COMUNIDAD VALENCIANA (VALENCIA) / JUNIO 99. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS / OPCIÓN A / EJERCICIO 1

1.- Propiedades del agua e importancia biológica. Solución: El agua es un componente esencial de todo ser vivo, siendo el disolvente general biológico. Se trata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el que ocurren la mayoría de las reacciones celulares del metabolismo, siendo la sustancia más necesaria para la vida. Los organismos vivos son por ello dependientes del agua para su existencia. Existe además una relación clara y directa entre el contenido de agua y la actividad fisiológica del organismo. Posee una importancia cuantitativa ya que viene a representar el 75 % del cuerpo de los seres vivos. Esta proporción varía de unas especies a otras y de unos tejidos a otros. La importancia del agua para las células vivas refleja sus propiedades físicas y químicas, propiedades que radican en su estructura molecular. 1.- Elevado calor específico: Al calentar el agua, parte de la energía se utiliza para romper puentes de hidrógeno y no tanto para aumentar su Tª, lo que supone que incrementos o descensos importantes en la Tª externa, únicamente producen pequeñas variaciones en el medio acuoso. Hace falta 1 Kcal. Para elevar 1 ºC la temperatura de 1 litro. Esta propiedad hace posible que tenga función termorreguladora. 2.- Elevado punto de ebullición: Dado que los puentes hidrógeno deben romperse para pasar al estado gaseoso, su punto de ebullición es mucho más elevado que el de otros compuestos líquidos. Esta propiedad implica que es un líquido en la mayor parte de la superficie terrestre en la mayoría de las estaciones. 3.- Alta constante dieléctrica: Su naturaleza dipolar hace que sea un buen disolvente frente a gran cantidad de sustancias como, las sales minerales y compuestos orgánicos neutros con grupos funcionales hidrófilos. 4.- Alta tensión superficial: Es debida a la gran cohesión entre las moléculas. 5.- Bajo grado de ionización: sólo una molécula de cada 551.000 de agua se encuentra ionizada: H 2O H 2 O + → H 3 O + + OH − Esto explica que la concentración de iones H3O+ y de los iones OH- sea muy baja, concretamente de 10-7 por litro, ( H 3 O + = OH − = 10 −7 ). Dado los bajos niveles de estos iones, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. En los líquidos biológicos, sin embargo, y pese a estar constituidos por agua en su mayoría, la adición de ácidos o bases no varía apenas la concentración de iones H3O+ y OH-. Esto es debido a que los líquidos biológicos contienen sales minerales y moléculas orgánicas disueltas que pueden ionizarse en mayor o menor grado actuando como disoluciones amortiguadoras. Este efecto se denomina efecto tampón.

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COMUNIDAD VALENCIANA (VALENCIA) / JUNIO 99. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS / OPCIÓN A / EJERCICIO 1

6.- Elevada cohesión molecular: El hecho de ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura permite al agua dar volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunas animales invertebrados. También explica las deformaciones que sufren determinadas estructuras celulares, como el citoplasma y la función mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones de los animales vertebrados, constituyendo el líquido sinovial que evita el contacto entre los huesos. 7.- Elevada capacidad de disolvente: Las moléculas de agua, debido a su carácter polar, tienden a disminuir las atracciones entre los iones de las sales y los compuestos iónicos, facilitando su disociación en forma de aniones y cationes y rodeándolos por dipolos de agua que impiden su unión. Esta tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas viene determinada por su elevada constante dieléctrica. Por lo tanto, el agua es el principal disolvente biológica, permite el transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. Además, constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas.

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EXTREMADURA / SEPTIEMBRE 98. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS / OPCIÓN A / Nº 1

1.- El agua en los seres vivos: estructura y propiedades. Orientaciones: Esta pregunta está incluido en el nivel molecular y hace referencia a una de las biomoléculas inorgánicas que componen la materia viva. Los conceptos que hay que recordar son: estructura molecular del agua y las distintas características que son consecuencia de su estructura tales como, elevado calor específico, elevado calor de vaporización, elevada constante dieléctrica, bajo grado de inoización...

