1.materia bizia_anaya

1. GAIAMATERIA BIZIA

0. SARRERA●Izaki bizidunak molekulaz osaturik gaude.●Bakterio batek 5.000 molekula-mota ezberdin baino gehiago izan ditzake.●Molekula guzti horiek, ordea, elementu kimiko (atomo-mota) gutxi batzuez osatuta egon ohi dira.●Molekula gehienak karbonoaren konposatuak dira.

1. MATERIA BIZIA

●100 elementu inguru ezagutzen ditugu.●Horietatik 70 izaki bizidunetan aurki ditzakegu.●27 funtsezkoak dira bizi-formetarako.●16 organismo-mota guztietan aurkitzen dira: ELEMENTU BIOGENIKOAK edo BIOELEMENTUAK.

●Elementu batzuek proportzio ezberdinetan agertzen dira lurrazalean eta izaki bizidunetan. ●C, N eta H bioelementuak proportzio handiagoan agertzen dira materia bizian●→ Pentsa liteke egokiagoak direla izaki bizidunen molekulak, hots, BIOMOLEKULAK osatzeko.●

1.1. BIOELEMENTUAK

●Izaki bizidunen materia osatzen duten elementu kimikoak dira.●Ugaritasun eta funtzioaren arabera 3 taldetan bereizten dira:●1.- BIOELEMENTU PRIMARIOAK●2.- BIOELEMENTU IONIKOAK edo SEKUNDARIOAK●3.- OLIGOELEMENTUAK●

1.1.A. BIOELEMENTU PRIMARIOAK●Zelulen masaren %99 dira.●C, H, O, N eta neurri txikiagoan S eta P dira.●Elektroiak hartzeko joera dute kanpo-maila elektronikoa osatzeko, beraz, lotura kobalenteak ezartzeko joera dute.●Masa atomiko baxua dute, beraz, lotura sendoak osatzen dituzte, molekula egonkorrak bihurtuz.●FUNTZIOAK●C, H, O eta N → Biomolekulen oinarrizko osagaiak.●S → Proteina eta entzima askoren osagai.●P → Fosfolipidoetan, azido nukleikoetan, ATP...

KARBONOAREN EZAUGARRIAK●Karbonoak bere ezaugarri bereziei esker biomolekulen eskeletoa eratzen duela esan liteke:

●TETRABALENTZIA●4 lotura orbital ditu, tetraedro itxuran kokatuak, zeinetan 4 atomo edo talde funtzional lot daitezkeen lotura kobalente sendoen bidez.

Biomolekulei egonkortasun handia ematen die eta propietate ezberdineko molekula tridimentsional asko eratu ditzake.

KARBONOAREN EZAUGARRIAK●ELKARREKIN LOTZEKO GAITASUNA●Lotura bakun, bikoitz edo hirukoitzen bitartez karbono atomoak elkarrekin lot daitezke, kate lineal, adarkatu zein ziklikoak eratuz: KATE HIDROKARBONATUAK.●Oxigenoarekin lotura bikoitzak eta nitrogenoarekin hirukoitzak era ditzake.

1.1.B. BIOELEMENTU SEKUNDARIOAK●Gehienetan forma ionikoan ageri dira: Na+, Ca2+, K+, Mg2+ eta Cl -.●Inguru zelularrean aurkitzen dira, kantitate txikian, batzuetan %0,1etik beherako proportzioan.●FUNTZIOAK●Na, K eta Cl → Oreka osmotikoa mantendu eta kargak neutralizatu. Mintzeko gradienetak sortzen dituzte (nerbio-bulkadarako...)●Ca → Muskuluen uzkurdura, odolaren gatzaketa, nerbio-bulkada... Eskeletoan CaCO

3 bezala.

●Mg → Klorofilan da. Katalizatzaile moduan ere.

