16 - 50 km, la temperatura permanece constante para después aumentar con la altitud. Mesosfera: 50 - 80/85 km, la temperatura disminuye con la altitud. Termosfera o Ionosfera: 80/85 - 500 km, la temperatura aumenta con la altitud. Exosfera: 500 - 1500/2000 km Las capas más importantes para el análisis de la contaminación atmosférica son las dos capas más cercanas a la Tierra: la troposfera y la estratosfera. El aire de la troposfera es el que interviene en la respiración y está compuesto por un 78,08% de nitrógeno (N2), un 20,95% de oxígeno (O2), un 0,035% de dióxido de carbono (CO2) y un 0,94% de gases inertes como el argón y el neón. En esta capa se encuentran las nubes y casi todo el vapor de agua. Allí se producen todos los fenómenos atmosféricos que originan el clima. Más arriba, aproximadamente a 25 kilómetros de altura, en la estratosfera, se encuentra la importante capa de ozono que protege a la Tierra de los rayos ultravioletas (UV). En relación a esto, vale la pena recordar que, en términos generales, un contaminante es una substancia que está "fuera de lugar", y que un buen ejemplo de ello puede ser el caso del gas ozono (O3). Cuando este gas se encuentra en el aire que se respira, es decir, bajo los 25 kilómetros de altura habituales, es un contaminante que tiene un efecto dañino para la salud.
ALGUNOS GASES Dentro de las biomoléculas inorgánicas gaseosas que se estudiarán en este curso, se encuentran las que juegan un papel más relevante en la materia viva, a saber, el oxigeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno. El Oxigeno El oxígeno es el elemento químico de número atómico 8 y símbolo O. En su forma molecular más frecuente, O2, es un gas a temperatura ambiente. Representa aproximadamente el 21% en volumen de la composición de la atmósfera terrestre. Es uno de los elementos más importantes de la química orgánica y participa de forma muy importante en el ciclo energético de los seres vivos, esencial en la respiración celular de los organismos aeróbicos. Es un gas incoloro, inodoro e insípido. En su forma molecular formada por tres átomos de oxígeno, O3, denominada ozono, existente en la atmósfera protege a la Tierra de la incidencia de radiación ultravioleta procedente del Sol. Un átomo de oxígeno combinado con dos de hidrógeno forman una molécula de agua. En condiciones normales de presión y temperatura, el oxígeno se encuentra en estado gaseoso formando moléculas diatómicas (O2) que a pesar de ser inestables se generan durante la fotosíntesis de las plantas y son posteriormente utilizadas por los animales en la respiración. El oxígeno respirado por los organismos aerobios, liberado por la plantas mediante la fotosíntesis, participa en la conversión de nutrientes en energía (ATP). Su disminución provoca hipoxemia y la falta total de él anoxia pudiendo provocar la muerte del organismo.
Ciclo del Oxigeno El ciclo del oxígeno es la cadena de reacciones y procesos que describen la circulación del oxígeno en la biosfera terrestre. El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre y los océanos, y el segundo en la atmósfera. En la corteza terrestre la mayor parte del oxígeno se encuentra formando por parte de silicatos y en los océanos se encuentra formando por parte de la molécula de agua, H2O. En la atmósfera se encuentra como oxígeno diatómico, oxígeno molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), y en menor proporción en otras moléculas como monóxido de carbono (CO), ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de azufre (SO2), etc. En la atmósfera el O2 le confiere un carácter oxidante. Se forma por fotólisis de H2O (disociación de moléculas orgánicas complejas por efecto de la luz), formándose H2 y O2: 2H2O + hν → O2 +2H2 (hν, radiación ultra violeta) El O3 se forma a partir de O2 por interacción con radiación ultravioleta, y parte del ozono formado vuelve a dar oxígeno: 3O2 + hν → 2O3 O3 + hν' → O2 + O La parte de radiación ultravioleta que es absorbida no llega a la superficie terrestre haciendo que la temperatura del planeta sea más baja. Un ciclo biogeoquímico es el movimiento de un sustancia química a través de los depósitos de la litosfera (la rocas, los sedimentos y los suelos), la atmósfera (los gases), la hidrosfera (los océanos, los lagos y los ríos) y la biosfera (las plantas y animales). El oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este oxígeno abastece las necesidades de todos los organismos terrestres que lo respiran para su metabolismo, además cuando se disuelve en agua, cubre las necesidades de los organismos acuáticos. En el proceso de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final para los electrones retirados de los átomos de carbono de los alimentos, siendo el producto agua.
