Definición, Composición e Importancia de las Proteínas

PROTEÍNAS

En diferentes áreas médicas y biológicas, es importante el conocimiento de las propiedades de las proteínas. Son macromoléculas con pesos moleculares entre miles y millones, y constituyen la maquinaria de la vida; cientos de proteínas han sido identificadas como enzimas, otras son proteínas estructurales, otras realizan funciones diversas como las proteínas contráctiles, las de almacenamiento‚ las de transporte, etc.
Composición y tamaño de las proteínas:
Las proteínas son moléculas muy complejas, en cuya composición elemental se encuentran siempre presentes carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno aunque la mayoría de ellas incluye al azufre y en algunas se sabe de la presencia de fósforo, hierro, zinc, molibdeno y otros elementos.
Estructuralmente, los elementos mencionados se encuentran distribuidos en unidades estructurales llamadas aminoácidos, que unidos entre sí forman estructuras poliméricas o polipéptidos; las proteínas se consideran fundamentalmente polímeros de aminoácidos.
De acuerdo con la composición química las proteínas, se clasifican en dos tipos principales:

A) SIMPLES:
Están constituidas únicamente por L–a–aminoácidos o sus derivados y comprenden los siguientes grupos:
1. - Albúminas.
2. - Globulinas.
3. - Glutelinas.
4. - Prolaminas.
5. - Albuminoides.
6. - Histonas.
7. - Protaminas.
B) CONJUGADAS:
Tienen en su composición otras moléculas diferentes además de los aminoácidos los cuales se llaman grupos prostéticos, unidas por fuerzas distintas a las atracciones iónicas; están los siguientes grupos:
1. Nucleoproteínas.
2. Glucoproteínas o mucoproteínas.
3. Fosfoproteínas.
4. Cromoproteínas.
5. Lipoproteínas.
6. Metaloproteínas.
Si consideramos que la unión de las proteínas establece un patrón determinado, donde cada péptido contiene un grupo terminal de carboxilo libre en el extremo derecho de la cadena y un grupo terminal amino libre en el extremo izquierdo, como ya vimos, al unirse el carboxilo libre y el amino libre se forma un polipéptido.

Debido a éstas características se pueden clasificar en dos clases principales sobre la base de su estructura y solubilidad; éstas son:

I.- Proteínas fibrosas:
A) Proteínas Fibrosas Simples: debido a su estructura molecular, parecida a una fibra, son muy insolubles en los solventes comunes, como agua, solución salina diluida, solventes orgánicos, ácidos y álcalis diluidos. También se les conoce como albuminoides o escleroproteínas. Ejemplos: queratina, colágeno y elastina.
B) Proteínas Fibrosas Conjugadas: realmente se conoce poco de éste tipo, pero tal vez el pigmento de las plumas de las aves pertenezca a este tipo.

II.- Proteínas globulares:
A) Proteínas Globulares Simples: Son solubles en agua, solución salina diluida, solventes orgánicos, ácidos y álcalis diluidos. Se dividen a su vez en dos grupos; solubles en agua destilada, y en insolubles en agua destilada:
1) Proteínas globulares simples solubles en agua destilada:
a) Albúminas: Proteínas muy solubles, que pueden precipitarse de una solución acuosa por saturación con una sal ácida como el (NH4)2SO4, o por saturación con una sal neutra como Na2SO4, se coagulan por calentamiento. Ejemplo: lactalbúmina y albúminas del suero.
b) Seudoglobulinas: son proteínas solubles que pueden precipitarse de una solución acuosa por saturación de uno a tres cuartos con una sal ácida como sulfato de amonio.
c) Protaminas: muy solubles, son polipéptidos básicos en estado natural, no se coagulan por calentamiento, en su estructura predominan los aminoácidos básicos; precipitan a otras proteínas. Se encuentran principalmente en las células huevo. Ejemplo: la salamina (del salmón) y la esturina (del esturión).
d) Histonas: solubles, son básicas, precipitan por adición de hidróxido de amonio NH4OH; coagulan por el calor. Ejemplo: nucleohistonas de los núcleos.
2) Proteínas globulares simples insolubles en agua:
a) Euglobulinas: Insolubles en agua destilada, pero solubles en soluciones diluidas de sal, pueden precipitarse de una solución salina diluida por semisaturación con una sal ácida como el sulfato de amonio, o por saturación con una sal neutra como el sulfato de sodio; se coagulan por calentamiento. Ejemplo: seroglobulina y ovoglobulina.
b) Prolaminas: Insolubles en agua destilada, solubles en álcalis diluidos y en soluciones alcohólicas al 60% y 80%; insolubles en alcohol absoluto. Ejemplo: la zeína del maíz y la gliadina del trigo.
c) Glutelinas: Insolubles en agua destilada, en soluciones alcohólicas y solventes neutros, pero solubles en álcalis diluidos, coagulan por el calor. Ejemplo: Glutelina del trigo.

B) Proteínas Globulares Conjugadas: Se encuentran en la naturaleza combinadas con no proteínas: se dividen en varias clases, dependiendo del grupo prostético:
1) Cromoproteínas: Proteínas combinadas con pigmentos. Ejemplo: hemoglobina, hemocianina, citocromo y flavoproteínas.
2) Glucoproteínas: Proteínas combinadas con carbohidratos; por hidrólisis dan aminoazúcares (hexosaminas). Ejemplo: la proteína mucina y las proteínas del plasma.
3) Lipoproteínas: Proteínas combinadas con grasas neutras (triglicéridos) o con otros lípidos como fosfolípidos y colesterol.
4) Fosfoproteínas: Proteínas combinadas con ácido fosfórico, o un radical que contiene fósforo que no sea un fosfolípido ni ácido nucleico. Ejemplo: caseína.
5) Nucleoproteínas: Formadas por una o varias moléculas de proteínas unidas a una clase única de ácido nucleico. Ejemplo: nucleína, nucleohistona extraída de tejidos que contienen muchos núcleos (como los tejidos glandulares).
6) Metaloproteínas: Proteína combinada con metales, como el cobre (ceruplasmina) o el hierro (siderofilina).

Las proteínas varían en su tamaño y complejidad; hay algunas muy grandes y complejas, como el sistema enzimático que participa en la conversión del ácido pirúvico en acetil-Co-A que tiene un peso molecular de 10 millones e incluye varios grupos prostéticos distintos; la insulina por otra parte está formada por sólo 51 aminoácidos y su peso molecular es de 5,800. Hay polímeros con pesos moleculares menores que el de la insulina, como algunas hormonas y antibióticos; sin embargo, por convención, sólo se consideran como proteínas aquellos polímeros de aminoácidos con pesos moleculares semejantes o mayores al peso molecular de la insulina.

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS:
Las proteínas debido a que están compuestas totalmente o en su mayor parte por aminoácidos, poseen propiedades que reflejan en gran medida las propiedades de estos constituyentes.

Propiedades ácido-base de las proteínas en solución
Punto isoeléctrico:
Aunque la mayoría de los grupos carboxilo y grupos amínicos de los aminoácidos se bloquean cuando éstos se unen para formar las uniones peptídicas, siempre quedan libres algunos de éstos grupos, ya sea en los extremos de las cadenas polipeptídicas, o en las cadenas laterales de los aminoácidos acídicos y básicos. La disociación de los grupos ionizables que están presentes en las proteínas, ocurre como en el caso de los grupos ionizables de los aminoácidos individuales, se gobierna por el pH del medio en el que se encuentra la proteína. A pH de 7.0 o en valores cercanos a ésta condición, que son los habituales en la mayoría de las células, los grupos carboxilo de los ácidos aspártico y glutámico se encuentran en sus formas básicas cargadas negativamente, mientras que la lisina y arginina están presentes en sus formas acídicas, cargadas positivamente. La carga total de la molécula proteica, depende pues, del pH de la solución y del número relativo de cada aminoácido en la molécula. Así, cuando el pH de la solución es tal que la carga neta de la molécula proteica es cero, es decir, cuando el número total de cargas negativas iguala al número total de cargas positivas presentes en la molécula, se llama a éste valor de pH, punto isoeléctrico o pH isoeléctrico de la proteína. A continuación enumeramos los valores del punto (o pH) isoeléctrico (pI) de varias proteínas. Como en el caso individual de cada aminoácido, las proteínas pueden adquirir carga neta durante su titulación.

