Citation preview

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 38

ftw

La composició dels éssers vius

MAPA DE CONTINGUTS LA BIOLOGIA estudia la vida segons els nivells d’oganització de la matèria

la composició dels éssers vius

en funció del grau de complexitat estructural que hi ha

nivell subatòmic nivell atòmic nivell molecular nivell cel·lular nivell pluricel·lular

fent anàlisi química

fent anàlisi física

bioelements

biomolècules

es classifiquen en

es classifiquen en

PRIMARIS

SECUNDARIS

exemples

exemples

O, C, H, N, P, S

Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, I

SIMPLES

poden ser INORGÀNIQUES

ORGÀNIQUES

exemples

s’estudiaran en unitats següents

nivell de població està contingut en dissolucions i dispersions col·loidals

nivell d’ecosistema

estan formades per

aigua

glúcids

diòxid de carboni

lípids

sals minerals aigua (dissolvent)

COMPOSTES

molècules disperses (solut)

proteïnes àcids nucleics

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. En la primera part de la unitat s’introdueix el concepte de biologia i les característiques dels éssers vius. D’altra banda és important fer atenció als enllaços químics, tot i que és un tema que poden haver vist també a la matèria de química. 2. La representació dels elements i dels compostos químics mitjançant les fórmules és un aspecte important dins del llenguatge químic, ja que sense fórmules la química no s’entendria tal com es coneix avui. 3. Un altre aspecte molt important en la ciència és el tractament gràfic de les dades experimentals obtingudes. Es treballa la informació que es pot extreure d’una representació gràfica i es fan gràfics senzills a partir de les dades d’una taula.

38

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 39

ftw

La composició dels éssers vius

OBJECTIUS 1. Comprendre que la biologia és la ciència que estudia els éssers vius tant a nivell estructural com funcional i saber les característiques fonamentals dels éssers vius. 2. Conèixer els set nivells d’organització de la matèria. 3. Conèixer els conceptes químics fonamentals per entendre la composició de la matèria viva. 4. Identificar els bioelements com els elements químics constituents de la matèria viva. 5. Conèixer la classificació de les biomolècules o principis immediats.

6. Reconèixer la importància de l’aigua per als éssers vius i les seves característiques o propietats, per interpretar les funcions que duu a terme en els processos biològics. 7. Saber les formes en què es troben les sals minerals en els éssers vius i algunes de les funcions que duen a terme. 8. Distingir entre dissolucions i dispersions col·loidals i conèixer la importància de la regulació del pH en els medis intracel·lulars i extracel·lulars.

CONTINGUTS • • • • • • • • • • • •

Definició de vida i concepte de biologia. Característiques dels éssers vius. (Objectiu 1) Descripció dels tres nivells d’organització de la matèria abiòtics i els quatre biòtics. (Objectiu 2) Descripció dels cinc conceptes químics per entendre la composició de la matèria viva. (Objectiu 3) Definició de bioelement. Bioelements primaris i secundaris (indispensables, variables, plàstics i oligoelements). Propietats i exemples. (Objectiu 4) Definició de biomolècula o principi immediat. Classificació de les biomolècules. (Objectiu 5) Formes de l’aigua en els éssers vius. Característiques fonamentals de l’aigua. Correlació entre les característiques de l’aigua i les funcions que duu a terme en els éssers vius. (Objectiu 6) Descripció de les formes en què es troben les sals minerals en els éssers vius. Exemples. (Objectiu 7) Definició de dissolució i descripció de les propietats (definició de pH i la seva important relació amb el medi cel·lular mitjançant les solucions tampó). Definició de dispersió col·loidal i descripció de les propietats. (Objectiu 8) Documentació i recerca d’informació sobre temes de la ciència de la biologia. Respecte per les normes d’ús del laboratori, rigor i ordre en la realització de qualsevol treball. Consideració i reconeixement de la biologia com a ciència canviant i dinàmica, amb diferents àrees de coneixement. Desenvolupament d’una actitud crítica davant la informació obtinguda.

