Biología Este libro es una obra colectiva concebida , diseñada y creada en el Depar tamento de Ediciones de Santillana , bajo la dirección de Teresa Grence Ruiz. En su elaboración han par ticipado: Manuel Ballesteros Vázquez Mariano García Gregorio Miguel Ángel Madrid Rangel Rosa Herrera González EDICIÓN Ana Piqueres Fernández Daniel Masciarelli García EDICIÓN E JECUTIVA Begoña Barroso Nombela DIRECCIÓN DEL PROYECTO Antonio Brandi Fernández Las actividades de este libro no deben ser realizadas en ningún caso en el propio libro. Las tablas, esquemas y otros recursos que se incluyen son modelos que deberán ser trasladados a un cuaderno. 2 B A C H I L L E R A T O
Índice Unidad Saberes básicos Técnicas 1 Bioelementos y biomoléculas. El agua y las sales minerales 6 1. Los seres vivos y su organización 2. Los enlaces químicos 3. Los bioelementos 4. Las biomoléculas 5. El agua 6. Las sales minerales 7. Dispersiones coloidales y disoluciones verdaderas 8. Procesos de difusión, diálisis y ósmosis 9. El pH y las disoluciones tampón Fabrica un indicador de pH casero 2 Los glúcidos 28 1. Los glúcidos 2. Los monosacáridos 3. Los enlaces glucosídicos 4. Los oligosacáridos 5. Los polisacáridos 6. Los heterósidos 7. Funciones de los glúcidos Reconoce glúcidos en el laboratorio 3 Los lípidos 48 1. Concepto y clasificación de lípidos 2. Los ácidos grasos 3. Los lípidos saponificables 4. Los lípidos insaponificables 5. Funciones de los lípidos Fabrica jabón casero 4 Las proteínas 68 1. Las proteínas: concepto y tamaño 2. Los aminoácidos 3. El enlace peptídico 4. Péptidos importantes 5. Los niveles estructurales de las proteínas 6. Propiedades de las proteínas 7. Funciones de las proteínas 8. Clasificación de las proteínas Determina la presencia de proteínas en los alimentos 5 Los ácidos nucleicos 90 1. Los componentes de los ácidos nucleicos 2. Nucleótidos no nucleicos 3. Polinucleótidos. El enlace fosfodiéster 4. El ácido desoxirribonucleico. El ADN 5. El ácido ribonucleico. El ARN Extrae ADN y obsérvalo al microscopio 2
Unidad Saberes básicos Técnicas 6 La célula 110 1. La teoría celular 2. Microscopía 3. El microscopio óptico 4. El microscopio electrónico 5. Modelos de organización celular 6. Origen y evolución de las células 7. La célula procariota Observa células sanguíneas al microscopio 7 La membrana plasmática y la comunicación intercelular 130 1. La membrana plasmática 2. Transporte de moléculas pequeñas a través de membrana 3. Transporte de moléculas grandes a través de membrana 4. La matriz extracelular en células animales 5. Las uniones en células animales 6. La pared celular Observa células vegetales 8 El citoplasma, el citoesqueleto y el núcleo celular 146 1. El citoplasma 2. El citoesqueleto 3. El centrosoma 4. Cilios y flagelos 5. El núcleo celular Observa el corpúsculo de Barr 9 Los orgánulos celulares 166 1. Los ribosomas 2. El retículo endoplasmático 3. El aparato de Golgi 4. Los lisosomas 5. Las vacuolas 6. Los peroxisomas 7. Las mitocondrias 8. Los cloroplastos Separa pigmentos vegetales 10 Ciclo celular y cáncer 184 1. El ciclo celular 2. Mitosis y citocinesis 3. Meiosis 4. Los ciclos biológicos 5. El control del ciclo celular 6. Cáncer Observa células en mitosis 3
Índice Unidad Saberes básicos Técnicas 11 El metabolismo 204 1. El metabolismo y sus tipos 2. El ATP 3. Los biocatalizadores 4. Las enzimas y las coenzimas 5. La actividad enzimática 6. Las vitaminas Reconoce la presencia de la vitamina C 12 El catabolismo 226 1. Las reacciones catabólicas 2. Tipos de catabolismo 3. El catabolismo de los glúcidos 4. La glucólisis 5. La respiración 6. El catabolismo de los lípidos 7. El catabolismo de las proteínas 8. El catabolismo de los ácidos nucleicos 9. La fermentación Cuantifica la producción de CO2 en la fermentación alcohólica 13 El anabolismo 250 1. El anabolismo 2. La fotosíntesis 3. La quimiosíntesis 4. El anabolismo heterótrofo 5. La síntesis de los glúcidos 6. La síntesis de los lípidos 7. La síntesis de los aminoácidos no esenciales 8. La síntesis de los nucleótidos Conoce los pigmentos fotosintéticos 14 Genética mendeliana 276 1. Conceptos fundamentales de genética 2. Los experimentos de Mendel. Las leyes de la herencia 3. Extensión de las leyes de Mendel 4. Herencia mendeliana en el ser humano 5. Genes y cromosomas. La teoría cromosómica de la herencia 6. La herencia del sexo 7. La herencia ligada al sexo Resuelvo problemas de genética mendeliana 15 Genética molecular 296 1. La naturaleza del gen 2. La replicación del ADN 3. La expresión del material genético 4. La transcripción 5. El código genético 6. La traducción 7. La regulación de la expresión génica 4
Unidad Saberes básicos Técnicas 16 Las mutaciones 318 1. Concepto y tipos de mutaciones 2. Las mutaciones puntuales 3. Las mutaciones cromosómicas 4. Las mutaciones cariotípicas 5. Los agentes mutagénicos 6. Mutación y cáncer 7. Mutaciones y evolución 17 Biotecnología e ingeniería genética 334 1. Concepto de biotecnología 2. Los microorganismos en biotecnología 3. Las principales técnicas de ingeniería genética 4. Principales aplicaciones de la biotecnología 5. La clonación y las células madre 6. Normativa europea e implicaciones 18 Las enfermedades infecciosas y el sistema inmunitario 352 1. Las enfermedades infecciosas 2. La inmunidad y el sistema inmunitario 3. La inmunidad innata 4. La inmunidad adquirida 5. Los antígenos y los anticuerpos 6. Las respuestas de la inmunidad adquirida 7. Otros mecanismos que ayudan al sistema inmunitario 8. Tipos de inmunidad adquirida 19 Patologías del sistema inmunitario 374 1. La autoinmunidad 2. La hipersensibilidad 3. La inmunodeficiencia 4. El síndrome de la inmunodeficiencia adquirida 5. El cáncer 6. Los trasplantes y el sistema inmunitario Analiza el tratamiento de trasplantes 5
Marina acaba de l l egar de México. Sufre fiebre, v ómitos y di arrea desde hace varios días. Al ver que no mejora , decide acudir a un hospital . Tras realizarle una exploración , deciden ingresarla e inyectarle de forma intravenosa un suero fisiológico, que es utilizado como vehículo de medicamentos para paliar los síntomas. Al i r encontrándose me jor y mov i da por l a cur io si dad , Mar ina obser va la etiqueta del suero: suero fisiológico 0,9 %, solución para perfusión . En el apar tado de composición cualitativa y cuantitativa , indica que por cada 1 0 0 0 mL c o n t i e n e 9 g d e c l o r u r o s ó d i c o , 1 0 0 0 mL d e a g u a d e st i l a d a , 154 mmol/L de sodio y otros 154 mmol/L de cloruros. Indica también que ha de administrarse vía intravenosa y que se trata de una solución isotónica. Marina comienza a hacerse multitud de preguntas: ¿cuál es el significado de solución isotónica? ¿Para qué necesita sodio o cloruros? ¿Cómo podría ese suero mejorar su estado físico? 1 Bioelementos y biomoléculas. El agua y las sales minerales 6