Ciclo del Oxigeno El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luz para alejar los electrones respecto a los átomos de oxígeno de las moléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de oxígeno de las moléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de carbono (de dióxido de carbono) a carbohidratos. Al final se produce oxígeno molecular y así se completa el ciclo. Por cada molécula de oxígeno utilizada en la respiración celular, se libera una molécula de dióxido de carbono. Inversamente, por cada molécula de dióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno. El oxígeno molecular presente en la atmósfera y el disuelto en el agua intervienen en muchas reacciones de los seres vivos. En la respiración celular se reduce oxígeno para la producción de energía, generándose dióxido de carbono, y en el proceso de fotosíntesis se origina oxígeno y energía, a partir de agua y radiación solar.
El Dióxido de Carbono El dióxido de carbono (CO2), es un gas cuya molécula está compuesta por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Es una molécula lineal y no polar, a pesar de tener enlaces polares, esto se debe a la hibridación del Carbono la molécula posee una geometría lineal y simétrica. Efecto Invernadero El dióxido de carbono es uno de los gases de efecto invernadero (G.E.I.) que contribuye a que la Tierra tenga una temperatura habitable, siempre y cuando se mantenga dentro de un rango determinado. Sin dióxido de carbono, la Tierra sería un bloque de hielo. Por otro lado, un exceso de dióxido de carbono acentúa el fenómeno conocido como efecto invernadero, reduciendo la emisión de calor al espacio y provocando un mayor calentamiento del planeta. En los últimos años la cantidad de dióxido de carbono ha aumentado considerablemente y eso contribuye al calentamiento global del planeta
Ciclo del Carbono El ciclo del carbono comprende, en primer lugar, un ciclo biológico donde se producen intercambios de carbono (CO2) entre los seres vivos y la atmósfera. La retención del carbono se produce a través de la fotosíntesis de las plantas, y la emisión a la atmósfera, a través de la respiración animal y vegetal. Este proceso es relativamente corto y puede renovar el carbono de toda la tierra en 20 años. En segundo lugar, tenemos un ciclo biogeoquímico más extenso que el biológico y que regula la transferencia entre la atmósfera, los océanos y el suelo (litosfera). El CO2 emitido a la atmósfera, si supera al contenido en los océanos, ríos, etc. es absorbido con facilidad por el agua convirtiéndose en ácido carbónico. Este ácido influye sobre los silicatos que constituyen las rocas y se producen los iones bicarbonato. Los iones bicarbonato son asimilados por los animales acuáticos en la formación de sus tejidos. Una vez que estos seres vivos mueren quedan depositados en los sedimentos de los fondos marinos. Finalmente, el CO2 vuelve a la atmósfera durante las erupciones volcánicas al fusionarse en combustión las rocas con los restos de los seres vivos. En algunas ocasiones la materia orgánica queda sepultada sin producirse el contacto entre ésta y el oxígeno lo que evita la descomposición y a través de, la fermentación, provoca la transformación de esta materia en carbón, petróleo y gas natural.
El Nitrógeno Elemento químico (N) en condiciones normales forma un gas diatómico (nitrógeno diatómico o molecular) que constituye el 78% del aire atmosférico. La más importante aplicación comercial del nitrógeno es la obtención de amoníaco empleándolo posteriormente en la fabricación de fertilizantes y ácido nítrico. Las sales del ácido nítrico incluyen el nitrato de potasio (nitro o salitre empleado en la fabricación de pólvora) y el nitrato de amonio fertilizante. El nitrógeno es el componente principal de la atmósfera terrestre (78,1% en volumen) y se obtiene para usos industriales de la destilación del aire líquido. Está presente también en restos de animales, por ejemplo el guano, usualmente en la forma de urea, ácido úrico y compuestos de ambos. También ocupa el 3% de la composición elemental del cuerpo humano. El nitrógeno es componente esencial de los aminoácidos y los ácidos nucleicos, vitales para la vida. Las legumbres son capaces de absorber el nitrógeno directamente del aire, siendo éste transformado en amoníaco y luego en nitrato por bacterias que viven en simbiosis con la planta en sus raíces. El nitrato es posteriormente utilizado por la planta para formar el grupo amino de los aminoácidos de las proteínas que finalmente se incorporan a la cadena trófica. Los fertilizantes nitrogenados son una importante fuente de contaminación del suelo y de las aguas. Los compuestos que contienen iones de cianuro forman sales extremadamente tóxicas y son mortales para numerosos animales, entre ellos los mamíferos.