CRITERIS D’AVALUACIÓ PROVES D’AVALUACIÓ CRITERIS D’AVALUACIÓ

Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Reconèixer la dificultat de definir la vida. Definir biologia. Conèixer les característiques fonamentals dels éssers vius. (Objectiu 1)

1

1

b) Conèixer els nivells d’organització de la matèria. (Objectiu 2)

2

2

3, 5

3, 4

d) Distingir entre bioelements i oligoelements i posar-ne els exemples corresponents. (Objectiu 4)

4

5

e) Conèixer la definició i la classificació de les biomolècules. (Objectiu 5)

10

10

f) Relacionar cadascuna de les característiques de l’aigua amb la funció que duu a terme en els éssers vius. (Objectiu 6)

6

6

g) Conèixer les formes en què es troben les sals minerals en els éssers vius. (Objectiu 7)

7

7

8, 9

8, 9

c) Saber els conceptes químics per entendre la composició de la matèria viva. Comprendre l’enllaç d’hidrogen i saber representar-lo. (Objectiu 3)

h) Saber definir dissolució i descriure’n les propietats (reconèixer la importància de l’estabilitat del pH en relació amb el medi cel·lular). Saber definir dispersió col·loidal i descriure’n les propietats. (Objectiu 8)

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

39

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 40

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 1

1

El creixement és exclusiu dels éssers vius? Raona la resposta.

2

a) Quins nivells d’organització són comuns per a la matèria viva i per a la matèria inerta? b) Quins són els elements o els components d’aquests nivells? Posa’n exemples. c) Omple la taula següent: Exemples

Nivells d’organització

Ronyó Coloms de Barcelona Bosc Plantes i animals d’un riu Leucòcit

3

Si dos àtoms comparteixen electrons, l’enllaç que s’ha format és iònic o covalent?

4

Què significa l’expressió «bioelements plàstics»? Posa’n quatre exemples.

5

Dibuixa l’enllaç d’hidrogen que presenten les molècules d’aigua.

6

Quina característica de la molècula d’aigua dóna a aquest líquid tantes qualitats essencials per a la vida?

7

Esmenta tres atributs de les sals minerals precipitades i posa dos exemples d’aquestes sals.

8

Quan les cèl·lules expulsen en el líquid extracel·lular el diòxid de carboni (CO2) format com a rebuig metabòlic, bona part d’aquest es combina amb aigua per formar àcid carbònic: CO2 ! H2O → H2CO3. Per què aquesta incorporació d’àcid no danya l’organisme si l’interval de valors de pH en el qual les cèl·lules funcionen de manera adequada és tan estret?

9

L’any 1727, Hales va establir per primera vegada que hi havia d’haver una relació entre l’activitat de les fulles i l’ascens de la saba. Va introduir diferents branques d’arbres, amb diferent quantitat de fulles, en recipients idèntics que contenien la mateixa quantitat d’aigua, i va observar que l’aigua d’aquests disminuïa proporcionalment a la superfície total de les fulles que tenia cada branca. Tenint en compte l’experiment anterior, digues per què les flors tallades es posen en aigua per mantenir-les amb bon aspecte durant més temps.

10 Defineix biomolècula.

40

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

ftw

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 41

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 2

1

La reproducció és exclusiva dels éssers vius? Raona la resposta.

2

a) Quins nivells d’organització són exclusius de la matèria viva? b) Quins són els elements o els components d’aquests nivells? Posa’n exemples. c) Omple la taula següent: Exemples

Nivells d’organització

DNA Electró Cloroplast Aigua Àtom de calci

3

Esmenta quatre tipus d’interacció entre àtoms o molècules.

4

Dibuixa l’enllaç iònic del clorur de sodi.

5

Què són els oligoelements? Posa’n quatre exemples.

6

Cada gram (g) d’aigua absorbeix 540 calories (cal) en evaporar-se. Calcula la quantitat de calor per cm2 que es perd a través de 5 cm2 de superfície corporal per cada 10 g d’aigua que s’hi evaporen.

7

Quina és la funció principal de les sals minerals dissoltes? Quines alteracions provoca la variació d’aquestes sals?

8

Omple els buits de la taula següent escrivint dues diferències i dues semblances entre difusió i osmosi: Difusió

Osmosi

Diferències

Semblances

9

Si un organisme X fos isotònic respecte d’una solució que és hipertònica per a un altre organisme Y, en quin d’aquests organismes es produirà un ingrés net d’aigua en submergir-los tots dos en la solució? a) En l’organisme X? b) En l’organisme Y? c) En cap dels dos? Raona la resposta.

10 Classificació de les biomolècules. ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

41

ftw

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 42

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA DE REFORÇ

1

Què són les solucions tampó o amortidores?