Señala los niveles de organización de la materia que conozcas e indica un ejemplo de cada uno de ellos. ¿Qué tipos de enlaces químicos conoces? ¿Qué es un bioelemento? ¿Y un oligoelemento? Cita ejemplos. ¿Qué es una biomolécula? ¿Cuáles conoces y cómo las clasificarías? ¿Por qué es tan importante la presencia de agua para que exista la vida? ¿Es el agua un nutriente? ¿Y las sales minerales? Justifica tu respuesta. ¿Cómo podemos encontrar las sales minerales en los seres vivos? ¿Qué es el pH? ¿Es necesario mantener el pH de un tejido dentro de unos límites? ¿Por qué? ¿Qué es una disolución? ¿Cuáles son sus componentes? ¿Por qué el agua de mar no sacia la sed? R E C U E R D O L O Q U E S É E N E S TA U N I DA D … 3 Los bioelementos 6 Las sales minerales 9 El pH y las disoluciones tampón 2 Los enlaces químicos 5 El agua 8 Procesos de difusión, diálisis y ósmosis 1 Los seres vivos y su organización 4 Las biomoléculas 7 Dispersiones coloidales y disoluciones verdaderas 7
El término biología proviene de las palabras griegas bios, que significa «vida», y logos, que significa «estudio». Así , podemos definir la biología como la ciencia que estudia los seres vivos tanto a nivel estructural (morfología) como funcional (fisiología). Todos los seres v iv os, a di ferenci a de l a mat eri a iner t e, están formados por células; son sistemas que llevan a cabo una serie de funciones vitales que los distinguen de la materia inerte. Algunas de las características de los seres vivos son : 1. Los seres vivos y su organización Complejidad , organización y diversidad . Los seres vivos son estructuras complejas formadas por una o muchas células, constituidas a su vez por un número elevado de moléculas diferentes, lo que les permite tener una gran diversidad . Todos poseen , entre otras, proteínas y ácidos nucleicos. Son sistemas altamente organizados. Metabolismo. Todos necesitan mantener un intercambio de materia y energía con el entorno. A través de la alimentación incorporan sustancias que son transformadas en el interior, mediante reacciones químicas, en materia propia y energía , que emplean en llevar a cabo sus funciones vitales. Información genética. Los seres vivos transmiten a su descendencia un conjunto de características físicas, bioquímicas y fisiológicas. Esta información genética se almacena en el ADN en forma de genes; cada gen codifica un aspecto puntual de las características de un ser vivo. Evolución. Los seres vivos tienen la capacidad de adaptarse para sobrevivir a los cambios ambientales a través del tiempo y transmitir esas adaptaciones a sus descendientes, es decir, evolucionar. Respiración. Con la respiración , los nutrientes contenidos en los alimentos se oxidan completamente y liberan energía . Para ello se consume oxígeno y se libera dióxido de carbono al exterior. Respuesta ante estímulos. Los seres vivos captan los cambios que se producen en su entorno, tanto interior como exterior, y responden a ellos elaborando respuestas adecuadas. Reproducción. Los seres vivos pueden generar copias de sí mismos, iguales o muy parecidas a sus progenitores, con las que aseguran la perpetuidad de la especie. A través de la reproducción transmiten su información genética . Liberación de productos de desecho. Como consecuencia del metabolismo y la respiración se generan una serie de sustancias de desecho que es necesario eliminar al exterior. Crecimiento. Todo ser vivo pasa por uno o varios periodos de crecimiento en los que aumenta su tamaño corporal . 8
1.1. Los niveles de organización de los seres vivos La materia que forma los seres vivos se organiza en distintos niveles, cada uno de los cuales tiene un mayor grado de complejidad que el precedente. Cada nivel presenta unas propiedades emergentes que no se dan en los niveles inferiores. Hay dos tipos de niveles de organización : los abióticos, formados por los constituyentes químicos, que contienen tanto la materia viva como la inerte, y los bióticos, que son exclusivos de los seres vivos. 1 1 La biología es una ciencia muy amplia que estudia todas las formas de vida desde muchas perspectivas. Esto permite distinguir diferentes especialidades dentro de la biología. Señala algunas de esas especialidades. 2 Algunos organismos unicelulares, como los protozoos o ciertas bacterias, son capaces de formar colonias. ¿Podemos considerar dichas colonias como un individuo? ¿Por qué? 3 Señala alguna característica que los seres vivos compartan con la materia inerte. A C T I V I D A D E S Nivel molecular y macromolecular. Formado por moléculas que resultan de la unión de dos o más átomos. Hay moléculas más sencillas y otras más complejas. Comunidad o biocenosis. Conjunto de todas las poblaciones que comparten un mismo espacio. Biosfera. Conjunto de todas las especies de seres vivos de la Tierra . Nivel subatómico. Lo integran las partículas más pequeñas que forman parte de la materia : protones, neutrones y electrones. Nivel atómico. Lo componen los átomos, la parte más pequeña de un elemento o una sustancia simple. Célula. Unidad estructural y fisiológica de todos los seres vivos. Tejido. Conjunto de células similares especializadas en una función determinada . Órgano. Diversos tejidos que realizan una función concreta en el organismo. Sistema y aparato. Agrupaciones de órganos que participan de forma conjunta en una misma función . Individuo. Conjunto de aparatos y sistemas que forman un ser vivo. Población. Grupo de individuos de una misma especie que viven en un área determinada . 9
Todos los seres v iv os, al igual que l a mat eri a iner t e, están constitui dos por átomos que se unen entre sí mediante enlaces químicos para formar redes cristalinas o moléculas. Los átomos constan de un núcleo, formado por protones y neutrones, y una corteza , donde se encuentran los electrones. Un átomo tiene siempre el mismo número de protones que de electrones. Los electrones que se encuentran en la capa más externa son los electrones de valencia y son los responsables de l a formación de los enl aces. L a capaci dad de los átomos para atra er los pares de electrones de valencia de otro átomo se conoce como electronegatividad. Los átomos tienden a completar su última capa con 8 electrones para ser estables. 