MC – I Medio

Manuel Mallol Simmonds

El Agua y los iones

El agua es una molécula ampliamente estudiada bajo los prismas de diferentes ciencias naturales. En la biología, el agua permite la existencia y desarrollo de la vida tal y como la conocemos, siendo una molécula imprescindible en el estudio de la misma. Por otra parte, los iones son importantes elementos que aportan la dinámica necesaria a muchos procesos fisiológicos que ocurren a cada segundo en la vida de un individuo.

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Las moléculas importantes para la vida I Para comprender de manera correcta los temas que se presentarán a lo largo de las guías de materia de Puntajenacional.cl, debemos hacer hincapié en las moléculas que componen a todos los seres vivos. Dichas moléculas son conocidas en el mundo biológico como biomoléculas, las cuales son, generalmente, grandes polímeros (molécula compuesta de muchas unidades fundamentales) compuestos en base a aminoácidos, nucleótidos, monosacáridos, etc. El agua y los iones son puntos importantes a tratar en esta guía. Su organización, procesamiento y distribución en diferentes localizaciones celulares confiere y determina la morfofisiología celular tal y como la conocemos hoy en día. La organización de la materia en los sistemas biológicos tiene características especiales, como la presencia de niveles de organización microcomplejos (biomoléculas) hasta sistemas macrocomplejos (organismos y ecosistemas). En esta guía nos enfocaremos en la organización desde el átomo hasta un organismo pluricelular.

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El agua ▪

Características físicoquímicas

El agua es una molécula compuesta en base a hidrogeno y oxigeno, unidos por enlaces covalentes en la proporción 2:1 respectivamente, teniendo como formula química H2O. Posee una geometría angular, teniendo 104,5° entre cada átomo de hidrógeno. La distribución especial de los átomos en esta molécula forma polos eléctricos, siendo negativo el polo del oxígeno y positivo el lado de los hidrógenos.

Fig 1. Molécula de agua El agua posee un alto calor específico, el que se define como la cantidad de energía (cal) que requiere un gramo de sustancia para elevar su temperatura en un grado celsius (°C). Esto otorga los privilegios necesarios al agua de ser el componente principal de las células (6570% de su peso) puesto que no varía mucho su temperatura con pequeños cambios calóricos y tiene un alto punto de ebullición (en contraste con otros solventes como el etanol y soluciones oleosas). Otras características que presenta el agua son:    

▪

Alta tensión superficial Solvatación (o hidratación) Disolvente biológico por excelencia Medio de reacciones bioquímicas

Aplicaciones biológicas del agua

El agua, como se mencionó antes, es el principal componente líquido de las células, y por consiguiente, de los seres vivos. Aproximadamente un 70% del peso neto de un organismo corresponde a agua en estado líquido. Esto es por su estabilidad ante oscilaciones de temperatura

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y por su extraordinaria capacidad de rodear otras moléculas cargadas (solvatar), permitiéndoles fluir, moverse y reaccionar con otras. Es muy improbable encontrar agua en estado puro dentro de sistemas biológicos; casi siempre se encuentra actuando como disolvente ya sea para iones (véase más adelante), sales u otras biomoléculas. También es importante destacar el rol lubricante del agua en superficies corporales como las articulaciones, mucosas, etc.

La gran utilización del agua por los sistemas vivos se ve reflejada en el desarrollo de un organismo (ontogenia). Todos los organismos tienen su desarrollo, desde la fecundación hasta el nacimiento, rodeados de agua (clara de huevo, líquido amniótico, etc). Se sabe que el origen de las primeras moléculas surgió en agua (formación de las primeras micelas; vesículas rodeadas de lípidos con agua en su interior). Esos antecedentes pueden explicar de cierta manera el porcentaje de agua presente en las células, además de sus propiedades ya mencionadas.

DATO PUNTAJE ¿Sabías que con el agua de todas las personas de un Estadio Nacional lleno (aprox. 60.000 personas) podríamos llenar una piscina olímpica?