3.2 PROPIEDADES GENERALES DE LOS AMINOÁCIDOS

PROPIEDADES DE LOS AMINOACIDOS

Reactividad química
Los aminoácidos reaccionan fácilmente debido a la naturaleza química de su radical, influyendo en la estabilidad, la reactividad y otras propiedades de las proteínas. Los derivados de hidrocarburos aromáticos como la alanina, la valina, la leucina y la isoleucina, son inertes y casi no intervienen en las reacciones químicas; los aminoácidos con grupos aminos libres son nucleofílicos como alanina, arginina y la lisina, por lo que favorecen cambios como el de oscurecimiento o bien la formación de enlaces entrecruzados.
En la histidina, el imidazol que contiene se rompe por acción de algunas sustancias, dando subproductos, que se degradan por otras rutas. El tioéter de la metionina puede sufrir oxidación-reducción, o bien el guanidino de la arginina puede ser alterado por diversos mecanismo. El sulfidrilo de la cisteína, es el más reactivo de todos los grupos ‚Ò‚ de los aminoácidos, y produce cambios deseables e indeseables. La asparrágina y la glutamina se hidrolizan fácilmente por ácidos y por álcalis, transformándose en ácido aspártico y ácido glutámico, respectivamente.

Propiedades ácido-base
Algunas propiedades se deben a su naturaleza iónica anfotérica ácido-base. A éstos compuestos también se les llama anfolitos (proviene de electrolitos anfóteros). La estructura iónica se ha establecido por estudios tales como, sus puntos de fusión que son elevados (200°C), o por su solubilidad en agua (son más solubles en agua que en disolventes polares). Tienen constantes dieléctricas elevadas, así como momentos dipolares debido a la presencia de cargas negativas y positivas dentro de la misma molécula.
Por los grupos ionizables, carboxilo, amino y otros, los aminoácidos se comportan con carga (+) o (-) según el pH en que se encuentren; esto es debido a su naturaleza anfotérica, por lo que pueden donar y recibir electrones, por lo tanto producen un estado químico llamado punto isoeléctrico (pI) o de doble ion, tienen el mismo número de cargas positivas como negativas, siendo su cargan neta cero. Los aminoácidos pueden tener tres estados que dependen del pH:
a) a pH <>

b) a pH = pI: con carga cero; y,

c) a pH > pI: con carga negativa o aniónica.

En cualquiera de los tres estados pueden atraer iones de carga contraria por fuerzas electrostáticas débiles.

La ionización de los aminoácidos es similar a la de cualquier otra molécula, y por lo tanto sigue la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

donde pK, por definición, es el logaritmo negativo de la constante de disociación (K) del grupo ionizable:

Así como los grupos carboxilos y aminos, influyen en el comportamiento acido-base de los aminoácidos, también los hacen el imidazol de la histidina, el amino e de la lisina, el carboxilo b del ácido aspártico, el sulfidrilo de la cisteína el carboxilo del ácido glutámico, el guanidino de la arginina y el hidroxilo fenólico de la tirosina.
El punto isoeléctrico de los compuestos que contienen solo dos grupos ionizables, un amino y un carboxilo, se puede calcular a partir de sus respectivos valores de pK:

3.1 ESTRUCTURA Y NOMBRE DE AMINOÁCIDOS Y AMINAS DE INTERÉS

AMINOÁCIDOS

Estructura

Como su nombre lo indica los aminoácidos son compuestos que poseen un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido (carboxílico -COOH) en su estructura. Los aminoácidos son los precursores de los péptidos y las proteínas, y en ellos el grupo amino y el grupo carboxilo, se encuentran unidos al mismo átomo de carbono, conocido como carbono-a (a-aminoácidos). La estructura general de los a-aminoácidos (a excepción de la prolina, que es cíclica) se muestra en la siguiente figura.

Estructura química de un aminoácido


Estructura química en el plano y estructura espacial

Clasificación

Como se puede apreciar, el carbono-a (a excepción de la glicina) es un carbono quiral y como tal presenta dos enantiómeros (L- y D-).

Los 20 a-aminoácidos presentes en las proteínas son de la serie L- en su representación de Fischer poseen el grupo amino hacia la izquierda. La diferencia entre los eeeeeedada por el resto -R, o cadena lateral, unida al carbono-alfa.

Atendiendo a la naturaleza del grupo -R los aas. pueden clasificarse en:

• Neutros o apolares
• Polares sin carga
• Polares con carga negativa
• Polares con carga positiva
  

Neutros o Apolares.

Son 8 los aminoácidos que se clasifican como poseedores de cadenas laterales no polares. La alanina, valina, leucina e isoleucina, poseen cadenas laterales de hidrocarburos alifáticos. La metionina posee una cadena lateral de éter tiólico (C-S-C). La prolina es el único aminoácido cíclico, pues el grupo -R se cierra sobre el N del grupo a-amino (realmente es un amina secundaria). Por su parte, la fenilalanina y el triptófano contienen grupos aromáticos.

Polares sin carga

Siete son los a-aminoácidos cuyo resto -R es polar pero sin carga. La glicina posee la cadena más simple, un átomo de hidrógeno. La serina y la treonina son portadores de un grupo hidroxilo (-OH). La asparragina y la glutamina, poseen cadenas laterales portadoras de un grupo amida, y por hidrólisis dan lugar, respectivamente, a aspartato y glutamato, dos aminoácidos con carga negativa. La tirosina posee un grupo fenólico y la cisteína debe su polaridad a la presencia de un grupo tiólico (-SH).

Polares con carga negativa.

Existen dos a-aminoácidos cuyo resto polar posee carga negativa a pH fisiológico, debida a la presencia de un grupo carboxilo (-COOH) , el ácido glutámico y el ácido aspártico.

Polares con carga positiva. Tres son los a-aminoácidos que poseen restos -R cargados positivamente a pH fisiológico. La lisina posee una cadena lateral de butilamonio, la arginina presenta un grupo -R de guanidina y la histidina es portadora de un grupo -R de imidazolio.

Esta clasificación se ha realizado en base al grupo -R, pero es importante indicar que a pH fisiológico (pH 7,3), el grupo a-amino se encuentra cargado positivamente y el grupo a-carboxilo lo está negativamente.

Dentro del conjunto de los aminoácidos naturales, existen unos que pueden ser sintetizados por las células humanas a partir de otras sustancias, pero también hay aminoácidos que debemos tomarlos en la dieta, ya que nuestras células no pueden sintetizarlos o, cuando menos, no en cantidad suficiente para satisfacer la demanda del organismo; se conocen con el nombre de aminoácidos esenciales y son valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, fenilalanina, triptófano y lisina.

http://www.um.es/molecula/prot.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido

http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761555775/Amino%C3%A1cidos.html

http://www.biologia.edu.ar/macromoleculas/aminoaci.htm

http://biomodel.uah.es/model3/aa.htm

AMINAS DE INTERES....

2.3 CARÁCTER BIPOLAR Y ENLACES INTERMOLECULARES DEL AGUA

Pendiente

2.2. Propiedades Generales del Agua

Pendiente

2.1 IMPORTANCIA BIOLOGICA DE LAS SOLUCIONES

SOLUCIONES
En química, una disolución (del latín disolutio) es una mezcla homogénea, a nivel molecular de una o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites.
Toda disolución está formada por una fase dispersa llamada soluto y un medio dispersante denominado solvente. También se define solvente como la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto en la disolución. Si ambos, soluto y solvente, existen en igual cantidad (como un 50% de etanol y 50% de agua en una disolución), la sustancia que es más frecuentemente utilizada como solvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolución puede estar formada por uno o más solutos y uno o más disolventes. Una disolución será una mezcla en la misma proporción en cualquier cantidad que tomemos (por pequeña que sea la gota), y no se podrán separar por centrifugación ni filtración.
Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama)
Se distingue de una suspensión, que es una mezcla en la que el soluto no está totalmente disgregado en el disolvente, sino dispersado en pequeñas partículas. Así, diferentes gotas pueden tener diferente cantidad de una sustancia en suspensión. Mientras una disolución es siempre transparente, una suspensión presentará turbidez, será traslúcida u opaca. Una emulsión será intermedia entre disolución y suspensión.

Características generales
Son mezclas homogéneas
Al disolver una sustancia, el volumen final es menor que la suma de los volúmenes del solvente y el soluto
La cantidad de soluto y la cantidad de solvente se encuentran en proporciones que varían entre ciertos límites. Normalmente el disolvente se encuentra en mayor proporción que el soluto, aunque no siempre es así. La proporción en que tengamos el soluto en el seno del disolvente depende del tipo de interacción que se produzca entre ellos. Esta interacción está relacionada con la solubilidad del soluto en el disolvente.
Sus propiedades físicas dependen de su concentración:
· Disolución HCl (ácido clorhídrico) 12 mol/L Densidad = 1,18 g/cm3
· Disolución HCl (ácido clorhídrico) 6 mol/L Densidad = 1,10 g/cm3
Sus componentes se separan por cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación, etc.
Tienen ausencia de sedimentación, es decir al someter una disolución a un proceso de centrifugación las partículas del soluto no sedimentan debido a que el tamaño de las mismas son inferiores a 10 Angstrom ( Å ).
Sus componentes se unen y se genera el solvente mediante el proceso denominado decontriación.