2

Omple la taula següent: Funcions de l’aigua en els éssers vius Funció

Descripció

Dissolvent Bioquímica Estructural Mecànica amortidora Termoreguladora

3

Quins efectes produeixen sobre el cor els ions K! i Ca2! aïlladament? I conjuntament?

4

El contingut dels glòbuls vermells de la sang de l’espècie humana té una concentració salina del 9 per 1.000. Què passaria si a una persona li injectem en una vena una solució salina al 3 per 1.000?

5

Per què el silici, que és un element molt més abundant que el carboni a l’escorça terrestre, no és un element majoritari en la composició de la matèria viva?

6

Quines funcions biològiques té el ferro en els animals i en l’ésser humà? Quins són els símptomes de la seva manca?

7

Quines funcions té el liti?

8

Per què no creixen microorganismes en aliments com la salaó o la llet condensada?

9

És correcte afirmar que la quantitat en què es troba un bioelement en l’organisme reflecteix la seva importància biològica? Posa algun exemple que demostri la teva resposta.

10 Per què podem considerar que els virus estan situats a la frontera de la vida, és a dir, entre els nivells

d’organització biòtics i abiòtics?

42

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

ftw

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 43

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA D’AMPLIACIÓ

1

Per què el límit inferior dels valors de pH és 0 i el superior 14?

2

Per què el gel, que és aigua sòlida, té menys densitat que l’aigua líquida? Raona la resposta.

3

Què es requereix per formar un enllaç d’hidrogen?

4

Què fa l’aigua quan dissol una sal iònica?

5

Per què el mar estabilitza les temperatures moderades en les zones costaneres?

6

Al dibuix hi ha representats els orgànuls cel·lulars (que constitueixen un subnivell dins del nivell d’organització molecular de la matèria).

9

1

7

2

5 4

8

a) Digues els noms que corresponen als nombres. b) La cèl·lula és procariota o eucariota? Per què? c) Es tracta d’una cèl·lula animal o vegetal? Per què?

10

3 6

7

En què consisteix un xoc de calor? Per què es produeix?

8

Entre els productes de descomposició d’un animal, quins d’aquests compostos es podria trobar?: àcid sulfhídric, amoníac, àcid fosfòric, hidròxid d’alumini. Raona la resposta.

9

Una persona adulta que realitza un treball de força, pot arribar a perdre per transpiració fins a 1,6 litres d’aigua per hora. Sabent que calen 580 calories per vaporitzar 1 gram d’aigua, calcula la quantitat de calor que es perd després d’una hora gràcies a aquesta transpiració, en el cas que tota la suor s’evapori completament.

10 Alguns éssers vius que no tenen mecanismes de termoregulació poden suportar, sense congelar-se,

temperatures inferiors als 0° C. Explica el perquè d’aquest fenomen. 11 A finals d’hivern i principis de primavera de l’any 2008, Barcelona, que concentra la major part d’habitants

de Catalunya, va viure una alarmant situació a causa de la sequera i del baix nivell d’aigua dels pantans. Entre d’altres solucions proposades hi havia la construcció de plantes de dessalatge d’aigua de mar. Una de les tècniques més utilitzades en aquestes plantes és l’osmosi inversa. Un esquema d’una unitat d’aquest tipus és el de la figura de la dreta:

1

2

Busca informació per: a) Identificar els components 1, 2 i 3 de l’esquema. b) Explicar breument com funciona l’osmosi inversa.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

3

43

ftw

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 44

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT • Perquè totes les reaccions químiques necessàries per a la vida es duen a terme en el si de l’aigua, i generalment entre substàncies solubles en aigua. • Ha de mantenir una distància adequada respecte d’una estrella perquè la seva temperatura permeti l’existència d’aigua líquida. També ha de tenir una mida suficient per mantenir una atmosfera que estabilitzi la temperatura i que filtri les RUV solars.