Solución: El agua es un componente esencial de todo ser vivo, siendo el disolvente general biológico. Se trata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el que ocurren la mayoría de las reacciones celulares del metabolismo, siendo la sustancia más necesaria para la vida. Los organismos vivos son por ello dependientes del agua para su existencia. Existe además una relación clara y directa entre el contenido de agua y la actividad fisiológica del organismo. Posee una importancia cuantitativa ya que viene a representar el 75 % del cuerpo de los seres vivos. Esta proporción varía de unas especies a otras y de unos tejidos a otros. En los seres vivos encontramos el agua de tres modos o maneras: • como agua circulante (en la sangre) • como agua de imbibición (en el citoplasma) • como agua combinada (en reacciones químicas, es una forma no extraíble) La importancia del agua para las células vivas refleja sus propiedades físicas y químicas, propiedades que radican en su estructura molecular. Las propiedades características de la estructura a nivel molecular del agua son: 1.- La molécula de agua es polar: aunque la molécula tiene una carga total neutra, los electrones se distribuyen asimétricamente, lo cual hace que la molécula sea un dipolo. En la molécula el átomo de O comparte dos electrones con los átomos de H. El núcleo del O desplaza a los electrones de los núcleos del H, dejándolos con una pequeña carga positiva (polo de menor densidad electrónica), existiendo regiones débilmente negativas (mayor densidad electrónica) cerca del átomo de O en los dos vértices de un tetraedro imaginario. 2.- Puentes de hidrógeno: puesto que las moléculas de agua están polarizadas, dos moléculas adyacentes sufren una atracción electrostática entre la carga parcial negativa situada sobre el átomo de O de una de las moléculas, y la carga parcial positiva situada sobre el átomo de H de la otra molécula. Pueden entonces formar un enlace conocido cono puente de hidrógeno. Dada

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EXTREMADURA / SEPTIEMBRE 98. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS / OPCIÓN A / Nº 1

la disposición casi tetraédrica de los electrones alrededor del átomo de oxígeno, cada molécula de agua se puede unir a otras cuatro moléculas vecinas. 3.- Estructura del agua: las moléculas del agua se unen transitoriamente por puentes de hidrógeno formando una red. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo. 4.- Los puentes de hidrógeno son los responsables de las propiedades del agua en estado líquido y sólido: en estado líquido el agua es una agrupación oscilante de moléculas unidas mediante este tipo de enlace y se encuentra en continua reorganización. Las propiedades son: - En general, la densidad del agua aumenta al enfriarse, por reducción del movimiento molecular, pero a menos de 4 ºC disminuye al formarse un cristal mantenido por puentes de hidrógeno. - El calor de vaporización, es mucho mayor que el de otros compuestos de peso molecular comparable, lo que se debe a que hay que romper tres puentes de hidrógeno. - Cuando el hielo se funde, los puentes de hidrógeno se rompen, y el calor necesario para ello se extrae del entorno. Al contrario, el agua líquida al solidificarse libera calor. 5.- El agua se disocia: el agua, por sí misma, tiene una ligera tendencia a ionizarse, y por lo tanto, puede actuar como ácido débil o como base débil. Cuando actúa como ácido libera un protón y forma un ión hidroxilo (OH-). Cuando actua como una base, acepta un protón y forma un ión hidronio (H3O+ ). Las propiedades físicas y químicas del agua, por lo tanto, son: a.- Elevado calor específico: Al calentar el agua, parte de la energía se utiliza para romper puentes de hidrógeno y no tanto para aumentar su Tª, lo que supone que incrementos o descensos importantes en la Tª externa, únicamente producen pequeñas variaciones en el medio acuoso. Hace falta 1 Kcal. Para elevar 1 ºC la temperatura de 1 litro. Esta propiedad hace posible que tenga función termorreguladora. b.- Elevado punto de ebullición: Dado que los puentes hidrógeno deben romperse para pasar al estado gaseoso, su punto de ebullición es mucho más elevado que el de otros compuestos líquidos. Esta propiedad implica que es un líquido en la mayor parte de la superficie terrestre en la mayoría de las estaciones. c.- Alta constante dieléctrica: Su naturaleza dipolar hace que sea un buen disolvente frente a gran cantidad de sustancias como, las sales minerales y compuestos orgánicos neutros con grupos funcionales hidrófilos. d.- Alta tensión superficial: Es debida a la gran cohesión entre las moléculas.