1.1.C. OLIGOELEMENTUAK●Izaki bizidunetan <%0,1eko presentzia duten eta funtzio katalitikoak dituzten elementu kimikoak dira.●Funtsezkoak dira izaki bizidunen funtzionamendu onerako●Gutxiegi daudenean gabezia-gaixotasunak agertzen dira.●Gehiegi daudenean intoxikazioak.●≈60 oligoelementu inguru daude. Aipagarrienak:●Fe → oxigenoa garraiatzen duten hemo taldeetan●Mn → erreakzio askotan katalizatzaile; fotosintesian uraren fotolisian,...●Cu, Zn → entzima askoren kofaktoreak...●I → tiroide-hormonen sintesian...●F → hezur eta hortzetan...

1.2. BIOMOLEKULAK

●Izaki bizidunak osatzen dituzten molekulak dira.●Konplexutasun-maila ezberdinetakoak●Baliabide fisikoen bitartez (zentrifugazioz, dialisiz, iragazpenez...) isolatzeko moduko molekulak dira.●

●

●Biomolekulak 2 taldetan:●1) EZ-ORGANIKOAK: ●Materia bizian zein inertean topa ditzakegu, hala nola, ura, gatz mineralak, gas batzuk (O2, CO2,...)...●2) ORGANIKOAK:●Materia bizian bakarrik aurki daitezke.●Kate hidrokarbonatuak osatzen dituzte: gluzidoak, lipidoak, proteinak eta azido nukleikoak.

BIOMOLEKULEN ORGANIKOEN PROPIETATEAK

●Guztiek funtzio bat betetzen dute bizidunen barnean. Funtzio hori formaren eta tamainaren araberakoa izango da.●Gehienak makromolekulak dira: monomeroak polimerizazio-erreakzioen bitartez batu egiten dira polimeroak eratzeko. Aniztasun handia dakar honek.●Hidrokarburoetatik (H + C) eratorritako eskeleto hidrokarbonatuek osaturiko molekulak dira. Hidrogeno atomoa(k) beste atomo batzuekin ordeztuta (O eta N, adib.) talde funtzionalak sortzen dira; molekula organikoen propietate asko talde hauen araberakoak dira.

BIOMOLEKULEN ORGANIKO TALDE FUNTZIONAL OHIKOENAK

●—OH edo hidroxilo taldea●Uretan disolbagarriak diren konposatu polarrak.●Hidrogeno zubiak eratzen dituzte.

C — O konposatuakALKOHOLAK

BIOMOLEKULEN ORGANIKO TALDE FUNTZIONAL OHIKOENAK

●Karbonilo taldea dute.

C — O konposatuakALDEHIDOAK ETA ZETONAK

●Karbonilo taldea kate hidrokarbonatu amaieran badago aldehido esango diogu; aldiz, kate erdian badago, zetona.●Uretan disolbagarriak, polarrak.●Gluzidoetan

BIOMOLEKULEN ORGANIKO TALDE FUNTZIONAL OHIKOENAK

●Karboxilo taldea dute.

C — O konposatuakAZIDO KARBOXILIKOAK

●Protoiak emateko joera dute; beraz, azidoak dira

BIOMOLEKULEN ORGANIKO TALDE FUNTZIONAL OHIKOENAK

●Karboxilo baten eta hidroxido baten arteko konbinazioz eratzen da, esterifikazio-erreakzio deritzonaren bidez.

C — O konposatuakESTERRAK

BIOMOLEKULEN ORGANIKO TALDE FUNTZIONAL OHIKOENAK

●−NH2 amino taldea deritzo.

●Protoiak hartzeko joera duten base ahulak dira.

C — N konposatuakAMINAK

BIOMOLEKULEN ORGANIKO TALDE FUNTZIONAL OHIKOENAK

●Azido karboxiliko eta amina baten arteko konbinazioz eratzen da

C — N konposatuakAMIDAK

BIOMOLEKULEN ORGANIKO TALDE FUNTZIONAL OHIKOENAK

●Azido fosforikoa (H3PO

4) P edo P

i gisa adierazten

da.

fosfatoak

Hidroxilo taldeen bidez ester loturak (ester fosforikoak) eratzeko joera du

2. BIOMOLEKULAEZ-ORGANIKOAK

●Urak garrantzi bikoitza:–Zelulen (eta biziaren) funtsezko osagai da.–Zenbait bizidunen habitata da.