Clasificación de las disoluciones
Por su estado de agregación
Sólidas
· Sólido en Sólido: Cuando tanto el soluto como el solvente se encuentran en estado sólido. Un ejemplo claro de éste tipo de disoluciones son las aleaciones, como el Zinc en el Estaño (latón).
· Gas en Sólido: Como su definición lo dice, es la mezcla de un gas en un sólido. Un ejemplo puede ser el Hidrógeno (g) en el Paladio(s).
· Líquido en Sólido: Cuando una sustancia líquida se disuelve junto con un sólido. Las Amalgamas se hacen con Mercurio(l) mezclado con Plata(s).
Líquidas
· Sólidos en Líquidos: Este tipo de disoluciones es de las más utilizadas, pues se disuelven por lo general pequeñas cantidades de sustancias sólidas (solutos) en grandes cantidades líquidas (solventes). Ejemplos claros de este tipo son la mezcla del Agua con el Azucar, también cuando se prepara un Té, o al agregar Sal a la hora de cocinar.
· Gases en Líquidos: Un ejemplo es cuando se agrega Oxígeno en Agua.
· Líquidos en Líquidos: Este es otra de las disoluciones más utilizadas. En prácticas de química por ejemplo, se han realizado mezclas de Alcohol con Agua para comprobar su densidad; después de mezclarlas, un método para volverlas a separar es por destilación.
Gaseosas
· Sólidos en Gases: Existen infinidad de disoluciones de este tipo, pues las podemos encontrar en la contaminación al estudiar los componentes del humo por ejemplo, se encontrará que hay varios minerales disueltos en gases.
· Gases en Gases: De igual manera, existe una gran variedad de disoluciones de gases con gases en la atmósfera, como el Oxígeno en Nitrógeno.
· Líquidos en Gases: Este tipo de disoluciones se encuentran en las nieblas.

Por su concentración
Disoluciones Empíricas
También llamadas disoluciones cualitativas, esta clasificación no toma en cuenta la cantidad de soluto y del disolvente que están presentes, y dependiendo de su proporción no cuantificada de éstos, es como se clasifican como sigue:
· Disolución diluida: Es aquella en donde la cantidad de soluto que interviene está en mínima proporción en un volumen determinado.
· Disolución concentrada: Tiene una
· Disolución saturada: En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el solvente, y se caracterizan porque hay una gran cantidad de soluto a una temperatura y presión determinada.
· Disolución sobresaturada: Son sistemas inestables en donde es posible que al incrementar la temperatura de la misma, se logre disolver un poco más de soluto, sin modificar la cantidad del disolvente.

Disoluciones Valoradas
A diferencia de las disoluciones empíricas, las disoluciones valoradas ó cuantitativas, sí toman en cuenta las cantidades exactas de soluto y solvente que se están utilizando en una disolución. Este tipo de clasificación es muy utilizada en el campo de la Medicina Farmacéutica, pues a la hora de hacer medicamentos, es importante que se mezclen las sustancias lo más exacto posible, pues diminutas variaciones en la solubilidad pueden significar la diferencia entre la vida y la muerte.
Las medidas más utilizadas para expresar la concentración de las disoluciones cuantitativas, son:
· Molaridad
· Normalidad
· Partes por millón (p.p.m.)
· Porciento en peso
http://es.wikipedia.org/wiki/Soluciones

IMPORTANCIA BIOLOGICA DE LAS SOLUCIONES
Componente celular: El cuerpo de un ser vivo tiene gua en su estructura. Cada célula puede tener de un 30% de agua (célula ósea) a un 95% de agua (tomate).
Solvente universal: el agua disuelve más del 50% de las sustancias conocidas presentes en cualquier medio como el suelo o el cuerpo. Esto permite, por ej., que lo vegetales puedan integrar a su sistema minerales disueltos en el agua y a los animales les facilita la circulación por la sangre de desechos y nutrientes.
Moderadora del clima: al evaporarse el agua se transforma en humedad. El grado de humedad esta condicionado por factores como el viento y la temperatura pero a su vez puede interactuar sobre ellos, ej. los cambios de temperatura son menos bruscos con humedad. En los desiertos donde el agua es muy poca y por ende casi no hay humedad la amplitud térmica es de 40C.
Condiciona el comportamiento: Los animales y vegetales o partes de ellos frente a un estimulo del agua la buscan o la rechazan (tropismos (veg.) y taximos (anim.) Ej: la raíz tiene hidrotropismo positivo y el tallo negativo.
Medio de transporte: arrastra insectos, animales grandes, plantas, polen, semillas, etc. Un ej. es la selva en galería que se forma en las orillas del rio Paraná, a la altura del Delta, porque vienen todas las semillas, polen, etc. de misiones y son arrastrados por el rio Paraná.
Corrientes marina: existen muchas corrientes en los océanos y mares, estas transportan agua a diferentes temperaturas. Esto causa que el agua modifique la temperatura de las costas y facilita las rutas migratoria de los peces. Ej: las aguas del Mediterráneo deberían ser más frías por su posición geográfica, sin embargo por la corriente del Golfo proveniente de México, son más cálidas.

Interviene en funciones biológicas:
· Germinación: el agua la desencadena.
· Absorción: Penetra por las raíces o la piel de animales y vegetales y contribuye, entre otras cosas, a regular la temperatura corp.
· Circulación: facilita el transporte de nutrientes o desechos en la sangre de los animales o en la savia de lo vegetales.
· Excreción: Disuelve los desechos de la sangre y de esa forma se los elimina fácilmente por los órganos excretores.
· Fecundación: las células sexuales vegetales y animales se unen en presencia del agua.
· Fotosíntesis: participa directamente en el proceso y forma con parte del aire, el alimento.
· Polinización: transporta el polen hasta el gineceo de las flores

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS
Para que uno se conserve saludable, hay muchos fluidos en cada uno de nuestros cuerpos que se deben mantener dentro de unos límites muy estrechos de pH. Para que este objetivo se realice, se crea un sistema amortiguador.
Un sistema amortiguador es una solución que puede absorber grandes cantidades moderadas de ácidos o bases, sin un cambio significativo en su pH, es decir, es una disolución que contiene unas sustancias que inhiben los cambios de HP, o concentración de ion hidrógeno de la disolución. Dichas sustancias pueden contener un ácido débil y su sal, por ejemplo, ácido acético y acetato de sodio, o una base débil y una sal de esa base, por ejemplo, hidróxido de amonio y cloruro de amonio. Los fluidos de los organismos vivos están fuertemente tamponados, y el agua del mar y ciertas sustancias del suelo son otros ejemplos de disoluciones tampones existentes en la naturaleza. Las disoluciones tampones se utilizan en química y sirven como referencia en la medida del pH.
Consideremos la reacción del amoniaco en agua: NH3(g) + H2O à NH4+ (ac) + OH- (ac). Si observamos la reacción inversa en este equilibrio, veremos que los iones amonio reaccionan con una base. Pero si disolvemos iones amonio (del cloruro de amonio) en agua ocurre: NH4+(ac) + H2O(l) ! NH3(ac) + H3O-(ac). De esta reacción inversa, podemos ver que las moléculas de amoniaco reaccionan con los ácidos. Si tuviésemos una solución con suficientes cantidades de cada una de estas sustancias, los iones amonio y las moléculas de amoniaco, tendríamos la deseada solución amortiguadora. Las moléculas del amoniaco reaccionarían con cualquier ácido que se añadiese, y los iones amonio reaccionarían con cualquier base que se añadiese. Las soluciones amortiguadoras se preparan utilizando un ácido débil o una base débil con una de sus sales. En términos generales, las reacciones aparecerían de la siguiente forma: - Para un ácido débil: HA + OH- à H2O + A- A- + H3O+ à HA + H2O.
El ácido débil (HA), reacciona con la base que se añade. El ion negativo de la sal (A-), reaccionara con el ácido que se añade.
Para una base débil: MOH + H3O+ à M+ + 2H2O M+ + OH- à MOH La base débil (MOH), reaccionara con el ácido que se añade. El ion positivo de la sal, (M+), reaccionará con la base que se añade. Los amortiguadores tienen máxima eficiencia para neutralizar los ácidos y las bases que se añaden, cuando las concentraciones del ácido débil (o de la base) y de la sal son iguales.
Podremos preparar una solución amortiguadora de casi cualquier pH, si escogemos el ácido (o base) débil correcto. Existe un ion común entre el electrolito débil y su sal. El comportamiento de una solución amortiguadora puede ser explicado siempre tomando como base nuestro conocimiento acerca del efecto del ion común y el Principio de Le Chatelier, el cual dice que si un producto o subproducto es eliminado del sistema, el equilibrio se verá perturbado y la reacción producirá más producto con el objeto de compensar la pérdida. En las polimerizaciones, este truco es usado para hacer que las reacciones alcancen altas conversiones.
La sangre esta amortiguada, principalmente, por el ion bicarbonato (HCO3-), pero cuando ocurre la hiperventilación que se trata de un estado de sobrerrespiración, causado por el miedo, la excitación o la ansiedad, ya que al ocurrir este proceso una persona expele más dióxido de carbono de lo necesario, alterando el equilibrio del acido carbónico.
Actividad:
Defina solución amortiguadora. ¿Cuáles son sus componentes?
Es una solución de un ácido débil o una base débil y su sal. Los dos componentes deben estar presentes. La disolución tiene la capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeñas cantidades tanto de ácidos como de bases. La disolución amortiguadora está compuesta por un ácido o una base y una sal.
Cite dos ejemplos donde se ponga en evidencia la importancia de las soluciones amortiguadoras.
Las disoluciones amortiguadoras son muy importantes en los sistemas químicos y biológicas.
El pH en el cuerpo humano varía mucho de un fluido de a otro; por ejemplo, el pH de la sangre es alrededor de 7,4, en tanto que el del jugo gástrico humano es de alrededor de 1,5. En la mayor parte de los casos, estos valores de pH, que son críticas para el funcionamiento adecuado de las enzimas y del balance de la presión osmótica, se mantienen gracias a las disoluciones amortiguadoras, una solución que contiene moléculas de ácido acético y ihttp://www.panreac.com/new/esp/productos/practicas/practicas43.htmones acetato (además, por supuesto, de otros iones).
http://www.mitecnologico.com/Main/SolucionAmortiguadora
http://quimicaisfd95.wikispaces.com/file/view/soluciones-buffer3729.pdf
www.ffyb.uba.ar/qcagral/PPS/19-Soluciones%20reguladoras%2027-09-05.pps
http://www.pallotti.edu.uy/colegio/paginas/repartidos/QUIMICA/CUADERNILLO_3/Actividad_Experimental_13.pdf
http://www.slideshare.net/mensajerodelcielo/soluciones-buffer
http://www.prepafacil.com/cbtis/Main/ImportanciaBiologicaDeLasSoluciones