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EXTREMADURA / SEPTIEMBRE 98. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS / OPCIÓN A / Nº 1

e.- Bajo grado de ionización: sólo una molécula de cada 551.000 de agua se encuentra ionizada: H 2O H 2 O + → H 3 O + + OH − Esto explica que la concentración de iones H3O+ y de los iones OH - sea muy baja, concretamente de 10-7 por litro, ( H 3 O + = OH − = 10 −7 ). Dado los bajos niveles de estos iones, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. En los líquidos biológicos, sin embargo, y pese a estar constituidos por agua en su mayoría, la adición de ácidos o bases no varía apenas la concentración de iones H3O+ y OH -. Esto es debido a que los líquidos biológicos contienen sales minerales y moléculas orgánicas disueltas que pueden ionizarse en mayor o menor grado actuando como disoluciones amortiguadoras. Este efecto se denomina efecto tampón.

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ANDALUCIA / JUNIO 01. LOGSE / BIOLOGIA / BIOMOLECULAS / OPCION A / EJERCICIO 1

1. Describa la estructura de la molécula de agua [0,75] y explique el proceso de disolución de una sustancia soluble en agua, como por ejemplo, el cloruro sódico o sal común [0,75].

Solución: El agua es un componente esencial de todo ser vivo, siendo el disolvente general biológico. Se trata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el que ocurren la mayoría de las reacciones celulares del metabolismo, siendo la sustancia más necesaria para la vida. Los organismos vivos son por ello dependientes del agua para su existencia. Las dos características moleculares que confieren el carácter disolvente al agua son las siguientes: - La molécula de agua es polar: aunque la molécula tiene una carga total neutra, los electrones se distribuyen asimétricamente, lo cual hace que la molécula sea un dipolo. En la molécula el átomo de O comparte dos electrones con los átomos de H. El núcleo del O desplaza a los electrones de los núcleos del H, dejándolos con una pequeña carga positiva (polo de menor densidad electrónica), existiendo regiones débilmente negativas (mayor densidad electrónica) cerca del átomo de O en los dos vértices de un tetraedro imaginario. - Las moléculas de agua establecen puentes de hidrógeno con otras moléculas: al estar polarizadas, dos moléculas adyacentes sufren una atracción electrostática entre la carga parcial negativa situada sobre el átomo de O de una de las moléculas, y la carga parcial positiva situada sobre el átomo de H de la otra molécula. Pueden entonces formar un enlace conocido cono puente de hidrógeno. Dada la disposición casi tetraédrica de los electrones alrededor del átomo de oxígeno, cada molécula de agua se puede unir a otras cuatro moléculas vecinas. Por tanto, las moléculas de agua, debido a su carácter polar y su capacidad de formar puentes de hidrógeno, tienden a disminuir las atracciones entre los iones de las sales y los compuestos iónicos, facilitando su disociación en forma de aniones y cationes y rodeándolos por dipolos de agua que impiden su unión. Esta tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas viene determinada por su elevada constante dieléctrica. Por lo tanto, el agua es el principal disolvente biológica, permite el transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. Además, constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas.