2.1. URA

URAREN EGITURA●Ura oxigeno atomo bat eta bi hidrogeno atomoren arteko lotura kobalente bidez eratzen da. ●Lotura ez da lineala, 104,5º ko angelua eratzen du. Angelu horrek izaera polarra ematen dio urari, hidrogenoen inguruan karga partzial positiboa eta oxigenoaren inguruan karga partzial negatiboa sortuz.

●Karga partzialen arteko lotura elektrostatikoak era daitezke, hidrogeno-zubiak delakoak.●Ur molekula bakoitzak 4 H-zubi era ditzake ondoko molekulekin.●Lotura hauek etengabe sortu eta deuseztatzen dira eta oso ahulak dira, baina kopuru handian agertzen direnez, kohesio handia ematen diote ur likidoari.

●Uraren izaera dipolarrak propietate fisiko-kimiko bereziak ematen dizkio:

URAREN PROPIETATE ETA FUNTZIO BIOLOGIKOAK

1) Ahalmen disolbagarri handia●Ura disolbagarri unibertsala da.●Urak hainbat molekula disolba ditzake beste ezein substantziak baino hobeto:–Konposatu ionikoak–Molekula polarrak–Molekula anfipatikoak.●Funtzio biologikoak:–Substantzien garraioabidea da izaki bizidunen barnean–Metabolismoko erreakzio asko uretan gertatzen dira eta gertatu beharra dute.–Mintzen eraketan laguntzen du, molekula hidrofoboak (lipidoak, fosfolipidoak, kolesterola, e.a.) agregatuaraziz.

2) Lurruntze-bero handia du●Lurruntze-beroa likido baten gramo bat irakite-puntuan gas bihurtzeko behar duen kaloria kopuruari deritzo.●Uraren lurruntze-beroa handia da.●Funtzio biologikoak:–Gorputzaren tenperatura erregulatzeko lagungarria da.

3) Kohesioa eta atxikidura●Urak barruko kohesio handia du, H-zubiak ezartzeko gaitasunari esker.●Atxikidura-gaitasun handia du, karga positibo zein negatiboak dituen edozein molekula edo gainazaletara lotzeko gauza delako.●Funtzio biologikoak:–Kohesio eta atxikidurak kapilaritate-fenomenoak sortzen dituzte. Hau, adibidez, ezinbestekoa da landareetan izerdia xilematik igotzeko.–Ura ia konprimagaitza den likidoa da. Hau, adibidez, lagungarri da eskeleto hidrostatikoa duten bizidunetarako (landareak kasu).–Xurgapenerako ezinbestekoak dira fenomeno hauek.

VAN DER WAALS-EN INDARRAK

●Dipolo-dipolo indarrak dira, molekula polar neutroen artean eratzen direnak. Molekula horiek elkar erakartzen dute, molekula baten mutur positiboa bestearen mutur negatiboaren ondoan dagoenean.●Indar oso ahulak dira, baina fenomeno fisiko eta kimiko asko azaltzen dituzte (atxikidura, marruskadura, dispertsioa, gainazaleko tentsioa, likatasuna...)

4) Bero espezifiko handia●Urak bero espezifiko handia du, hots, bero-kantitate handi xurga dezake tenperatura nabarmen igo gabe. Eta alderantziz ere, urari asko kostatzen zaio hartutako beroa askatzea.●Ura berotzean, molekulen arteko H-zubiek molekulen energia zinetikoa handitzea eragozten dute. Energiaren zati bat lotura horiek apurtzen erabiltzen da.●Funtzio biologikoak:–Ura indargetzaile termikoa da izaki bizidunetan, organismoaren tenperatura iraunkor mantentzen laguntzen du.

5) Erreaktibotasun kimikoa●Ura erreaktibo kimiko indartsua da, H

3O+ (hidronioa)

eta OH- ioietan disoziatzeko gaitasunari esker.2 H

2O ↔ H

3O+ + OH-

●Funtzio biologikoak:–Hidrolisirako gaitasuna, hots, loturak apurtzeko gaitasuna.