UNIDAD 2: EL AGUA

Importancia biológica del agua

El agua es la sustancia química más abundante en la naturaleza, y constituye el componente principal de la estructura celular de los seres vivos.

Del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos está constituida por agua. Así por ejemplo, constituye el 98% en un melón, el 80% en un pez y el 65% en un ser humano.

El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución en agua, de sustancias grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares.

Asimismo, el agua es el vehículo mediante el cual, a través de los procesos de disolución, de ósmosis y de capilaridad, circulan en los seres vivos los elementos nutrientes y se eliminan los desechos de los procesos vitales.

El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, y es por ellas que se transportan los alimentos digeridos hacia los niveles de aprovechamiento; y se recogen y transportan para ser finalmente expulsados del cuerpo los materiales de desecho (toxinas) resultantes de los procesos biológicos.

El agua desempeña también un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos ingeridos, y una vez conducidos a los niveles de los tejidos, en la descomposición metabólica de moléculas nutrientes, tan esenciales para el mantenimiento de lo seres vivos, como las proteínas y los carbohidratos; lo que permite su incorporación al cuerpo o su utilización como elementos energéticos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.

En los seres humanos y otros organismos biológicamente superiores, el agua está presente en numerosos procesos fisiológicos.

• Si los pulmones no estuvieran siempre húmedos, no sería posible la respiración.
• En el proceso digestivo, la saliva comienza mojando el alimento, lo que permite ingerirlo; al tiempo que contiene enzimas que comienzan su digestión.
• En el mismo proceso digestivo, el agua presente en la masa alimenticia - proveniente de los propios alimentos o ingerida en adición a ellos - disuelve los jugos digestivos, permite la acción mecánica para facilitar su mezcla por los movimientos estomacales y peristálticos; y facilita su circulación a lo largo del tracto estomacal e intestinal a efectos de su digestión y ulterior absorción.
• La humedad de la boca y la lengua, permite captar las sensaciones gustativas.
• Las lágrimas humedecen los ojos, evitando el resecamiento de sus tejidos.
• La humedad de la nariz facilita el filtrado del polvo que se respira y el calentamiento del aire; así como permite captar los olores.
• La transpiración y su consiguiente evaporación, conjuntamente con el vapor de agua eliminado en la respiración, contribuye a mantener regulada la temperatura del cuerpo evitando en ciertos casos que alcance valores excesivos.

En materia de eliminación, además de los elementos residuales de la combustión fisiológica, como las ureas - fundamentalmente eliminadas en la orina - también se producen eliminaciones mediante la transpiración.

Por otra parte, al constituir una sustancia ambiental para la vida, el agua es el hábitat de una parte fundamental de la flora y fauna del planeta.

En ese sentido, el mar es el que encierra las formas más variadas de vida; desde las formas microscópicas, como las bacterias y otros microbios, hasta una gran variedad de especies vegetales y animales; entre los que existen algunos tan simples que están formados por una sola célula, como los protozoarios, hasta las gigantescas ballenas.

La cadena de vida marina, tiene su origen en los seres más pequeños que, nutriéndose fundamentalmente de sustancias presentes en el agua, constituyen la fuente de alimento para otros mayores, hasta llegar a los más evolucionados.

Algunas especies como los atunes y tiburones nadan libremente entre la superficie y el fondo. Otros viven adheridos a las rocas, como los corales o las esponjas. A éstos se les conoce como sésiles porque permanecen fijos, no se desplazan. Otros, en cambio habitan en las oscuras profundidades del océano; son las especies abisales.

Las aguas dulces poseen también gran diversidad de organismos vivos. Numerosas plantas crecen en los ríos, y sirven de alimento a los peces herbívoros. Algunas especies animales viven debajo de las piedras o troncos caídos, tales como larvas de insectos, caracoles, pequeños crustáceos y anélidos que constituyen la principal comida de los peces carnívoros. En este hábitat existen también enormes cocodrilos y numerosos anfibios que necesitan del agua en sus primeros estadios de vida, desde insectos como los mosquitos hasta los batracios.

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Diversos tipos de agua

Es corriente mencionar, en relación al agua, diversos tipos o clases.

Agua pura
Es la sustancia químicamente pura compuesta por moléculas integradas por dos átomos de hidrógeno de número másico A=1 y un átomo de oxígeno de número másico A=16: H²O, con esta forma: H—O—H.
En realidad, el agua nunca se obtiene en la naturaleza en estado de pureza total; sino que debe purificarse mediante diversos procedimientos.

Agua mineral
Se denomina así al agua que surge naturalmente de ciertos manantiales, y que contiene ciertas sales minerales, y otras sustancias; a las que se atribuyen efectos benéficos sobre el cuerpo humano.
El origen de la designación como “mineral” tanto puede deberse a la naturaleza de los componentes, como a que generalmente mana de zonas rocosas.

Agua pesada
Es una forma de agua, que está compuesta por moléculas integradas por la forma de hidrógeno denominada deuterio, con cualquier isótopo natural del oxígeno; y que tiene ciertas propiedades especiales.
Entre ellas, la más apreciada es su efecto de desaceleración de los electrones en los reactores atómicos, por lo cual está considerada un material de uso estratégico y su elaboración - que es muy costosa - y comercialización, está severamente controlada.

Agua destilada
Es el agua purificada, resultante de someter agua de origen natural, a un proceso de evaporación y ulterior condensación (destilación), generalmente mediante un aparato llamado “alambique”; lo que permite separarla de todas las impurezas que contenía el líquido originario. Para mejorar la purificación, se eliminan generalmente los volúmenes iniciales; y también se somete a un proceso de bidestilación.
No debe confundirse la bidestilación con la destilación fraccionada; proceso éste que se utiliza para separar en un líquido diversas sustancias que se encuentran mezcladas en él, y tienen distintos puntos de ebullición, como se realiza principalmente para la obtención de los diversos componentes del petróleo.

Agua potable
Es aquella que, aún teniendo sustancias en solución, igualmente es apta para el consumo humano o animal, por no ser nocivas las sustancias disueltas. Es el resultado de un proceso de depuración, filtrado y otras operaciones; pero que no conducen a obtener un agua químicamente pura.

Agua dura
Es agua que contiene disueltas cantidades importantes de sales de calcio y magnesio, que se combinan con el jabón formando sustancias insolubles y no permiten que el jabón forme espuma. Existen procedimientos para depurar el agua de esos componentes, dando lugar a las “aguas ablandadas”.

Agua desionizada
Es agua que, para retirarle los iones libres, se ha sometido al proceso de purificación mediante un proceso de intercambio de iones mediante una sustancia insoluble, a fin de que los iones sueltos se combinen con moléculas de agua. Generalmente es agua previamente destilada, que se utiliza en algunos dispositivos, tales como los radiadores de los automóviles.