Ciclo del Nitrógeno Es uno de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la biosfera. Es bastante más complejo que el del carbono, dado que está presente en la atmósfera no sólo como N2 (80%) sino también en una gran diversidad de compuestos. Se puede encontrar principalmente como N2O, NO y NO2, los llamados NOx. También forma otras combinaciones con oxígeno tales como N2O3 y N2O5 (anhídridos), "precursores" de los ácidos nitroso y nítrico. Con hidrógeno forma amoníaco (NH3), compuesto gaseoso en condiciones normales. Los seres vivos cuentan con una proporción de nitrógeno en su composición. Éste se encuentra en el aire en grandes cantidades (78% en volumen) pero en esta forma sólo es accesible a un conjunto muy restringido de formas de vida, como las cianobacterias y las azotobacteriáceas. Los organismos autótrofos requieren típicamente un suministro de nitrógeno en forma de nitrato (NO3–), mientras que los heterótrofos lo necesitan en forma de grupos amino (-NH2), y lo toman formando parte de la composición de distintas biomoléculas en sus alimentos. Los autótrofos reducen el nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3–) a grupos amino, reducidos (asimilación). Para volver a contar con nitrato hace falta que los descomponedores lo extraigan de la biomasa dejándolo en la forma reducida de ion amonio (NH4+), proceso que se llama amonificación; y que luego el amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación. Para poder cerrar el ciclo biológico esencial y mantener la cantidad de nitrógeno necesario en la atmósfera se necesitan dos procesos paralelos y simultáneos, en los que está implicado el nitrógeno atmosférico (N2). Se trata de la fijación de nitrógeno, en la que se originan compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación, una forma de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera.
Ciclo del Nitrógeno • La fijación de nitrógeno es la conversión del nitrógeno del aire (N2) a formas distintas susceptibles de incorporarse a la composición del suelo o de los seres vivos, como el ión amonio (NH4+), nitrito (NO2–), o nitrato (NO3–); y también su conversión a sustancias atmosféricas químicamente activas, como el dióxido de nitrógeno (NO2), que reaccionan fácilmente para originar alguna de las anteriores. • Fijación abiótica. puede ocurrir por procesos químicos espontáneos. • Fijación biológica de nitrógeno, la realizan tres grupos de microorganismos (diazotrofos): Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo, Bacterias simbióticas de algunas plantas, y Cianobacterias de vida libre o simbiótica. • La amonificación es la conversión a ión amonio del nitrógeno que en la materia viva aparece principalmente como grupos amino (-NH2) o imino (-NH-). • La nitrificación es la oxidación biológica del amonio a nitrato por microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular (O2) como receptor de electrones. • Nitrosación. Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2–). Lo realizan bacterias. • Nitratación. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3–). Lo realizan bacterias. • La combinación de amonificación y nitrificación devuelve a una forma asimilable por las plantas, el nitrógeno que ellas tomaron del suelo y pusieron en circulación por la cadena trófica. • La desnitrificación es la reducción del ión nitrato (NO3–), presente en el suelo o el agua, a nitrógeno molecular o diatómico (N2). El proceso sigue los siguientes pasos: • nitrato → nitrito → óxido nítrico → óxido nitroso → nitrógeno molecular • 2NO3- + 10e- + 12H+ → N2 + 6H2O • la desnitrificación es fundamental para que el nitrógeno vuelva a la atmósfera. Sin él la fijación de nitrógeno, abiótica y biótica, habría terminado por provocar la depleción (eliminación) del N2 atmosférico.
Glúcidos Los glúcidos son compuestos formados en su mayor parte por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, su función es producir energía. En la naturaleza se encuentran en los seres vivos, formando parte de biomoléculas aisladas o asociadas a otras como las proteínas y los lípidos. Los carbohidratos tienen enlaces químicos "covalentes“, difíciles de romper. Características de los Carbohidratos Compuesto formado por C, H y O Generalmente posee sabor dulce Suelen ser sustancias energéticas Compuestos polares Solubles en agua Aldosas G L U C I D O S Monosacáridos (=osas) No hidrolizables Cetosas Disacáridos Oligosacáridos Trisacáridos Holósidos homopolisacaridos Polisacáridos Ósidos hidrolizables heteropolisacaridos Glucolípidos Heterósidos Glucoproteínas