6) Dentsitate handiagoa egoera likidoan●Ura izozterakoan, ur-molekula bakoitzak 4 H-zubi ezartzen ditu ondoko molekulekin, sare-egitura irekia eratuz; ondorioz, molekulak egoera likidoan baino bananduago dute, hots, bolumen handia betetzen dute. Horregatik, izotzak ur-likidoak baino dentsitate txikiagoa dauka.●Funtzio biologikoak:–Izotza ur-likidoaren gainean flotatzen du. Ur-masa handietan, izotzak azalean geruza bat eratzen du, beheko ur-likidoa isolatuz. Horrela, izozpean urak 0ºC-tik gora egongo da, bizitza baimenduaz.

2.2. GATZ MINERALAK●Bizidunetan gatz mineralak 2 modutan: solidoan edo prezipitatuan eta disoluzioan.

A) PREZIPITATUAN●Eskeleto eta euskarri egituretan.●Adib.: CaCO3-a moluskuen, krustazeoen, koralen eta ornogabeen eskeletoan. Silizea mikroorganismo batzuen oskoletan (diatomeak) eta landare batzuen zurtoinean (gramineoak).

B) DISOLUZIOAN●Forma ionikoan.–Anioiak: bikarbonatoa (HCO

3-), fosfatoak (HPO

42- eta

H2PO4-), kloruroa (Cl-), nitratoa (NO

3-) eta sulfatoa (SO

42-).

–Katioiak: Na+, K+, Ca2+, Mg2+...–Funtzio biologikoak:●Tanpoi-sistema gisa jardutea, pH-aren aldaketak kontrolatuz eta oreka osmotikoa gordez.●Mkromolekula batzuen kargak neutralizatu eta egonkortuz.●Prozesu fisiologiko askotan parte hartzen dute; adib.: entzimen aktibazioan, nerbio-bulkadan, e.a.

3. AZIDO-BASE OREKA

●Ur proportzio txikian bada ere, disoziaturik dago hidronio-ioietan (H

3O+ ) eta hidroxido-ioetan(OH-):

2 H2O ↔ H

3O+ + OH-

●Bien kontzentrazioa ia beti iraunkorra da, oreka konstantearen barruan:

Kw = [ H3O+ ] · [ OH-]

●Non, Kw hori uraren produktu ionikoa deritzon eta 25ºC-tan 1,0 ·10-14 balio duen.●Ur distilatuan (neutroa):

[ H3O+ ] = [ OH-] = 1,0 ·10-7 M

3.1. URAREN IONIZAZIOA

●Hala ere, urak oreka hori aldarazten duten substantziak eduki ohi ditu disolbaturik:●Azido bat uretan disolbatzean hidronio kontzentrazioa handitzen da; aldiz, base bat disolbatzean, hidroxiloarena.●Beraz: [ H

3O+ ] = 1,0 ·10-7 M = [ OH-] disoluzio neutroa

[ H3O+ ] > 1,0 ·10-7 M > [ OH-] disoluzio azidoa

[ H3O+ ] < 1,0 ·10-7 M < [ OH-] disoluzio basikoa edo

alkalinoa

●Disoluzio baten azidotasuna edo basikotasuna neurtzeko eskala da eta bere balioa logaritmo honek emango digu:

pH = - log [H3O+]

●Horren arabera:●pH = 7 denean disoluzioa neutroa da●pH < 7 denean disoluzioa azidoa da●pH > 7 denean disoluzioa basikoa da

3.2. pH-A

●Izaki bizidunetan funtzio gehienak 6-8 arteko pH balioetan gertatzen dira. Balio horiek iraunkor mantentzea ezinbestekoa da. ●pH-aren aldaketak kontrolpean edukitzeko sistema indargetzaileak (tanpoiak edo bufferrak) daude, aldaketa horiek neutralizatzea dute helburu.●Sistema indargetzaileak azido ahulen propietateetan oinarritzen dira. Hauek, inguruneko pH-aren arabera azidotzat (protoiak askatuz) ala basetzat (protoiak hartuz) jokatzen dute.