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Agua y soluciones

En general, lo que corrientemente se designa como agua, solo excepcionalmente lo es en estado puro; por lo general se trata de soluciones de diversa índole.

Pero en todo caso, las impurezas o sustancias disueltas, no tienen la misma estructura química, y por tanto no son agua. Por lo general, por más procedimientos de depuración que se apliquen, difícilmente puede decirse que el agua resultante sea totalmente pura; es una cuestión de límite.

Químicamente, las llamadas “agua potable”, “agua mineral”, “agua dura”, no son diferentes tipos de agua. El agua, como sustancia, es químicamente la misma; lo distinto son las sustancias que contienen disueltas. Solamente el “agua pesada” tiene una estructura química diversa. A veces, las categorías se superponen; por ejemplo, por regla general el agua mineral también es potable.

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El agua en la naturaleza.

A pesar de su abundancia, en realidad no existe en la naturaleza el agua químicamente pura. Toda el agua existente en la naturaleza está constantemente en contacto con otras sustancias que se le incorporan en disolución.

El agua que existe en la naturaleza, es en su mayor parte agua marina, que contiene disuelta gran cantidad de sustancias, especialmente cloruro de sodio o sal marina.

Las aguas pluviales, en principio habrían de ser muy puras; porque resultan de un proceso de destilación natural a través de la previa evaporación y ulterior condensación en la atmósfera. Sin embargo no lo son tanto; ya que en la formación de las gotas de lluvia, o durante su caída al suelo, suelen mezclarse con sustancias sólidas flotantes en la atmósfera - como el polvo - y también disolver otras sustancias presentes en el aire.

Una vez caídas, esas aguas se desplazan por la superficie y también penetran en la tierra, proceso en el cual encuentran muchas sustancias solubles que se le incorporan; aunque también ocurre a veces que atravesando áreas pulverulentas (como capas arenosas) se produce un proceso natural de filtrado de sustancias sólidas, aunque no de las disueltas.

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La molécula de agua - Polaridad - Enlaces

Básicamente, el agua está constítuida por la unión de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, que se unen formando un ángulo de 105º.

El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.

Esto da por resultado, en cuanto a la polaridad, que en la parte de la molécula donde se encuentra el oxígeno la densidad electrónica sea mayor que en la parte donde se encuentra el hidrógeno; pero el predominio de la carga negativa hace que de toda la molécula se polarice. De cualquier manera, la molécula es dipolar, es decir que presenta un polo positivo y otro negativo.

La circunstancia de que la molécula de agua sea dipolar, y que en ella cada átomo de oxígeno deje dos pares de electrones libres, habilita a que se formen “puentes” de hidrógeno entre ellas, que unen las diversas moléculas en forma bastante fuerte.

Estas propiedades eléctricas de la molécula de agua explican algunas de sus propiedades físicas.

Esa cualidad dipolar, es lo que produce que muchas otras moléculas iguales, sean atraídas entre sí y se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas moleculares. Esa tendencia de las moléculas de agua a agruparse, es lo que hace que, en condiciones adecuadas, se mantengan fuertemente unidas, adoptando formas de tendencia esférica. Es también lo que hace que el agua situada sobre una superficie plana totalmente horizontal, forme una capa de cierta altura y bordes redondeados.

Eso, en estado líquido, da lugar a la tensión superficial y en estado sólido al agrupamiento de las moléculas en cristales con forma de tetraedros, entre los que surgen los “huecos” que determinan su menor densidad respecto del agua líquida; por lo cual al solidificarse el agua se expande, y el hielo flota en el agua.

Este comportamiento del agua al pasar al estado sólido, es excepcional con respecto a lo que ocurre con otras sustancias líquidas, que se contraen al solidificarse y se dilatan al calentarse.

Otras consecuencias de ese agrupamiento molecular con la formación de los “huecos”, es lo que determina que el agua tenga grandes posibilidades de solubilidad de muchas sustancias.

Del mismo modo, el punto de ebullición del agua, a 100ºC, es comparativamente superior al de otras sustancias líquidas, como por ejemplo los alcoholes; lo cual es debido a que para vencer esa atracción eléctrica existente entre sus moléculas, es necesaria una mayor cantidad de energía calórica.

Tensión superficial

La tensión superficial es una condición existente en la superficie libre de un líquido, que le da un comportamiento semejante a las propiedades de una membrana elástica bajo tensión.
La tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra capa superficial.

Esa tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atracción, no compensada, hacia el interior del líquido sobre las moléculas individuales de la superficie. En consecuencia, en un líquido en reposo contenido en un recipiente, el efecto es como si la atracción molecular en el interior del liquido “empujara” desde la masa interior hacia la superficie.

Ello se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente; así como en una tendencia a ascender, incluso en contra de la fuerza de gravedad.

En el agua, la tensión superficial es la resultante de la fuerza de atracción intermolecular de las moléculas del agua asociadas por puentes de hidrógeno. Esto produce, por ejemplo, el efecto de que ciertos sólidos livianos, como una hoja de afeitar o una aguja de coser, o ciertos insectos, puedan flotar y aún desplazarse sobre la superficie del agua, a pesar de tener mayor densidad que ella.

Si el líquido está embebido en una especie de continente sumamente fino, como una malla muy estrecha (por ejemplo el alcohol o el queroseno, entre las fibras de las mechas de un encendedor, un quemador, o una estufa a llama) o en un conducto de muy pequeño diámetro, eso produce el efecto de capilaridad por el cual el líquido asciende desde el interior hasta la punta superior de la mecha.

En ciertas condiciones, este efecto de la capilaridad viene se presenta como una excepción al principio de los vasos comunicantes, cuando se trata de conductos “capilares”; pero tiene su explicación en la tensión superficial.

Como consecuencia de la tensión superficial, la tendencia de cualquier superficie líquida es a hacerse lo más reducida posible. Ello se aprecia por ejemplo con el mercurio, que forma una bola casi esférica cuando se deposita una cantidad pequeña sobre una superficie horizontal. Lo mismo ocurre si un líquido muy viscoso, como el aceite mineral, es dispersado en un ambiente acuoso, con lo que forma gotas esféricas.

La forma casi perfectamente esférica de una burbuja de jabón, - la “pompa de jabón” - se debe a la distribución de la tensión superficial sobre la delgada película de la solución acuosa del jabón; es otro efecto de esta fuerza. Una solución jabonosa tiene una tensión superficial mayor que la del agua, por lo cual permite formar las pompas de jabón.

Una pompa de jabón, de las que realizan con los conocidos juegos, se mantiene en el aire al sol durante algunos segundos; y cuando explota y se destruye, es debido a que el aire de su interior, al calentarse se dilata, y su presión interna termina venciendo a la tensión superficial de la película acuosa externa.

Otro efecto interesante de la tensión superficial, que evidencia su independencia de la fuerza gravitacional, ocurre en las condiciones de ingravidez de los vuelos espaciales; donde los líquidos no pueden guardarse en recipientes abiertos, porque ascienden por las paredes de los recipientes.

El agua como solvente

Un solvente, es una sustancia líquida que disocia a otra sustancia en una forma más elemental, y que normalmente está presente en mayor cantidad que esa otra sustancia, produciéndose una forma de mezcla altamente integrada que no es separable por un método de filtrado puramente mecánico. La sustancia disuelta se llama “soluto”, y el conjunto “solución” o “dilución”. (Esta última alude al grado de concentación de la sustancia disuelta, en el solvente).

Ni el soluto ni el solvente pueden considerarse elementos inertes entre sí. A menudo, la sustancia disuelta asume propiedades físicas y químicas que no posee en su estado sólido; por ejemplo, la de traspasar otros cuerpos porosos, o de la reaccionar quimicamente en forma mucho más activa. En algunos casos, el proceso de disolver permite separar sustancias de mezclas, alguna de las cuales son solubles y otras no; o unas lo son en un líquido y otras en otro líquido distinto.

A su vez, el solvente también puede generar interés en el uso de la solución; como ocurre en las pinturas, donde el proceso de evaporación de los diversos líquidos que componen el “tinner” tiene efectos distintos sobre la presentación, opaca, mate o brillante, del acabado.

Es frecuente expresar que “el agua es el solvente universal”.

El agua es un líquido que tiene gran capacidad de disolver numerosas sustancias, y debido a su gran abundancia en la naturaleza en la práctica es siempre una solución que contiene numerosos solutos en forma simultánea. Ello es particularmente así en referencia a los mares y océanos.

Por ello, cuando se hace referencia a una solución pero no se menciona concretamente el solvente, se sobrentiende que es agua.

El agua disuelve muchos tipos de sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas.