2.1. Enlaces intramoleculares Son aquellos que se producen entre átomos de una misma molécula . Son enlaces fuertes. Enlace iónico Se da entre átomos de electronegatividades muy diferentes en el que uno cede electrones y el otro los capta . Los átomos, al perder o ganar electrones de su última capa , se quedan cargados positiva o negativamente formando iones. Si la carga es positiva son cationes y si es negativa son aniones. Ambos iones se unen gracias a la atracción electrostática entre cargas de distinto signo. Este proceso ocurre en un número elevado de átomos por lo que se organizan formando redes cristalinas. Enlace covalente Los átomos comparten uno o más pares de electrones. Cada par de electrones compartido forma un enlace. Se da entre dos no metales y son enlaces muy fuertes y estables. Protones Electrones Neutrones Átomo de nitrógeno formado por un núcleo con 7 protones y 7 neutrones y una corteza con 7 electrones. En su capa externa presenta 5 electrones de valencia. Enlace covalente polar. Se produce entre átomos de electronegatividades diferentes, de forma que el más electronegativo atrae con más fuerza el par de electrones compartidos. Esto proporciona una carga parcial negativa (δ2) en el átomo más electronegativo y una carga parcial positiva (δ1) en el menos electronegativo. La molécula presenta polaridad . Enlace covalente apolar. Se forma entre átomos de igual o parecida electronegatividad, por lo que cada átomo atrae con la misma fuerza el par o pares de electrones compartidos. No hay polaridad. Los metales tienden a perder electrones, formando cationes (Na1). Los no metales aceptan o ganan esos electrones y se convierten en aniones (Cl2). 2. Los enlaces químicos O H H H O O H H H O O H H H O O H H H O O H H H O O H H H O δ2 δ1 δ1 10
2.2. Enlaces intermoleculares Se dan entre átomos de moléculas diferentes. Suelen ser temporales y débiles. De su intensidad dependen algunas de las propiedades fisicoquímicas de las moléculas, como los puntos de ebullición y fusión , solubilidad , etc. Fuerzas de Van der Waals Son interacciones electrostáticas de atracción débil establecidas entre moléculas polares y no polares que se encuentran muy próximas. Se pueden generar dipolos instantáneos por desplazamientos de carga durante un instante dado. Esto provoca dipolos inducidos en las moléculas vecinas, que hace que los átomos permanezcan unidos por un pequeño momento. Puentes de hidrógeno Se establecen entre un átomo de hidrógeno y otros átomos muy electronegativos, como el f lúor (F), el oxígeno (O) o el nitrógeno (N). El átomo de hidrógeno, al quedar próximo a otros átomos de moléculas adyacentes, establece pequeñas fuerzas de atracción entre ellos. Suele ser intermolecular, como sucede en la unión de diferentes moléculas de agua , pero también puede ser intramolecular. En una misma molécula de proteína pueden generarse puentes de hidrógeno entre el H de un grupo -NH- y el O de un grupo -CO-, generando un plegamiento de la proteína . 1 4 El NaCl es un compuesto iónico de gran importancia biológica. Indica otro ejemplo de compuesto iónico fundamental para la vida. 5 ¿Cómo serían los enlaces entre dos átomos de hidrógeno? ¿Y entre dos átomos de nitrógeno? Dibújalos. 6 De los átomos que forman un enlace covalente polar, ¿cuál es el átomo más electronegativo? ¿Y el más electropositivo? ¿Y en el enlace apolar? 7 ¿Qué importancia tienen los enlaces intermoleculares? 8 ¿Cómo se disponen las moléculas apolares cuando se introducen en agua? A C T I V I D A D E S Puentes de hidrógeno entre diferentes moléculas de agua Fuerzas de solvatación Interacciones hidrofóbicas Se producen entre un ion y una molécula covalente polar. Por ejemplo, en agua , el NaCl se disuelve en Na1 y Cl2. Las moléculas de agua rodean a estos iones con sus correspondientes cargas opuestas, de forma que el compuesto iónico se estabiliza . Se dan cuando las moléculas apolares se agrupan al estar disueltas en agua con el fin de reducir el área de contacto con esta . La formación de micelas es un claro ejemplo de este fenómeno, al igual que la formación de las bicapas lipídicas en las membranas plasmáticas. Las moléculas apolares se unen entre sí al estar en contacto con el agua, formando agrupaciones como las micelas. Dipolo instantáneo debido a un movimiento de carga Los dipolos inducen dipolos en las moléculas vecinas. δ2 δ2 δ2 δ1 δ1 δ1 δ2 δ1 H Na Cl H H H O O H H H H H H H H O O O O H H O H H O δ2 δ2 δ2 δ2 δ1 δ1 H Na Cl H H H O O H H H H H H H H O O O O H H O H H O δ1 δ1 δ1 δ1 δ1 δ1 2 1 11
L o s b i o e l e m e n t o s s o n a q u e l l o s e l e m e n t o s q u í m i c o s q u e f o r m a n p a r t e de la materia viva . Según su abundancia se clasifican en : Son los más abundantes en los seres vivos. Constituyen más del 96 % del total de la materia viva . Son indispensables para la formación de biomoléculas orgánicas, como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, así como de biomoléculas inorgánicas, como el agua y las sales minerales. El carbono y el hidrógeno forman las largas cadenas que componen los esqueletos de las biomoléculas. El hidrógeno está también presente en las moléculas de agua . El oxígeno es un elemento muy electronegativo que establece enlaces polares con el hidrógeno dando lugar a los grupos hidroxilo (-OH), aldehído (-CHO) y carboxilo (-COOH). El nitrógeno forma el grupo amino (-NH2) en las proteínas y se encuentra en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos. El azufre está presente en muchas proteínas formando el radical tiol (-SH), responsable de la actividad catalítica de algunas enzimas. También participa en los enlaces disulfuro (-S-S-), que mantienen la estructura de las proteínas. El fósforo forma parte de los fosfolípidos de las membranas celulares, se encuentra en los ácidos nucleicos, en moléculas energéticas como el ATP o como fosfato en los huesos y dientes. Están presentes en todos los seres vivos, pero en menor proporción , aproximadamente un 3,3 %. El sodio, el potasio y el cloro se encuentran disueltos en medios internos y externos de las células en forma de iones (Na1, K1, Cl2). Mantienen el grado de salinidad y el equilibrio de cargas eléctricas a un lado y otro de la membrana celular. El calcio en forma de carbonatos (CO3 22) da lugar a estructuras esqueléticas. Como ion (Ca21) participa en numerosas funciones, como la transmisión del impulso ner vioso o la contracción muscular. El magnesio en su forma iónica (Mg21) se encuentra en muchas enzimas y en la clorofila de las plantas. Inter viene también en la replicación del ADN y en la síntesis del ARN. Bioelementos primarios Bioelementos secundarios Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1 %, pero son indispensables para que se lleven a cabo los diferentes procesos fisiológicos. Su falta o una concentración mayor de su nivel normal es perjudicial para el organismo. Por ejemplo, el hierro como ion (Fe21) forma parte de la hemoglobina , molécula encargada de llevar oxígeno a los pulmones. También se encuentra en los citocromos, enzimas que participan en la respiración celular. Otros oligoelementos son el litio (Li), el silicio (Si), el f lúor (F), el cobre (Cu), el cinc (Zn), el yodo (I) o el cobalto (Co). 3. Los bioelementos Oligoelementos 12