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CANARIAS / JUNIO 99. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS / OPCIÓN A / EJERCICIO 1

1.- El agua es un compuesto de enorme importancia biológica; de hecho, es el compuesto más abundante en la materia viva. a) Señala dos propiedades físico-químicas del agua e indica su importancia en la célula. b) ¿Qué es la ósmosis?. ¿Qué efectos osmóticos se producen cuando células animales o células vegetales se enfrentan con soluciones que contienen distintas osmolaridad?. Solución: a) El agua posee propiedades inherentes a su estructura que le permiten la realización de funciones biológicas imprescindibles para el mantenimiento de la vida. 1.- Elevada cohesión molecular: El hecho de ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura permite al agua dar volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunas animales invertebrados. También explica las deformaciones que sufren determinadas estructuras celulares, como el citoplasma y la función mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones de los animales vertebrados, constituyendo el líquido sinovial que evita el contacto entre los huesos. 2.- Elevada capacidad de disolvente: Las moléculas de agua, debido a su carácter polar, tienden a disminuir las atracciones entre los iones de las sales y los compuestos iónicos, facilitando su disociación en forma de aniones y cationes y rodeándolos por dipolos de agua que impiden su unión. Esta tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas viene determinada por su elevada constante dieléctrica. Por lo tanto, el agua es el principal disolvente biológica, permite el transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. Además, constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas. b) La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable (permite el paso de disolvente pero no de solutos) desde una disolución más diluida a la más concentrada. Los medios acuosos separados por una membrana semipermeable pueden tener diferentes concentraciones, y se denominan: - Hipertónicos a los que poseen una elevada concentración de solutos con respecto a otros en los que la concentración es inferior. - Hipotónicos a los que contienen una concentración de solutos baja con respecto a otros que la poseen superior.

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CANARIAS / JUNIO 99. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS / OPCIÓN A / EJERCICIO 1

Cuando el medio externo celular es hipertónico respecto al medio interno, sale agua de la célula por ósmosis, y entonces disminuye el volumen celular y aumenta la presión osmótica en el interior celular. En el caso de las células vegetales este hecho provoca la rotura de la célula o plasmólisis, al desprenderse la membrana plasmática de la pared celular. Cuando el medio externo celular es hipotónico respecto al medio interno, se produce entrada de agua al interior de la célula, lo que ocasiona aumento de volumen celular y disminución de la presión osmótica en el interior celular. En el caso de las células animales puede producirse estallido celular. En las vegetales, debido a la existencia de pared celular rígida, se produce turgencia.

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MADRID / JUNIO 01. LOGSE / BIOLOGIA / BIOMOLECULAS / OPCION A / CUESTIÓN 1

1 ) El agua es la molécula más abundante en la materia viva. a) Explique dos propiedades del agua ( 1 punto). b) Explique dos funciones del agua en los seres vivos (1 punto).

Solución: a) La importancia del agua para las células vivas refleja sus propiedades físicas y químicas, propiedades que radican en su estructura molecular. Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí mediante puentes de hidrógeno. Elevado calor específico: Al calentar el agua, la energía que se suministra es utilizada para romper los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas y no tanto para aumentar su Tª. Esta propiedad hace posible que el agua tenga función termorreguladora, manteniendo constate la temperatura de los seres vivos. Elevado calor de vaporización: Dado que los puentes hidrógeno que unen las moléculas de agua entre sí deben romperse para pasar al estado gaseoso, su punto de ebullición es mucho más elevado que el de otros compuestos líquidos. Cuando el agua se evapora en la superficie de un ser vivo, absorbe calor del organismo actuando como regulador térmico. Gracias a esta propiedad se puede eliminar gran cantidad de calor con poca pérdida de agua. b) El agua es un componente esencial de todo ser vivo, siendo el disolvente general biológico. Se trata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el que ocurren la mayoría de las reacciones celulares del metabolismo, siendo la sustancia más necesaria para la vida. Los organismos vivos son por ello dependientes del agua para su existencia. Existe además una relación clara y directa entre el contenido de agua y la actividad fisiológica del organismo. Función disolvente de las sustancias: Es básica para la vida, ya que prácticamente todas las reacciones biológicas se dan en el estado líquido. Las moléculas de agua, debido a su carácter polar, tienden a disminuir las atracciones entre los iones de las sales y los compuestos iónicos, facilitando su disociación en forma de aniones y cationes y rodeándolos por dipolos de agua que impiden su unión. Esta tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas viene determinada por su elevada constante dieléctrica. Función estructural: El hecho de ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura permite al agua dar volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados.

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