HA + H2O ↔ A- + H

3O+

3.3. SISTEMA INDARGETZAILEAK

●Tanpoi bakoitzak pH-aren balio jakin batean egiten du lan. ●Hona 2 adibide:

TANPOI BIKARBONATOA–Zelularen kanpoko likidoetan (odolean kasu) jarduten du, pH 7,4 inguruko balioan.–Odola azidotzen denean oreka eskuinerantz lekualdatzen da; odola alkalinatzean alderantziz.

HCO3

- + H3O+ ↔ H

2CO

3 + H

2O ↔ CO

2 + 2 H

2O

TANPOI FOSFATOA–Zelula barruko ingurunean jarduten du, pH 6,86 inguruan.

HPO4

2- + H3O+ ↔ H

2PO

4- + H

2O

4. INGURU ZELULARRA ETA OSMOSIA

●Bizi-prozesuen erreakzio biokimikoak inguru zelularrean gertatzen dira; inguru hori disoluzioek eta dispertsio koloidalek osatzen dute.

4.1. DISOLUZIOAK●Hainbat molekularen nahaste homogeneoa da.●Gutxienez 2 osagai:●Disolbatzailea (gehienetan ura).●Solutua, hots, disolbatzen den substantzia.●Disoluzioan, partikulak ezin dira begi hutsez ez mikroskopioz bereizi eta ez dute argia barreiatzen.●Bizidunetan gatz mineralak eta molekula organiko txikiak (monosakaridoak, aminoazidoak...) disoluzioan agertu ohi dira.

● Dispertsio koloidalean edo koloidean, solutua ez da disolbagarria, baina partikulak gai dira inguru osoan modu homogeneoan barreiatzeko, zenbait egunetan ez sedimentatzeko eta edozein iragazkitik pasatzeko.

● Disoluzioen antza dute, baina argia barreiatzeko gaitasuna dute, argipean nolabaiteko uhertasuna azalduz.

● Izaki bizidunen molekula organiko handi gehienak (proteinak, polisakaridoak, azido nukleikoak...) koloide gisa daude.

4.2. DISPERTSIO KOLOIDALAK

● Dispertsio koloidalak 2 egoeratan egon daitezke:● SOL egoeran = dispertsioaren forma jariakorra.● GEL egoeran = koloideak ura galtzen duen egoera.

Gelatina itxura, molekulak lekualdatzeko erresistentzia handiagoa dauka.

● Soletik gelerako aldaketa itzulezina da; aldiz, geletik solerakoa itzulgarria da, deshidratazio-muga jakina gainditzeke.

● Fenomeno fisikoa da, non mintz erdi iragazkor batez banandutako kontzentrazio ezberdineko bi disoluziok kontzentrazioa berdintzeko joera izango duten, horretarako kontzentrazio txikiagoa duen disoluziotik disolbatzailea pasako den disoluzio kontzentratuenera.

4.3. OSMOSIA

● Uraren (disolbatzailea) jarioa 2 disoluzioek kontzentrazio bera eduki arte gertatzen da. Jario hori geldiarazteko egin beharko litzatekeen presioari presio osmotikoa esaten zaio.

● Kontzentrazio bereko disoluzioei isotonikoak edo isosmotikoak deritze.

● Kontzentrazio ezberdinekoak direnean, kontzentrazio handienekoari hipertonikoa edo hiperosmotikoa esaten zaio eta diluituenari hipotonikoa edo hipoosmotikoa.

● Mintz plasmatikoa mintz erdi iragazkortzat kontsidera daitekeenez, fenomeno osmotikoak pairatzen ditu.

● Zelula gehienak ingurune isotonikoan bizi dira, baina batzuek, ingurune hipotoniko zein hipertonikoak pairatu behar dituzte.

4.4. FENOMENO OSMOTIKOAK ZELULETAN

Inigo Louvellik sortua