Muchos gases son solubles en agua, como ocurre con el CO2 (gas carbónico) que está disuelto en bebidas gaseosas; con el oxígeno que llega a la sangre (en la cual no se disuelve sino que se combina con la hemoglobina), y con el que respiran los peces que está disuelto en agua.

Algunas sustancias tienen especial afinidad para disolverse en el agua; por ejemplo el amoníaco que en condiciones normales se presenta en estado gaseoso; por lo cual, dada su propiedad de dañar los tejidos vivos, al ser respirado produce lesiones importantes en el aparato respiratorio; lo cual ocurre especialmente en los accidentes con equipos frigoríficos que lo contienen, cuando se producen escapes.

El elevado poder disolvente del agua se debe a que, como se expresara antes, sus moléculas son dipolares y pueden formar puentes de H, no solamente entre sí, sino también con moléculas de otras sustancias.

El cloruro de sodio tiene una relativa alta solubilidad en agua. Esta sustancia inorgánica está formada por cationes de Na+ y por aniones de Cl-. Al introducirla en el agua, los iones se ponen en contacto con las moléculas polares del agua. Se produce una reacción, formándose una solución acuosa, en las que los iones quedan rodeados por las moléculas de agua.

Existen también algunos alcoholes (metanol, etanol) y glúcidos (sacarosa, glucosa, fructosa) que son muy solubles en agua, debido a que son sustancias orgánicas, formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno.

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Contaminación del agua

El agua se contamina debido al agregado de sustancias (impurezas) que alteran su calidad. Dado que el agua no existe en la naturaleza en estado de pureza, se reserva el concepto de contaminación para aplicarlo cuando se le incorporan impurezas especialmente inconvenientes para el uso del agua, sea para los procesos biológicos o como medio ambiente de vida. Y, sobre todo, cuando ello tiene lugar en cantidades que determinan grados de concentración excesivamente altos, propicios a producir esos efectos nocivos.

Las impurezas que puede tener al agua se clasifican según su tamaño, ya que depende de éste el método a utilizar para una eficaz purificación.

Existen diferentes tipos de impurezas:

• Las partículas suspendidas, de tamaño relativamente grande, que son facilmente retenidas por los filtros mecánicos comunes. Estas impurezas generalmente absorben la luz, con lo que el agua se ve turbia y sucia.
• Las partículas coloidales, que son pequeñas y difíciles de retener en los filtros comunes.
• Las sustancias disueltas, que no se depositan, no son retenidas en los filtros mecánicos y no enturbian el agua.
• Los contaminantes activos como las bacterias, virus protozoos, metozoos, etc. que tienen efectos malignos en la salud; como la producción de infecciones gastrointestinales, virales, e incluso transtornos digestivos y de otro tipo.

La contaminación del agua, puede ser resultado de procesos naturales, o de procesos artificiales.

Los procesos naturales que inducen contaminación, son los resultantes de la propia circulación del agua en contacto con sustancias solubles; o también de procesos de la naturaleza que se producen en su medio, como la putrefacción y descomposición de materias vivas una vez muertas; o la oxidación de metales sumergidos.

En ciertos casos, la presencia de otras formas de vida, como las bacterias, favorece ese proceso de transformación que descompone esos materiales en sus componentes solubles primarios, a menudo no tóxicos; lo que conforma una especie de “reciclaje” natural y por lo tanto, se trata de contaminación pasajera.

Esta posibilidad de transformación bacteriana de algunos elementos contaminantes del agua, especialmente los de origen orgánico, es empleada en algunas instalaciones purificadoras; como las “piletas de decantación” de aguas servidas o efluentes. En ellas, el agua contaminada es expuesta al aire en grandes superficies de poca profundidad el tiempo requerido para que esos procesos efectúen una “digestión” de los contaminantes, haciendo posible que los elementos solutos se solidifiquen y caigan al fondo, de donde el nombre de “decantación” que se les aplica.

La contaminación del agua tiene origen en procesos artificiales, cuando se produce como resultado de la presencia artificial de elementos contaminantes en contacto con el agua; por efecto de procesos industriales, y más generalmente por la disposición de efluentes; como las aguas empleadas como vehículo del saneamiento de los desechos fisiológicos de los agrupamientos humanos, o en el tratamiento de ciertos materiales con sustancias en solución acuosa, en un proceso industrial.

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Las lluvias ácidas

Se denomina lluvia ácida a la precipitación pluvial de agua de reacción ácida.

Las lluvias ácidas, se producen, por consecuencia de la presencia en la atmósfera, en las zonas donde se produce la condensación del vapor atmosférico que da lugar a la lluvia, de grandes concentraciones de ciertos gases - generalmente emanaciones de procesos industriales - que contienen sustancias químicas nocivas e hidrosolubles.

Éstas, en consecuencia, se incorporan en las gotas de lluvia durante su formación en la atmósfera, o su desplazamiento en caída hacia el suelo; y dan lugar a una solución de reacción ácida, que produce efectos nocivos sobre los vegetales y contamina con esas sustancias disueltas, las aguas pluviales que corren hacia los ríos, afectando también a la vegetación acuática, a las plantas terrestres que se nutren en terrenos contaminados con esa lluvia, y a la vida animal de sus ecosistemas.

La mayor parte de las veces, las lluvias ácidas se producen a consecuencia de la presencia de grandes fuentes de combustión de ciertos productos minerales, especialmente hulla, que contienen altas concentraciones de ingredientes como el azufre y sus compuestos; los que no se combinan durante la combustión, sino que meramente se gasifican y mezclan con el aire atmosférico. Posteriormente, esos gases se disuelven en las gotas de lluvia; con lo que al llover son absorbidos en los procesos nutrientes por los seres vivos que consumen el agua caída en la lluvia, o que viven en el ambiente acuático conformado por la misma.

*El presente artículos fue "bajado" de la web:

http://www.liceodigital.com/quimica/agua.htm#SEL

http://platea.pntic.mec.es/~aabadias/webs0506/mundoagua/agua_como_fuente_de_vida.htm

ElEMENTOS Y COMPUESTOS DE LOS SERES VIVOS

Los seres vivos, animales y plantas, están formados por diversos átomos y moléculas, que forman la llamada materia viva.

La mayor parte de la materia viva está formado por cuatro elementos: carbono, hidróge­no, oxígeno y nitrógeno.

El carbono es el elemento más importante, ya que es la base en la composición de las moléculas orgánicas cuando se une con el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, etc.

Otros elementos importantes e indispensables para la vida, son el hierro, el calcio, el sodio y el yodo, en una proporción menor, por lo que se les llama microelementos.
Composición química de los seres vivos: C, H, O, N, S, P.

El hombre ha intentado conoce la naturaleza de la materia desde la antigüedad.

Leucipo y Democrito, filósofos griegos que vivieron en el siglo V a. de C., expresaron la primera teoría atómica, en la que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles. Con el tiempo, los científicos han confirmado que la materia esta integrada por átomos que son divisibles bajo condiciones especiales como la desintegración atómica, sin embargo, pertenecen indivisibles en las reacciones químicas simples.
Toda la materia orgánica esta formada por elementos, y estos a su vez forman moléculas.

Hay muchos elementos en la naturaleza, los cuales difieren en la estructura atómica.

Los átomos están formados por un núcleo que contiene protones, que son partículas con carga eléctrica positiva (+), por neutrones, partículas que no tienen carga, y por una capa externa en la cual se encuentran los electrones, que tienen carga eléctrica negativa (-).
Los compuestos están formados por mas de un tipo de átomos unidos entre si por medios de enlaces químicos, los cuales pueden ser iónicos o covalentes y originan compuestos iónicos o moleculares.
El término molécula se usa principalmente para compuestos que presentan enlaces covalentes y fórmula mínima, para los que presentan enlaces iónicos.
Las moléculas pueden estar formadas por átomos distintos, como por ejemplo (H2O) el agua, el (CO2) dióxido de carbono, etc. O por dos o mas átomos iguales, como las moléculas de oxigeno (O2), hidrogeno (H2), etc.
En la mayoría de los compuestos orgánicos, los enlaces entre sus compuestos son covalentes, por ejemplo en la formula del metano (CH4) interviene un carbono y cuatro hidrógenos que se unen por cuatro enlaces covalentes sencillos. En cada uno de ellos el carbono comparte uno de sus cuatro electrones de valencia, de igual manera cada hidrogeno comparte su único electrón de valencia, para así formar el enlace covalente en el cual se comparte un par de electrones.