3.1. El carbono El átomo de carbono es el átomo más abundante en la composición química de la materia viva a pesar de ser muy escaso en la corteza terrestre. Presenta unas características que lo hacen idóneo como base de las moléculas orgánicas que forman la materia viva . 9 ¿Qué son los oligoelementos? ¿Qué funciones desempeñan? 10 ¿Crees que existe relación entre la abundancia de un bioelemento y su indispensabilidad? Justifica la respuesta. 11 Localiza los bioelementos primarios en la tabla periódica. ¿Qué características comunes tienen todos ellos? 12 ¿Qué bioelemento es imprescindible para la contracción muscular? ¿Y para la transmisión del impulso nervioso? 13 ¿Por qué el carbono ha permitido construir la materia viva? 14 ¿A qué crees que es debido que los dobles y triples enlaces en el carbono sean rígidos y no puedan girar? A C T I V I D A D E S El carbono tiene una masa atómica (A) de 12 y un número atómico (Z) de 6. El número atómico nos indica el número de protones que tiene el elemento en su núcleo. 6 C 12.01 Carbono 1 El átomo de carbono tiene cuatro electrones en su última capa , lo que indica que puede formar cuatro enlaces covalentes para completar los ocho electrones de su capa más externa . Estos enlaces pueden ser : Sus características atómicas le permiten formar largas cadenas carbonatadas, lineales o ramificadas, y anillos cíclicos, que sir ven de esqueleto para las grandes biomoléculas. A estos esqueletos de carbono se añaden grupos de átomos llamados grupos funcionales, que confieren propiedades químicas específicas a las moléculas. Protones Electrones Neutrones C H H H C H H H C H H C H H O C O C N H Los enlaces simples permiten el giro de sus componentes mientras que, en los enlaces dobles o triples, el giro no está permitido, son rígidos. Esto da lugar a moléculas con diferentes grados de movilidad que desempeñarán distintas funciones. H H H H H H C C H H H H C C Estos cuatro enlaces están dirigidos en el espacio hacia cuatro vértices de un hipotético tetraedro, lo que permite establecer estructuras tridimensionales que posibilitan la formación de muchas moléculas. H H H H C H H H H H H H H C C C H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C H H H H C C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H C C C H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C H H H H C C C C C C C C C C C H H H H H H Cuatro simples Uno simple y uno triple Dos dobles Dos simples y uno doble Esqueleto de carbono Grupos funcionales Cadenas lineales Cadenas ramificadas Anillos cíclicos 13
15 ¿Cómo se clasifican las biomoléculas? 16 ¿Qué es un polímero? Investiga qué tipo de polímero es el ADN. A C T I V I D A D E S 4. Las biomoléculas Las biomoléculas o principios inmediatos están compuestas por bioelementos y son las moléculas que forman parte de los seres vivos. Pueden ser : Muchas moléculas que forman parte de los seres vivos son de gran tamaño y reciben el nombre de macromoléculas o polímeros, ya que están constituidas por la unión de otras moléculas más pequeñas o monómeros. La mayoría de las biomoléculas orgánicas son derivados de hidrocarburos, es decir, de moléculas formadas exclusivamente por carbono e hidrógeno, en las que se han sustituido los átomos de hidrógeno por grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de compuestos orgánicos. Los principales grupos funcionales de las moléculas orgánicas son : Si el polímero se obtiene de un mismo tipo de monómero, se denomina homopolímero. Por ejemplo, la celulosa se forma por unión de muchas glucosas. Si el polímero se obtiene de distintos tipos de monómeros, se denomina heteropolímero. Por ejemplo, las proteínas se forman por la unión de distintos aminoácidos. Monómeros Monómeros Orgánicas Son exclusivas de los seres vivos. Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos Inorgánicas Presentes en los seres vivos y en la materia inorgánica . Agua Sales minerales Gases CaCO2 NaCI N2 O2 CO2 H2O – OH Grupo hidroxilo (alcoholes) – C= O Grupo carbonilo cetónico (cetonas) – NH2 Grupo amino (aminas) – C= O H Grupo carbonilo aldehído (aldehídos) – C= O OH Grupo carboxilo (ácidos) Homopolímero Heteropolímero 14
5. El agua 1 El agua es la molécula más abundante de la materia viva y es esencial para que exista vida en la Tierra y para que se den todas las funciones del organismo. Los organi smos pueden sint eti zar agua a par tir de otras biomol écul as me - diante reacciones químicas, es el agua endógena o metabólica. Sin embargo, esta agua no suele ser suficiente, por lo que los organismos deben ingerirla del exterior regularmente, es el agua exógena. En la materia viva el agua puede encontrarse fuera de las células, es el agua extracelular; dentro de las células, es el agua intracelular; o circulando por vasos, como la sangre o la savia , transpor tando sustancias o desechos, es el agua circulante. 5.1. Estructura de la molécula de agua La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno. 17 INTERPRETO LA IMAGEN. ¿Cuántos enlaces de hidrógeno puede formar una molécula de agua con las moléculas vecinas? ¿Se forman los mismos enlaces de hidrógeno en el agua gaseosa, líquida y sólida? Razona tu respuesta. A C T I V I D A D E S Estructura líquida del agua Moléculas como el oxígeno, el nitrógeno o el dióxido de carbono, que presentan un peso molecular parecido al del agua , son gaseosas a temperatura ambiente. El agua , sin embargo, es líquida . Debido al carácter polar, las moléculas de agua próximas tienden a asociarse, de manera que la zona cargada negativamente de una de ellas es atraída por la zona con carga positiva de otra , estableciéndose entre ambas enlaces o puentes de hidrógeno que convierten el agua en una sustancia muy cohesiva . Cada molécula de agua puede llegar a formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua , dando lugar a una estructura tetraédrica altamente ordenada . De acuerdo con la cantidad e intensidad de puentes de hidrógeno que contenga , el agua existirá en uno de los tres estados físicos conocidos, gas, líquido y sólido, propiedad que es exclusiva de esta sustancia . Puentes de hidrógeno H H O Presenta geometría angular. Los enlaces se disponen formando un ángulo de 104,5 º. Cada átomo de hidrógeno comparte su electrón de valencia para formar un enlace covalente. Es una molécula polar. La electronegatividad del oxígeno es mayor que la del hidrógeno, por lo que los pares de electrones compartidos se ven atraídos con más fuerza por el átomo de oxígeno. Por ello la molécula de agua , a pesar de ser neutra , se comporta como un dipolo eléctrico, es decir, se crean dos polos en la molécula , uno positivo en los hidrógenos y uno negativo en el oxígeno. 0,96 Å 104,5° δ1 δ1 δ2 δ2 15