ACTIVITATS 1.1. Els éssers vius es nodreixen de l’exterior, es relacionen amb el medi i amb els altres éssers vius, i es reprodueixen, és a dir, duen a terme les tres funcions vitals. Tot això es desprèn del fet que són organismes complexos i que actuen per si mateixos. 1.2. Perquè la biologia es fonamenta en l’estudi directe de la matèria. 1.3. Electró, àtom, proteïna, mitocondri, cèl·lula, formiga, població, bosc. 1.4. Si les cèl·lules que formen aquest grup estan unides i no es poden separar, el conjunt pertany al nivell pluricel·lular, subnivell de tal·lus. Així doncs, abraça els nivells subatòmic, atòmic, molecular, cel·lular i pluricel·lular. En canvi, si tan sols s’agrupen temporalment es tracta d’una colònia i, per tant, no tardarà a tenir el nivell pluricel·lular. 1.5. Són el nivell subatòmic, l’atòmic i el molecular. Tots tres són abiòtics perquè en aquests nivells no es duen a terme les tres funcions vitals. El nivell d’organització més baix que pot fer les tres funcions vitals és el nivell cel·lular. 1.6. L’àtom de nombre atòmic 17 és més electronegatiu, perquè únicament necessita guanyar un electró per arribar a 8 en el darrer orbital. 1.7. Sobre la base del fet que quan el nombre d’electrons del darrer orbital és més pròxim a vuit (o a dos si el darrer orbital també és el primer, com passa amb l’hidrogen), més tendència presenta l’àtom a captar electrons (és més electronegatiu), resulta que l’ordre és: els primers, el O i el S, ja que amb sis electrons en el darrer orbital tendeixen a guanyar-ne dos; després, el N, que amb cinc electrons al final tendeix a guanyar-ne tres i, per tant, com que està més allunyat de vuit, no és tan àvid d’electrons com el O i el S; i després, el C i el H, que, com que tots dos tenen la meitat dels electrons que caben en el darrer orbital (quatre i un, respectivament), tenen gairebé la mateixa tendència a agafar-ne la meitat que els falta com a donar-ne la meitat que tenen. En realitat, el tema és més complex, perquè en l’electronegativitat també influeix el nombre total d’electrons, és a dir, la distància del darrer orbital al nucli atòmic. Com més distància, menys atracció exerceix el nucli. Així doncs, com que el volum del O (té 8 e!) és més petit que el del S (té 16 e!), el O resulta més electronegatiu que el S. Com que el N (7 e!) també és molt més petit que el S, malgrat que li falten més electrons en el darrer orbital, també resulta més elec-

44

tronegatiu que el S. Finalment, el C és més electronegatiu que l’hidrogen perquè aquest darrer, quan guanya un electró, a causa de la repulsió entre els electrons i el fet de tenir un sol protó, augmenta molt de volum. En resum, en una escala de 0 a 4, en què 2 és el pas de ser electropositiu (tendència a donar electrons) a ser electronegatiu (tendència a guanyar-los), els valors són O (3,5), N (3,0), S (2,5), C (2,5) i H (2,1). 1.8. Perquè reaccionaria amb l’oxigen espontàniament i formaria aigua. 1.9. Que malgrat que el 79 % de la mescla de gasos que constitueixen l’atmosfera és nitrogen, a penes hi ha organismes autòtrofs que el puguin aprofitar com a font del nitrogen per sintetitzar-ne les proteïnes, els àcids nucleics, etc. A causa d’això necessiten obtenir- lo dels nitrats dissolts a l’aigua. Així doncs, hi ha la paradoxa que poden morir per falta de nitrogen, malgrat que viuen en un medi en el qual el nitrogen és l’element més abundant. 1.10. De les molècules de O2 que, procedents de l’aire, s’han difós i s’han dispersat entre les molècules de H2O. L’onatge i els salts d’aigua afavoreixen molt aquesta difusió. Una petita part de l’oxigen present entre les molècules d’aigua també pot procedir de la fotosíntesi de les algues i les plantes aquàtiques. 1.11. Perquè les aigües continentals provenen de la pluja i aquesta es forma a partir del vapor d’aigua, i ja se sap que tan sols s’evapora l’aigua, no les sals minerals dissoltes que pugui contenir. D’altra banda, després de tants milions d’anys de pluges, la major part de les sals solubles que hi havia als continents ja han estat dissoltes i arrossegades fins als oceans. 1.12. En el cas del H2S és perquè com que el S és un àtom més gran que el O, el seu nucli atreu amb menys força l’electró de l’hidrogen i, per tant, no és una molècula tan dipolar com l’aigua i les molècules de H2S queden separades entre si i formen un gas. En el cas del SO2 és perquè en no contenir hidrogen les molècules són apolars, no s’atrauen entre si i formen un gas. 1.13. Perquè, a causa del volum atòmic més gran del silici (té més electrons que el C), atrau amb molta menys força els quatre electrons del darrer orbital. Això fa que els enllaços entre silicis (...–Si –Si–Si ...) siguin molt febles, i que per això no es puguin formar polímers estables de silici, i que els enllaços amb l’oxigen siguin tan forts (SiO2) que resulten gairebé indestructibles. Això darrer dificulta molt que aquest compost pugui reaccionar amb altres substàncies (fins i tot els àcids més forts, excloentne el fluorhídric, són incapaços d’atacar el quars i el vidre), per la qual cosa aquesta substància és incapaç de constituir matèria viva, que és una matèria que pràcticament ha d’estar en reacció contínua. 1.14. No. Per exemple, els ossos són matèria viva i, en canvi, estan constituïts principalment per fosfat tricàlcic, que és un compost inorgànic. 1.15. Perquè, com que l’oxigen és un àtom molt àvid d’electrons (molt electronegatiu), trenca fàcilment els enllaços