El 97.9 por ciento de la materia que forma parte de los seres vivos están compuesta por su mayoría por combinaciones de seis elementos químicos de los 92 que existen en la naturaleza. Estos elementos son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). un 2% lo constituyen calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg) y cloro (Cl); y un 0.1% cantidades muy pequeñas de manganeso, hierro, cobalto, cobre, zinc, boro, aluminio, vanadio, molibdeno, yodo y silicio, entre otros.

http://mx.kalipedia.com/ciencias-vida/tema/materia-viva/compuestos-quimicos-materia-viva.html?x=20070417klpcnavid_11.Kes

http://www.xenciclopedia.com/post/Biologia/Elementos-que-forman-la-materia-viva-composicion-quimica.html

http://www.um.es/molecula/sales00.htm

ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

Características de los seres vivos

La vida es parte integral del universo. Como tal, buscar definiciones de la vida como fenómeno diferenciado es tan difícil (algunos dirían que inútil) como la búsqueda de la localización del alma humana. No hay una respuesta simple a la cuestión de "¿qué es la vida?" que no incluya algún límite arbitrario. Sin ese límite, o nada está vivo, o todo lo está.

Cualquiera de nosotros es capaz de reconocer que una mariposa, un pino o un pájaro carpinteros son organismos vivos.... mientras que una roca o el agua de mar no los están.

Con otras "cosas" es mas difícil encontrar el límite... Pese a su diversidad , los organismos que pueblan este planeta comparten una serie de características que los distinguen de los objetos inanimados.

Propiedades comunes a todos los seres vivos:

1. Organización y Complejidad.
Tal como lo expresa la TEORÍA CELULAR (uno de los conceptos unificadores de la biología) la unidad estructural de todos los organismos es la CÉLULA. La célula en sí tiene una organización específica, todas tienen tamaño y formas características por las cuales pueden ser reconocidas. Algunos organismos estás formados por una sola célula -> unicelulares, en contraste los organismos complejos son multicelulares, en ellos los procesos biológicos dependen de la acción coordenada de las células que los componen, las cuales suelen estar organizadas en tejidos, órganos, etc.
Los seres vivos muestran un alto grado de organización y complejidad. La vida se estructura en niveles jerárquicos de organización, donde cada uno se basa en el nivel previo y constituye el fundamento del siguiente nivel, por ejemplo: los organismos multicelulares están subdivididos en tejidos, los tejidos están subdivididos en células, las células en organelas etc.

2. Crecimiento y desarrollo.

En algún momento de su ciclo de vida TODOS los organismos crecen. En sentido biológico, crecimiento es el aumento del tamaño celular, del número de células o de ambas. Aún los organismos unicelulares crecen, las bacterias duplican su tamaño antes de dividirse nuevamente. El crecimiento puede durar toda la vida del organismo como en los árboles, o restringirse a cierta etapa y hasta cierta altura, como en la mayoría de los animales.
Los organismos multicelulares pasan por un proceso más complicado: diferenciación y organogénesis. En todos los casos, el crecimiento comprende la conversión de materiales adquiridos del medio en moléculas orgánicas específicas del cuerpo del organismo que las captó.El desarrollo incluye todos los cambios que ocurren durante la vida de un organismo, el ser humano sin ir mas lejos se inicia como un óvulo fecundado.

3. Metabolismo.

Los organismos necesitan materiales y energía para mantener su elevado grado de complejidad y organización, para crecer y reproducirse. Los átomos y moléculas que forman los organismos pueden obtenerse del aire, agua, del suelo o a partir de otros organismos. La suma de todas las reacciones químicas de la célula que permiten su crecimiento, conservación y reparación, recibe el nombre de metabolismo.
El metabolismo es anabólico cuando estas reacciones químicas permiten transformar sustancias sencillas para formar otras complejas, lo que se traduce en almacenamiento de energía, producción de nuevos materiales celulares y crecimiento. Catabolismo, quiere decir desdoblamiento de sustancias complejas con liberación de energía.

4. Homeostasis

Las estructuras organizadas y complejas no se mantienen fácilmente, existe una tendencia natural a la pérdida del orden denominada entropía. Para mantenerse vivos y funcionar correctamente los organismos vivos deben mantener la constancia del medio interno de su cuerpo, proceso denominado homeostasis (del griego "permanecer sin cambio"). Entre las condiciones que se deben regular se encuentra: la temperatura corporal, el pH , el contenido de agua, la concentración de electrolitos etc. Gran parte de la energía de un ser vivo se destina a mantener el medio interno dentro de límites homeostáticos.

5. Irritabilidad:

Los seres vivos son capaces de detectar y responder a los estímulos que son los cambios físicos y químicos del medio ambiente, ya sea interno como externo. Entre los estímulos generales se cuentan:

• Luz: intensidad, cambio de color, dirección o duración de los ciclos luz-oscuridad
• Presión
• Temperatura
• Composición química del suelo, agua o aire circundante.

En organismos sencillos o unicelulares, TODO el individuo responde al estímulo, en tanto que en los organismos complejos multicelulares existen células que se encargan de detectar determinados estímulos.

6. Reproducción y herencia.

Dado que toda célula proviene de otra célula, debe existir alguna forma de reproducción, ya sea asexual (sin recombinación de material genético) o sexual (con recombinación de material genético). La variación, que Darwin y Wallace reconocieran como fuente de la evolución y adaptación, se incrementa en este tipo de reproducción. La mayor parte de los seres vivos usan un producto químico: el ADN (ácido desoxirribonucleico) como el soporte físico de la información que contienen. Algunos organismos, como los retrovirus (entre los cuales se cuenta el HIV), usan ARN (ácido ribonucleico) como soporte.
Si existe alguna característica que pueda mencionarse como la ESENCIA misma de la VIDA, es la capacidad de un organismo para reproducirse.

En realidad una definición abarcativa de lo que es un ser vivo podría ser: "todo aquello que sea capaz de reproducirse por algún mecanismo y responda a la presión evolutiva".

Aunque la característica genética de un solo organismo es la misma durante toda su vida, la composición genética de una especie, comprendida como un todo, cambia a lo largo de muchos períodos de vida. Con el tiempo. las mutaciones y la variabilidad en los descendientes proporcionan la diversidad en el material genético de una especie. En otras palabras, las especies EVOLUCIONAN. La fuerza más importante de la evolución es la selección natural, proceso por el cuales los organismos que presentan rasgos adaptativos (que le permiten adaptarse mejor al medio) sobreviven y se reproducen de manera mas satisfactoria que los demás sin dichos rasgos.

En base a la definición dada antes, el mundo de lo vivo comprendería por lo menos dos grandes grupos:

1. Los organismos celulares (eucariotas, procariotas, términos acuñados por E. Chatton)
2. Los organismos no celulares (virus) y, si realmente esta definición fuere abarcativa
3. Los ¿no organismos? (priones (*) y ...)
   

Algunos términos aplicados a las células

Procariotas se encuentran entre las formas más primitivas de vida en la Tierra. Primitivo en este contexto no implica que no funcionen o no sean viables, dado que las primitivas bacterias cambiaron muy poco hasta nuestros días, se las debe ver como bien adaptadas durante 3,5 Ga.
Los procariotas (pro= antes, karyon= núcleo): carecen de organelas, sin embargo algún tipo de organización es observable en algunos procariotas autotróficos como las láminas membranosa asociadas con pigmentos fotosintetizadores como en la bacteria Prochloron.

Eucariotas (del griego eu = bueno, verdadero; karyon = núcleo): organismos caracterizados por poseer células con un núcleo verdadero rodeado por membrana. El registro arqueológico muestra su presencia en rocas de aproximadamente 1.200 a 1500 millones de años de antigüedad.

Heterótrofos : un organismo que obtiene energía de otro organismo. Los animales son heterótrofos.

Autótrofo : un organismo que fabrica su propio alimento, convierte energía de fuentes inorgánicas en dos formas, ej: vegetales.

Fotosíntesis: es la conversión de energía luminosa en los enlaces C-C de los carbohidratos, es el proceso por el cual la mayoría de los autótrofos obtienen su energía.

Quimiosíntesis es la captura de energía liberada por ciertas reacciones químicas. Se considera que la quimiosíntesis apareció en la Tierra antes que la fotosíntesis.

Componentes de la célula eucariótica
http://fai.unne.edu.ar/biologia/introduccion/3intro.htm

• La membrana celular (también conocida como membrana plasmática o plasmalema) se encuentra en todas las células. Sus funciones son:

1. Separar el medio interno celular de su entorno
2. Actuar como una barrera selectiva que permite a ciertas moléculas atravesarla, como por ejemplo el agua y a otras no.
3. En los organismos pluricelulares ciertas moléculas de la superficie intervienen en el reconocimiento de lo propio. Los antígenos son sustancias que pueden estar localizadas en el exterior de las células, de los virus y, en algunos casos otros productos químicos, principalmente proteínas. Los anticuerpos son proteínas (con forma de Y) producidas por un animal en respuesta de un antígeno específico. Son la base de la inmunidad y la vacunación.