5. El agua 5.2. Las propiedades del agua Las propiedades fisicoquímicas del agua derivan de su polaridad y de la cohesión entre sus moléculas. Elevado poder disolvente. El agua es una molécula altamente reactiva que puede disolver una gran variedad de sustancias, lo que la convierte en disolvente universal . Así establece fuerzas de solvatación con sustancias iónicas o enlaces de hidrógeno con moléculas polares. Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. Gracias a los puentes de hidrógeno, las moléculas de agua están muy cohesionadas, es decir, muy unidas entre sí , lo que hace que sea un líquido incompresible. Esto significa que no es fácil reducir su volumen mediante presión , pues las moléculas de agua están enlazadas entre sí manteniendo unas distancias intermoleculares más o menos fijas. Elevada fuerza de adhesión. Las fuerzas de adhesión permiten a las moléculas de agua unirse a otras moléculas diferentes, como las de las paredes del recipiente que la contiene. Los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua facilitan esta adhesión. Elevado calor específico. Se precisa mucha energía para elevar la temperatura del agua en un grado. Es decir, el agua es capaz de absorber o liberar grandes cantidades de calor sin que haya grandes variaciones en su temperatura . Se debe a que gran parte de dicha energía se emplea en romper los puentes de hidrógeno y no en elevar su temperatura . Elevado calor de vaporización. Para pasar del estado líquido al estado gaseoso hace falta romper los puentes de hidrógeno y para ello se precisa mucha energía , que se toma del entorno. Mayor densidad en estado líquido que en sólido. Cuando el agua alcanza los 4 oC se dilata , ocupa más volumen , hasta transformarse en hielo, que es menos denso que el agua líquida y f lota sobre ella . Elevada tensión superficial . La elevada cohesión entre sus moléculas explica que el agua tenga una elevada tensión superficial , es decir, que su superficie opone una gran resistencia a romperse. Bajo grado de ionización. Solo un reducido número de moléculas de agua están disociadas en iones H1 y OH2. En el agua pura , a 25 ºC, solo una molécula de cada 10 000 000 está disociada . Esta baja concentración de iones implica que, al añadir al agua una base (OH2) o un ácido (H1), estas concentraciones variarán bruscamente. Alta conductividad térmica. El agua conduce muy bien el calor por conducción , es decir, por contacto directo y sin intercambio de materia . Baja viscosidad . El agua posee una baja viscosidad en comparación con otros líquidos, lo que le permite f luir. NaCl Agua + - - - + - + + + + Fuerzas de adhesión Pared del recipiente Capilaridad 16
1 5.3. Las funciones del agua en los seres vivos El agua en los seres vivos desempeña , entre otras, las siguientes funciones: 18 El H2S, H2Se y H2Te tienen puntos de ebullición de 260 ºC, 241,25 ºC y 22 ºC respectivamente. Por el contrario, el agua, a pesar de tener menor peso molecular (18u), tiene un punto de ebullición de 100 ºC y no es un gas, por lo que no se corresponde con la serie de hidruros del mismo grupo de la tabla periódica a los que pertenece el oxígeno. ¿A qué se deben estas particularidades del agua? 19 ¿Cómo explicarías que ciertos animales como los insectos zapateros se desplacen por el agua? 20 ¿Cuál es la razón de que la molécula de agua forme un ángulo de 104,5º y qué consecuencias derivan de ello? 21 ¿Por qué crees que no sería posible la existencia de vida, tal y como la concebimos, sin la presencia de agua? A C T I V I D A D E S Transporte y disolución. Gracias a su gran poder de disolución , el agua es el medio de transporte de numerosas sustancias desde el exterior al interior de los organismos y en el propio organismo, como en la ascensión de la savia bruta en los árboles o la distribución de nutrientes por la sangre en animales. Bioquímica y fisiológica. El agua es fundamental para la vida , ya que casi todas las reacciones metabólicas tienen lugar en el medio acuoso. Estructural . El agua da volumen y forma a las células que carecen de pared y permite la turgencia y crecimiento de las células vegetales. Funciona como un esqueleto hidrostático. Capilaridad . La adhesión y la cohesión son las responsables del fenómeno de capilaridad por el que asciende la savia bruta en las plantas, a través de los vasos leñosos, de las raíces a las hojas. Termorreguladora. Gracias a su elevado calor específico, es un excelente amortiguador térmico y evita cambios bruscos de temperatura en los organismos, independientemente de las variaciones térmicas del ambiente. Por ejemplo, al sudar se expulsa agua que toma calor del cuerpo y, como consecuencia , este se enfría . Su elevada conductividad térmica permite la distribución rápida y la regulación del calor corporal . Ecológica. Los ríos, lagos, embalses, etc., al enfriarse comienzan a congelarse desde la superficie. Se forma así una capa de hielo superficial que f lota y que impide que se congelen las capas más profundas. Así actúa de aislante térmico posibilitando la vida bajo el hielo. Amortiguadora. Gracias a su elevada cohesión molecular, el agua sir ve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento. Por ejemplo, el líquido cefalorraquídeo amortigua los golpes del encéfalo contra los huesos craneales. 17
6. Las sales minerales Las sales minerales son sustancias inorgánicas que pueden encontrarse en los seres vivos en dos formas: 6.1. Las funciones de las sales minerales Sales minerales precipitadas Son insolubles en agua y se encuentran en estado sólido. Se pueden asociar a determinadas macromoléculas, como las proteínas. Forman parte de estructuras esqueléticas. Sales minerales disueltas Son sales que al disolverse se encuentran disociadas en sus correspondientes iones. Algunos cationes pueden aparecer asociados a determinadas moléculas, como proteínas. Por ejemplo, el ion ferroso (Fe21) inter viene en el transporte de O2 asociado a la hemoglobina . Los caparazones de moluscos o el esqueleto externo de los corales están formados por carbonato de calcio, CaCO3. En los huesos encontramos carbonato de calcio y fosfato de calcio, Ca3(PO4)2. Los caparazones de las diatomeas o las espículas de algunas esponjas se componen de silicatos. Principales aniones Cl2, SO4 22, PO4 22, CO3 22, HCO3 2 y NO3 2 Principales cationes Na1, Ca21, Mg21, Fe21, Fe31 y K1 22 ¿Qué funciones biológicas desempeñarán las sales minerales disueltas en los seres vivos? ¿Y las precipitadas? A C T I V I D A D E S Estructural . Las sales minerales precipitadas constituyen estructuras de sostén o de protección como huesos, conchas, caparazones… Catalítica. Algunos iones actúan como cofactores enzimáticos necesarios para que las enzimas se inhiban o se activen . Mantenimiento del grado de salinidad del organismo. El medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas constantes. Una variación en ellas provoca alteraciones de la permeabilidad, la excitabilidad y la contractibilidad de las células. Esto afecta a la entrada y salida de agua a través de la membrana plasmática , lo que regula el volumen celular. También se relaciona con la contracción muscular y la transmisión del impulso ner vioso. Regulación del pH. El pH es la medida de acidez o alcalinidad de una disolución acuosa . Las sales minerales disueltas se ionizan en mayor o menor grado ayudando a mantener el pH del medio. 18