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 45

SOLUCIONARI

entre el C i el H (els dos àtoms bàsics de les biomolècules orgàniques), i això fa que s’alliberi l’energia química que contenen. 1.16. Perquè, com que el fòsfor té cinc electrons al darrer orbital, com el nitrogen, però aquests estan molt més allunyats del nucli, no estan tan fortament atrets. A causa d’això, els enllaços del fòsfor amb l’oxigen (P – O) són més forts (els oxígens no han de contrarestar tanta atracció). Els enllaços P – O són més forts que els enllaços N – O, S – O o C – O. Així doncs, els enllaços P – O són els idonis per emmagatzemar energia, ja que són els enllaços més rics en energia, però sense deixar de ser susceptibles de trencar-se en condicions compatibles amb la vida. 1.17 Perquè la seva funció no és constituir estructures ni reserves energètiques, sinó catalitzar reaccions químiques. Els catalitzadors hi intervenen, i això afavoreix que els altres reaccionin, és a dir, ells no es consumeixen. 1.18 Perquè la vida necessita reaccions químiques contínues que tan sols són possibles en el medi aquós. 1.19. «El carboni, l’oxigen, l’hidrogen i el nitrogen són bioelements plàstics de pes atòmic baix, fet que no necessàriament està relacionat amb la possibilitat de formar enllaços covalents. Tret del carboni, els altres són elements abundants a les capes més externes de la Terra, i els compostos que formen poden ser solubles o insolubles en aigua.» 1. 20. Totes es deriven del fet que les seves molècules s’atreuen entre si per enllaços d’hidrogen. 1. 21. Quan actua amb funció dissolvent la molècula d’aigua es manté estable, en canvi quan actua en una hidròlisi la molècula es trenca en un ió H! i un ió OH". 1.22. Perquè, com que l’oxigen és un àtom molt àvid d’electrons (molt electronegatiu), reté al seu costat la major part del temps els electrons dels dos hidrògens, i així sorgeix una determinada càrrega negativa al costat de l’àtom d’oxigen, i una determinada càrrega positiva en cadascun dels dos àtoms d’hidrogen. Per l’efecte d’aquesta polaritat s’estableixen forces d’atracció elèctrica entre l’hidrogen d’una molècula i l’oxigen de l’altra, els anomenats enllaços intermoleculars d’hidrogen (ponts d’hidrogen), i així es formen polímers de tres a deu molècules d’aigua, per la qual cosa el pes molecular és de 3 # 18 a 10 # 18, molt més gran en aquest darrer cas que el pes molecular del SO2, que és 64; per tant, es comporta com un líquid en lloc de fer-ho com un gas. 1.23. A causa de l’electronegativitat de l’oxigen, l’enllaç amb l’hidrogen és molt fort i, per això, el grau d’ionització (H2O ! H! ! OH") és baix. A més, s’originen pols elèctrics positius i negatius a la molècula (constant dielèctrica elevada), i gràcies a això sorgeixen els enllaços intermoleculars d’hidrogen. Aquests mantenen les molècules d’aigua molt unides, per això resulta difícil separar-les mecànicament (alta tensió superficial), s’ha de subministrar molta calor perquè augmenti la temperatura, és a dir, perquè augmenti el grau d’agitació de les seves molècules (calor específica elevada), i fa falta molta