• Material necesario para que la célula se replique y/o reproduzca. La mayor parte de los organismos usan ADN. Algunos retrovirus y los viroides usan ARN como material hereditario.
  El ADN de las células procariotas está organizado en un cromosoma circular contenido en un área conocida como nucleoide.
  El ADN de las células eucariotas está organizado en una estructura linear: el cromosoma eucariótico (estructura donde se asocia el ADN con las proteínas básicas conocidas como histonas). Los cromosomas están contenidos dentro de una doble membrana: la membrana nuclear, un área conocida como el NÚCLEO.
• Las organelas son formaciones o compartimientos que se encuentran en el citoplasma y están destinadas a realizar ciertas funciones.
• Los ribosomas son el sitio de la síntesis proteica. A diferencia de las organelas no se encuentran rodeados por membranas y los poseen tanto eucariotas como procariotas; si bien existen diferencias en los tamaños de las subunidades de ambos tipos.
• La pared celular es una estructura que rodea a la membrana plasmática en las células de ciertos organismos (Ej.: vegetales, hongos, bacterias). Las paredes celulares de los procariotas y eucariotas (cuando la tienen) difieren en su estructura y composición química. Las células de las plantas tienen celulosa en sus paredes celulares.

Niveles de organización de los seres vivos.

Al estudiar la materia que constituye los seres vivos se pueden distinguir en ellas varios niveles de complejidad estructural, que son los llamados niveles de organización.

Actualmente se admiten cinco niveles de organización:

1.- Nivel molecular:

Es el nivel abiótico. Se distinguen cuatro subniveles:

• Subnivel subatómico: Lo constituyen las partículas subatómicas, es decir, los protones, electrones y neutrones.
• Subnivel atómico: Constituido por los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción.
• Subnivel molecular: Constituido por las moléculas, es decir, por unidades materiales formadas por la agrupación de dos o más átomos mediante enlaces químicos. (ejs.: O2, H2O) y que son la mínima cantidad de una sustancia que mantiene sus propiedades químicas. Distinguimos dos tipos de moléculas: inorgánicas y orgánicas.
• Subnivel macromolecular:. Está constituido por los polímeros que son el resultado de la unión de varias moléculas (ejs.: proteínas, ácidos nucleicos). La unión de varias macromoléculas da lugar a asociaciones macromoleculares (ejs: glucoproteínas, cromatina). Por último, las asociaciones moleculares pueden unirse y formar orgánulos celulares (ejs.: mitocondrias y cloroplastos).
  Las asociaciones moleculares constituyen el límite entre el mundo biótico y el abiótico.
  Por ejemplo, los ácidos nucleicos poseen la capacidad de autorreplicación.
  

2.- Nivel celular:
Incluye a la célula, unidad anatómica y funcional de los seres vivos.

3. Nivel pluricelular u orgánico:
Incluye a todos los seres vivos constituidos por más de una célula. En los seres pluricelulares existe una división de trabajo y una diferenciación celular alcanzándose distintos grados de complejidad creciente:

• Tejidos: es un conjunto de células muy parecidas que realizan la misma función y tienen el mismo origen.
• Órganos: es la asociación de varios tejidos que realizan una función conjunta.
• Sistemas: es un conjunto de varios órganos parecidos que funcionan independientemente.
• Aparatos: Conjunto de órganos que pueden ser muy distintos entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir una función.

4.- Nivel de población:

• Los seres vivos generalmente no viven aislados, sino que se relacionan entre ellos. Una población es un conjunto de individuos de la misma especie, que viven en una misma zona en un momento determinante y que se influyen mutuamente.

5.- Nivel de ecosistema:

• La diferentes poblaciones que habitan en una misma zona en un momento determinado forman una comunidad o biocenosis. Las condiciones físicoqímicas y las características del medio en el que viven constituyen el biotopo. Al conjunto formado por la biocenosis, el biotopo y las relaciones que se establecen entreambos se denomina ecosistema.

http://www.profes.net/rep_documentos/Pruebas_acceso_antiguas/doc6088.pdf

Niveles de Organización

La biología se ocupa de analizar jerarquías o niveles de organización que van desde la célula a los ecosistemas. Este concepto implica que en el universo existen diversos niveles de complejidad.
Por lo tanto es posible estudiar biología a muchos niveles, desde un conjunto de organismos (comunidades) hasta la manera en que funciona una célula o la función de las moléculas de la misma.

En orden decreciente mencionaremos los principales niveles de organización:

• Biosfera: La suma de todos los seres vivos tomados en conjunto con su medio ambiente. En esencia, el lugar donde ocurre la vida, desde las alturas de nuestra atmósfera hasta el fondo de los océanos o hasta los primeros metros de la superficie del suelo (o digamos mejor kilómetros sí consideramos a las bacterias que se pueden encontrar hasta una profundidad de cerca de 4 Km. de la superficie). Dividimos a la Tierra en atmósfera (aire), litosfera (tierra firme), hidrosfera (agua), y biosfera (vida).
• Ecosistema: La relación entre un grupo de organismos entre sí y su medio ambiente. Los científicos a menudo hablan de la interrelación entre los organismos vivos. Dado, que de acuerdo a la teoría de Darwin los organismos se adaptan a su medio ambiente, también deben adaptarse a los otros organismos de ese ambiente.
• Comunidad: Es la relación entre grupos de diferentes especies. Por ejemplo, las comunidades del desierto pueden consistir en conejos, coyotes, víboras, ratones, aves y plantas como los cactus. La estructura de una comunidad puede ser alterada por cosas tales como el fuego, la actividad humana y la sobrepoblación.
• Especie: Grupo de individuos similares que tienden a aparearse entre sí dando origen a una cría fértil. Muchas veces encontramos especies descriptas, no por su reproducción (especies biológicas) sino por su forma (especies anatómicas).
• Poblaciones: Grupos de individuos similares que tienden a aparearse entre sí en un área geográfica limitada. Esto puede ser tan sencillo como un campo con flores separado de otro campo por una colina sin flores.
• Individuo: Una o más células caracterizadas por un único tipo de información codificada en su ADN. Puede ser unicelular o multicelular. Los individuos multicelulares muestran tipos celulares especializados y división de funciones en tejidos, órganos y sistemas.
• Sistema: (en organismos multicelulares). Grupo de células, tejidos y órganos que están organizados para realizar una determinada función, p.ej. el sistema circulatorio.
• Organos: (en organismos multicelulares). Grupo de células o tejidos que realizan una determinada función. Por ejemplo el corazón, es un órgano que bombea la sangre en el sistema circulatorio.
• Tejido: (en organismos multicelulares). Un grupo de células que realizan una determinada función. Por ejemplo el tejido muscular cardíaco.
• Célula: la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente. Cada célula tiene un soporte químico para la herencia (ADN), un sistema químico para adquirir energía etc.
• Organela: una subunidad de la célula. Una organela se encuentra relacionada con una determinada función celular p.ej. la mitocondria (el sitio principal de generación de ATP en eucariotas).
• Moléculas.
• Átomos.
• Partículas subatómicas: los niveles funcionales fundamentales de la bioquímica.

Niveles de organización morfológica

Por su organización morfológica y según el grado de complicación del cuerpo vegetativo, existen tres niveles de organización (artificiales):

Protófitos: unicelulares o agregados poco coherentes de unicelulares.

• Los Procariotas, algunos representantes de las algas y de hongos constan de una única célula, que puede alcanzar alto grado de complejidad.
• Luego de la división, las células hijas pueden permanencer unidas e agregados celulares denominados cenobios.

Talófitos: pluricelulares, agregados celulares con división de trabajo entre células. Poseen un TALO, cuerpo vegetativo multicelular con especialización de células o grupos de células (tejidos) pero NO diferenciado en un eje vascularizado hojas y raíces y NO dispone de mecanismos de regulación de su contenido hídrico (poikilohídricos).Se consideran talófitos las algas verdes, hongos inferiores, líquenes y las Briófitas.

Cormófitos: cuerpo vegetativo organizado en raíz, tallo y hojas, con tejidos altamente diferenciados y con capacidad de regular su contenido de agua (homeodídros). Son los helechos y pplantas con semilla (Gimnospermas y Angiospermas)

http://fai.unne.edu.ar/biologia/biodiversidad/niveles.htm

http://www.biologia.edu.ar/biodiversidad/niveles.htm

http://www.educaplus.org/cat-39-p1-Organizaci%C3%B3n-de-los-seres-vivos_Biolog%C3%ADa.html

http://cpmcazar.educa.aragon.es/kono5/t1/que.html

http://elcoco.conectate.gob.pa/servlet/SBReadResourceServlet?rid=1216324104140_981613393_713&partName=htmltext

http://www.elergonomista.com/biologia/sv.htm

http://centros4.pntic.mec.es/~pedroalf/biol.htm