Iones Antiguamente se pensaba que el constituyente mínimo de toda la materia correspondía al átomo. Hoy por hoy se sabe que átomos están compuestos por partículas subatómicas (electrones, protones y neutrones) y estos a su vez en partículas más pequeñas (quarks). Los electrones y protones poseen carga eléctrica, respectivamente negativa y positiva. En un átomo en estado normal, como el Carbono (C), la suma de electrones y protones da siempre una carga neta igual a 0 C (Coulombs). Sin embargo, con mucha frecuencia en ámbitos biológicos es posible encontrar átomos cuya suma de cargas no siempre resulta 0 C, dando átomos con carga positiva o negativa. Estos átomos cargados son llamados iones.

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Distribución de iones comunes en el líquido intracelular y extracelular. El tamaño del símbolo químico es proporcional a su concentración.

Existen iones con carga positiva (cationes) y con carga negativa (aniones). En la célula la suma de determinadas concentraciones de aniones y cationes da como resultado potenciales eléctricos (medidos en mV; milivolt). En la tabla 1.1 se destacan los principales iones de uso en biología. Nombre Sodio

Tabla periódica Na

Tipo de ion +

Impulso nervioso / Transporte activo secundario

+

Impulso nervioso

-

Cotransporte / impulso nervioso Contracción muscular / mensajero intracelular

Catión (Na ; ion sodio)

Potasio

K

Catión (K ; ion potasio)

Cloro

Cl

Calcio

Ca

Magnesio

Mg

Anión (Cl ; cloruro) Catión 2+ (Ca ; ion calcio) Catión 2+ (Mg ; ion magnesio) 4Anión (PO ; grupo fosfato) Anión (HCO3 ; ion bicarbonato)

Fósforo

P

Bicarbonato

//

Rol general

Componente de la clorofila. Estabilizador intracelular de biomoléculas como DNA y ATP Constituyente de ácidos nucleicos / moléculas energéticas / Señalizaciones Buffer (aumento del pH)

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Existen también elementos inorgánicos, como sales de calcio y fosforo, que tienen una gran importancia en órganos como los huesos. Además, las sales minerales de distintos componentes (NaCl, KCl, etc) al disolverse en agua, liberan iones utilizados por las células. Las sales se encuentran de manera natural en las aguas de río, principalmente obtenidas por el contacto y roce con arena, tierra y/o rocas. El exceso de sales minerales en el organismo, esencialmente de calcio y fosfato puede ocasionar la aparición de “piedras” en órganos como los riñones y la vesícula biliar, patologías llamadas respectivamente nefrolitiasis ó cálculos renales y colelitiasis o cálculos vesiculares. Ejemplo de ejercicio PSU:

MC Un investigador desea estudiar la cantidad de agua pura que existe en el medio intracelular. A su sorpresa, al concluir el estudio no pudo obtener agua pura en ningún compartimento intracelular. ¿A que puede deberse dicho fenómeno? a) La cantidad de células que analizó fue insuficiente, porque existen tipos de células que poseen agua pura. b) Era lo que debía esperarse, puesto que el agua en las células siempre está actuando como disolvente de biomoléculas. c) Era lo que debía esperarse, puesto que el agua pura solo existe en células procarionte d) Es imposible determinar el por qué de la sorpresa de las conclusiones e) Ninguna de las anteriores

La respuesta correcta en este caso es la alternativa b). La alternativa a) no es correcta, debido a que no existen tipos de células que posean agua pura. La alternativa b) dice algo que es correcto y que el investigador no consideró en un comienzo. La alternativa c) no es correcta, debido a que las células procarionte poseen agua actuando como disolvente de iones y biomoléculas, al igual que las células eucarionte. La alternativa d) no es certera, y la información que brinda el encabezado es suficiente para saber donde estuvo el error.

Tip PSU Es improbable que haya más de una pregunta sobre agua y iones en la PSU. Lo que si te vas a encontrar es que las demás preguntas dan por sabido todos los conceptos relacionados con el capítulo, por lo que estos dos puntos analizados deben ser estudiados bien, esencialmente para comprender lo que continuará en las siguientes guías.

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