7. Dispersiones coloidales y disoluciones verdaderas 1 Debido a su poder disolvente, el agua está presente en el interior de todos los seres vivos formando disoluciones. Una disolución es una mezcla que consta de una fase dispersante, el disolvente, y una fase dispersa, un soluto disuelto. Según sean los solutos de la fase dispersa, se distinguen dos tipos de disoluciones: Dispersiones coloidales Las moléculas de soluto disueltas son de alto peso molecular. Se denominan coloides. Son mezclas heterogéneas en las que el soluto no se ve a simple vista . Las partículas de la fase dispersa sedimentan por ultracentrifugación , es decir, al someterlas a fuertes campos gravitatorios. Son translúcidas, a veces transparentes y claras. En ellas se manifiesta el efecto Tyndall, en el que las partículas dispersan los rayos de luz y al iluminar la dispersión lateralmente es posible verlas. Presentan una elevada viscosidad debido a sus moléculas de gran tamaño. Pueden manifestarse en forma de: Sol: con aspecto líquido. Gel: con aspecto gelatinoso y mayor viscosidad . Formado por una red de fibras que retienen el líquido. Los solutos son polisacáridos, lípidos, proteínas o ácidos nucleicos. Por ejemplo, la leche, donde la grasa láctea es el soluto de la fase dispersa y el agua el medio dispersante. Fase dispersa Fase dispersante Gelificación Disoluciones verdaderas Las moléculas de soluto disueltas son de bajo peso molecular. Se denominan cristaloides. Son mezclas homogéneas en las que las moléculas de soluto se disuelven de tal manera que no se ven a simple vista . Las partículas de la fase dispersa no sedimentan por ultracentrifugación . Suelen ser transparentes y claras, permiten el paso de la luz, pero no presentan el efecto Tyndall . Tienen baja viscosidad . Nunca presentan estado de gel . Los solutos son iones de sales y moléculas orgánicas sencillas, como azúcares o aminoácidos. Por ejemplo, el agua potable o la sal disuelta en agua . En las células, de sol se puede pasar a gel y viceversa , aunque a veces este proceso no es reversible, dependerá de la síntesis o degradación de las proteínas. 19
Son tres fenómenos presentes en las disoluciones verdaderas y en las disper - siones coloidales de gran importancia en los procesos biológicos. Al poner en contacto dos disoluciones de diferente concentración , el paso de solutos o disolventes de una disolución a otra se da de la más concentrada a la menos concentrada . Se dice que ocurre a favor de gradiente. Una di solución hipertónica tiene más concentración de soluto (y, por tanto, menos de agua) respecto a otra , llamada hipotónica, que tiene menos concentración de soluto (y, por tanto, más de agua). Este proceso ocurre de forma pasiva, sin gasto de energía , y hasta que las disoluciones se vuelven isotónicas, es decir, igualan sus concentraciones. 8.1. Difusión Se trata de la distribución homogénea de las partículas de soluto en un disolvente al entrar en contacto. Este proceso puede darse a través de una membrana permeable que permita el paso de solutos y disolventes. En este caso, las moléculas de soluto y disolvente atraviesan la membrana de forma pasiva y a favor de gradiente de concentración . De esta manera es como pasan los gases y algunos iones a través de las membranas celulares. 8.2. Diálisis Es un proceso que consi ste en separar partículas de alto peso molecular, los coloides, de las de bajo peso molecular, los cristaloides. 8. Procesos de difusión, diálisis y ósmosis Al cabo del tiempo, las moléculas de tinte y agua se distribuyen de manera homogénea . Al poner una gota de tinte en agua , las moléculas del tinte se difunden en el agua y las moléculas de agua se difunden en las de tinte. Tubo de diálisis con coloides y cristaloides. La membrana es semipermeable. Moléculas de tinte Moléculas de agua Una aplicación clínica de este fenómeno es la hemodiálisis. Se trata de eliminar de la sangre sustancias tóxicas como la urea o la creatinina en personas con insuficiencia renal . Estas sustancias son cristaloides capaces de atravesar una membrana semipermeable a favor de gradiente: de la sangre a un líquido de diálisis. Las moléculas de bajo peso molecular pasan de la disolución hipertónica (más concentrada) a la hipotónica (más diluida) a través de una membrana semipermeable. La membrana solo permite el paso del agua y de los cristaloides, no de los coloides. 20
L as membranas celul ares se compor tan como semipermeabl es, separando medios de diferente concentración , por lo que en el las tienen lugar fenómenos osmóticos que tienden a mantener el interior celular en equilibrio con su medio. 8.3. Ósmosis y presión osmótica Este proceso consiste en el paso del disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable, que impide el paso de solutos, entre dos di soluciones de diferente concentración . El paso del di solvent e se produce de l a di solución hipotónica (ti ene mayor concentración de disolvente) a la hipertónica (tiene menor concentración de disolvente). 1 23 ¿Qué diferencias existen entre el proceso de difusión, de diálisis y de ósmosis? A C T I V I D A D E S Este paso de disolvente de una disolución a otra crea una diferencia de presión a ambos lados de la membrana que se conoce como presión osmótica. Disolución hipotónica (de baja concentración) y presión osmótica baja Disolución hipertónica (de alta concentración) y presión osmótica alta Disoluciones isotónicas Presión osmótica Membrana semipermeable Si la concentración de solutos del medio intracelular es mayor que la del medio extracelular, entrará agua en la célula . Se producirá un hinchamiento de la célula o turgencia celular y una disminución de la presión osmótica dentro de la célula . En las células animales este fenómeno puede producir la rotura o lisis de las propias células. En las células vegetales y en algunas bacterias con pared celular, el citoplasma se hincha y se comprime contra la pared celular. Célula en solución hipotónica Turgencia Si la concentración de solutos del medio intracelular es menor que la del medio extracelular, saldrá agua de la célula . Disminuye el volumen celular, las células se arrugan , y aumenta la presión osmótica en el interior de la célula . Este fenómeno se conoce como plasmólisis y como crenación en los eritrocitos. En las células vegetales la membrana se despega de la pared celular. Célula en solución hipertónica Plasmólisis o crenación 21
El pH o potencial de hidrógeno es una escala que se emplea para comprobar el grado de acidez o basicidad de una disolución . Mide l a concentración de iones H1. Su fórmul a es pH 5 -log [H1]. Así , por ejemplo, el pH de una disolución cuya [H1] es de 1023 moles por litro será 3. El agua pura tiene un bajo grado de ionización en el que la concentración de iones H1 ([H1]) y de iones OH2 ([OH2]) es de 1027 moles por litro. Según esto se emplea la siguiente escala de pH: 9. El pH y las disoluciones tampón Fabrica un indicador de pH casero Para detectar los cambios de pH son necesarios reactivos especiales o aparatos electrónicos como los peachímetros. Sin embargo, existen algunos pigmentos naturales, como la cianidina, presente en la col lombarda, que cambian de color cuando varía el pH. Estos pigmentos se pueden emplear por tanto como indicador de pH. Desarrollo Pon a hervir unos 500 mL de agua destilada y vierte unas tiras de lombarda. También se pueden machacar las tiras en un mortero hasta obtener su jugo. Distribuye este jugo en tantos vasos como sustancias quieras probar. Para conocer el pH de sustancias como el agua de grifo, el vinagre, el amoniaco, el bicarbonato, la lejía, el zumo de limón, el detergente, el jabón de manos, la leche, la saliva, la tónica…, basta con verter unas gotas de estas sobre los vasos con el jugo de lombarda. Material Col lombarda Agua destilada Vasos Sustancias caseras 24 ¿Por qué se hierve el agua destilada antes de añadir la lombarda? 25 Explica los diferentes resultados obtenidos tras añadir los distintos compuestos. Utiliza la escala de pH. 26 ¿Qué función cumple la cianidina en vegetales como la lombarda? ¿En qué otros vegetales podemos encontrarla? A C T I V I D A D E S Valores de pH inferiores a 7 corresponden a disoluciones ácidas. La [H1] es mayor de 1027 moles por litro. Valores de pH superiores a 7 corresponden a disoluciones básicas o alcalinas. La [H1] es menor de 1027 moles por litro. Valores de pH igual a 7 corresponden a disoluciones neutras. La [H1] es igual a 1027 moles por litro. Ácidos del estómago Pila Limón Gaseosa Tomate Café Leche Agua Sangre Amoniaco Jabón Lejía Clara de huevo Pastillas para el estómago Limpiador de desagües Ácido Neutro Alcalino 22
1 9.1. Disoluciones tampón o amortiguadoras Los medios biológicos tienen diferentes valores de pH y su alteración conlleva l a pérdida de estructura y función de l as prot eínas y, con el lo, di sfunciones celulares. Para su buen funcionamiento, las células y los líquidos biológicos precisan mantener constante su grado de pH dentro de unos límites fisiológicos. Por ejemplo, el pH de la sangre debe estar entre 7,35 y 7,45, ligeramente alcalino. Los cambios de pH fuera de estos márgenes pueden provocar trastornos graves e incluso la muerte del organismo. Como resultado de las reacciones metabólicas, las concentraciones de H1 y de OH2 varí an constant ement e y, con el lo, el pH. Las di soluciones tampón o amortiguadoras son aquellas que consiguen mantener el pH casi constante al añadir pequeñas cantidades de ácidos o bases. E xi st en diversos si st emas tampón en las células, entre ellos: 27 ¿Por qué crees que en cada parte de nuestro cuerpo hay un pH diferente? 28 Cuando nos enjabonamos en exceso provocamos que la epidermis de la piel, un tejido ligeramente ácido, pierda su acidez. ¿Qué consecuencias puede tener esto para el organismo? 29 Las hortensias producen flores que pueden ser rosas, blancas o azules. Infórmate de qué depende el color de la flor y de si es posible pasar de una hortensia azul a una de color rosa. 30 ¿Qué funciones biológicas desempeñan las disoluciones tampón? A C T I V I D A D E S Sales minerales Las sales minerales disueltas ayudan a contrarrestar los cambios de concentración de iones H1 y OH2 y amortiguan las variaciones de pH. Proteínas y aminoácidos Ciertas proteínas, como la albúmina y las globulinas plasmáticas, ejercen una acción amortiguadora en la sangre. Se debe a su carácter anfótero, es decir, a su capacidad de actuar como ácidos o bases según se necesite. Esta propiedad se debe a la presencia de numerosos grupos ionizables en la molécula , que pueden captar o ceder protones. Tampón fosfato Actúa en medios intracelulares. Mantiene el pH intracelular en 7,2. Tampón bicarbonato Actúa en medios extracelulares, como la sangre. Si se produce una disminución de iones H1 en el interior celular, el equilibrio se desplaza hacia la derecha . De esta forma se amortiguan las variaciones de acidez y el pH no cambia . La presencia de ácidos desplaza el equilibrio hacia la derecha , formando ácido carbónico, que se descompone en CO2 y H2O. Si disminuye la concentración de H1, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda . Para ello se necesita tomar CO2 del exterior. Cuando en el interior celular se produce un aumento de la concentración de iones H1, es decir, aumenta la acidez, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda . Se forma ácido fosfórico. H2PO2 4 HPO4 22 1 H1 H1 1 CO3 2 H2 CO2 CO2 1 H2O 23
31 Explica en qué consisten el enlace iónico y el enlace covalente. Anota sus semejanzas y diferencias. 32 ¿Qué es una interacción hidrofóbica? ¿Entre qué tipo de moléculas se produce? 33 ¿Qué diferencias hay entre las fuerzas de Van der Waals y los puentes de hidrógeno? 34 ¿Cuáles de los siguientes compuestos pueden formar puentes de hidrógeno? Justifícalo. N H3C CH3 CH3 O O H CH3 C H3C N O C H3C CH3 CH2 OH O H3C CH2 A C B D 35 Define bioelemento y biomolécula. Cita cuatro ejemplos de bioelementos y cuatro de biomoléculas e indica la importancia biológica de cada uno de ellos. 36 En la siguiente tabla se presentan las proporciones en las que se encuentran los distintos elementos en los seres vivos y en la corteza terrestre. Elemento % Corteza terrestre % Seres vivos O 46,6 65 N 0,03 3,3 Ca 3,6 1,5 H 0,95 9,5 S 0,11 0,3 C 0,18 18,5 Na 2,8 0,2 Mg 2,1 0,1 Al 8,1 0,002 P 0,11 1 Si 27,7 0,006 Cl 0,2 0,2 Fe 5 0,004 K 2,6 0,4 a) Indica los cuatro elementos que predominan en cada uno de los sistemas. b) ¿Observas coincidencias en cuanto a la abundancia relativa de alguno de ellos? c) ¿Qué biomoléculas constituyen los bioelementos primarios en los seres vivos? d) ¿Qué características tienen el carbono (C), el fósforo (P) y el azufre (S) para formar parte de los seres vivos a pesar de su escasa presencia en la corteza terrestre? 37 Describe la estructura de la molécula de agua y explica cómo tiene lugar el proceso de disolución de una sustancia soluble en agua, como, por ejemplo, el cloruro sódico o sal común. 38 ¿A qué se debe la polaridad de la molécula de agua? Indica tres consecuencias biológicas derivadas de dicha propiedad. 39 En algunos animales, una fuente importante de agua es el agua metabólica. a) ¿Qué se entiende por agua metabólica? ¿Dónde se produce? b) Cita algunos animales en los que el agua metabólica sea una importante fuente de agua. 40 El agua es la sustancia química más abundante en los seres vivos. a) Nombra y explica tres funciones del agua que hacen que esta sea indispensable para la vida. b) ¿Es lo mismo el agua potable que el agua pura? c) ¿Por qué determinados animales pueden desplazarse sobre el agua? d) ¿Qué propiedad del agua permite el ascenso de la savia bruta desde la raíz a las hojas de las plantas? 41 Relaciona las propiedades del agua de la columna de la izquierda con las funciones biológicas de la columna de la derecha. a) Alta capacidad disolvente. b) Elevada fuerza de adhesión. c) Menor densidad en estado sólido que en líquido. d) Elevado calor específico y alta conductividad térmica. e) Elevada fuerza de cohesión. 1. Capilaridad 2. Transporte y disolución 3. Amortiguadora 4. Ecológica 5. Termorreguladora 42 ¿Qué son las dispersiones coloidales? ¿Qué tipo de moléculas biológicas forman estas dispersiones? ¿En qué estados pueden presentarse? Defínelos. 43 Explica las diferencias entre una membrana permeable y una membrana semipermeable. ¿De qué tipo son las membranas biológicas? 44 Explica qué pasaría si metiésemos un pez de agua dulce, como las carpas, en agua salada. ¿Y si introdujésemos un pez de agua salada, como la anchoa, en agua dulce? 45 Si al introducir células vegetales en una disolución acuosa se produce plasmólisis, ¿cómo crees que es esta disolución? Justifícalo. 46 Al añadir un ácido a una disolución de cloruro sódico, se produce un gran descenso en el valor de pH. Sin embargo, si se añade la misma cantidad de ácido al plasma sanguíneo, apenas cambia el pH. a) Propón una explicación para este hecho. b) ¿Cuáles serían las consecuencias de las variaciones bruscas de pH en los seres vivos? r e p a s o actividades finales 24
47 La falta de hierro causa un tipo de anemia con síntomas como cansancio, dolor de cabeza o problemas de concentración. El hierro es un oligoelemento que forma parte de la hemoglobina que se encuentra en los glóbulos rojos. ¿Qué relación existe entre la escasez de hierro y los síntomas de este tipo de anemia? 48 Los siguientes datos corresponden a la cantidad de agua de distintos órganos en el ser humano. Analízalos y contesta a las preguntas. Músculos: 76 % Pulmones: 70 % Cerebro: 86 % Huesos: 25 % Hígado: 75 % a) ¿Qué órgano posee mayor cantidad de agua? ¿Cuál menos? b) ¿Cuál de ellos posee una mayor actividad fisiológica? ¿Coincide esta mayor actividad con su mayor contenido en agua? Razona tu respuesta. 49 ¿Qué propiedad del agua permite que las plantas y los animales mantengan una temperatura interna relativamente constante? ¿A qué se debe que el agua tenga esa propiedad? 50 Las hojas de las plantas expuestas al sol suelen estar más frías que las piedras que se hallan a su alrededor. ¿Qué propiedades del agua permiten este hecho? 51 En la siguiente gráfica se muestra la variación del volumen de una célula a lo largo del tiempo al introducirla en dos soluciones (A y B) de forma consecutiva. Explica detalladamente estos cambios de volumen y cómo son las disoluciones A y B según las alteraciones que provocan en la célula. A B 2 1 5 10 Tiempo Volumen celular 15 20 25 52 Las células vegetales son capaces de soportar mejor las variaciones de presión osmótica que las células animales. Razona por qué esto es así. 53 ¿Cuál es el fundamento científico de técnicas de conservación de alimentos como la salazón y el almíbar? 54 En suelos con elevadas concentraciones de sales solo pueden crecer plantas que absorben y contienen concentraciones de sales mayores en el interior de sus células que las del suelo. Justifica este hecho teniendo en cuenta la necesidad de agua que tienen las plantas. 55 Se ha observado que determinadas células tienen un valor de pH por debajo de 7. ¿Qué tipo de sustancia se está acumulando en su interior? Explica las consecuencias que puede tener esta situación para las células e indica qué tipo de disoluciones utilizan para amortiguar estos cambios bruscos de pH. a p l i c o 1 56 Lee la siguiente noticia y contesta a las preguntas. ¿Qué dicen las etiquetas de las botellas de agua mineral y por qué es importante leerlas? El porcentaje de agua que contiene el cuerpo humano es de alrededor del 60 % en un hombre, un 50 % en una mujer y un anciano llega al 45 % mientras que un recién nacido puede alcanzar el 75 % y 80 %. […] El agua es esencial para nuestro organismo porque desarrolla muchas funciones vitales, tanto es así que una reducción del 7 % de las reser vas corporales totales es suficiente para poner en riesgo la propia salud . El agua es también un elemento principal presente en el torrente sanguíneo ya que la sangre está constituida por un 92 %. Para evitar la deshidratación, los médicos recomiendan beber entre 1,5 y 2 litros de agua al día , dependiendo de la estación del año y del tipo de ejercicio físico que efectúes. El residuo fijo se encuentra entre las primeras informaciones de la etiqueta [de las botellas de agua]. Medido en mg/l , representa la cantidad de minerales, esto es, calcio, fosfatos, nitratos, sodio, magnesio, bicarbonatos, potasio y cloruro, que permanece después de la evaporación de un litro de agua a 180 grados. Cuanto más rica sea el agua en sales minerales, más alto es el porcentaje de residuo fijo. […] El agua mineral tiene un pH de entre 6 y 8, un agua mineral con gas presenta un valor más bajo mientras que una rica en bicarbonatos tendrá un pH superior a 7. Las aguas minerales se consideran hiposódicas cuando la cantidad de sodio es inferior a 20 mg/l y son recomendables para personas que sufren hipertensión o retención de líquidos. Al contrario, se considera «agua sódica» a la que tiene un valor de sodio superior a 200 mg/l , particularmente indicada para los deportistas porque estimula la excitabilidad muscular, sobre todo en los meses de verano, cuando la sudoración es mayor. 20minutos.es, 21/05/2018 a) ¿A qué se debe la diferencia de porcentaje de agua entre hombres y mujeres? b) ¿Crees que existe alguna relación entre la cantidad de agua de los recién nacidos y los ancianos y la flexibilidad de los huesos en cada caso? ¿Por qué? c) Justifica el hecho de que el agua con gas tenga un pH menor a 7 y el agua con bicarbonatos superior a 7. d) ¿Por qué las aguas hiposódicas son buenas para las personas que retienen líquidos? 25
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