calor per aconseguir que, a causa del grau d’agitació més elevat, les molècules se separin totalment i passin a l’estat gasós (calor de vaporització elevada). La gran atracció entre les molècules d’aigua en estat líquid fa que la distància entre elles sigui més petita que quan està en estat sòlid, i això explica que l’aigua sigui més densa que el gel (un mateix nombre de molècules ocupa més volum en estat sòlid que en estat líquid). 1.24. És un gran dissolvent dels compostos iònics com ara el NaCl, perquè, com que és una molècula dipolar, amb les càrregues elèctriques debilita l’atracció elèctrica entre el Na! i el Cl". També dissol bé els compostos covalents polars com ara la glucosa C6H12O6, perquè debilita els enllaços entre les molècules. No dissol els hidrocarburs perquè són molècules apolars, és a dir, sense càrregues elèctriques. 1.25. No hi correspon perquè, com que s’estableixen enllaços d’hidrogen, el que hi ha en realitat són polímers de tres a deu molècules d’aigua juntes. 1.26. Ions que exerceixen funcions contràries; per exemple, el K! afavoreix l’entrada d’aigua a la cèl·lula (turgència), mentre que el Ca2! la disminueix. 1.27. En ingerir aliments amb una acidesa diferent de la del medi intern de l’organisme, aquest canviaria el seu pH, amb el consegüent trastorn que això produiria perquè molts enzims tan sols actuen en un interval de pH molt estret. Davant d’una pujada de pH, és a dir, davant d’un descens de H3O!, el tampó bicarbonat actua alliberant ió àcid. CO2 ! 2H2O ! H2CO3 ! H2O ! HCO"3 ! H3O! Davant d’una baixada de pH, és a dir, davant d’un augment de H3O!, el tampó bicarbonat actua absorbint l’excés d’ió àcid. HCO"3 ! H3O!! H2CO3 ! H2O ! CO2 ! 2H2O 1.28. pH $ – log (1,4 · 10"8) $ 7,854 pH $ – log (4 · 10"6) $ 5,398 1.29. L’osmosi és el pas del dissolvent entre dues dissolucions que presenten una concentració diferent de soluts i que estan separades per una membrana que tan sols deixa passar les molècules de dissolvent. La diàlisi, en canvi, és la separació de les molècules de baix pes molecular respecte de les d’elevat pes molecular, gràcies a una membrana que tan sols deixa passar les petites. En resum, l’osmosi és un procés que tendeix a igualar concentracions, mentre que la diàlisi és un procés que tendeix a separar els cristal·loides dels col·loides. 1.30. En recobrir els aliments amb sal, es forma una dissolució saturada a l’exterior d’aquests, i això implica la sortida d’aigua de l’interior de l’aliment per un procés d’osmosi. Així, l’aliment s’asseca i, com que no hi ha aigua, els bacteris no s’hi poden reproduir ni alterar-lo. 1.31. Perquè, com que el medi intern de l’enciam té més soluts que l’aigua externa, es produeix l’entrada d’aigua per osmosi, amb la consegüent turgència de les fulles. Quan s’hi afegeix sal, el medi extern es fa més salí, amb

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

45

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 46

SOLUCIONARI

la qual cosa es produeix la sortida d’aigua des de l’interior de la fulla per osmosi, amb la consegüent pèrdua de turgència. 1.32. Perquè la superfície de les macromolècules adsorbeix molt les molècules d’aigua, i per això no s’evaporen. Un exemple d’aquesta propietat en els organismes és la mucositat dels cargols de terra i dels llimacs, que dificulta la dessecació de la pell. 1.33. Perquè si un reactiu atrau cap a la seva superfície l’altre reactiu, això facilita la trobada entre tots dos i, per tant, que es doni la reacció. 1.34. Perquè, com que hi ha més soluts al medi intern de la planta que a l’aigua externa, per un procés d’osmosi, aquesta travessa l’epidermis de l’arrel i hi entra a l’interior. L’aigua de mar no sadolla la set perquè, com que és més salada que el medi intern de les cèl·lules de les parets intestinals, per un procés d’osmosi, en lloc d’entrar a les cèl·lules, el que passa és que surt aigua d’aquestes cap a la llum de l’intestí on hi ha l’aigua marina. 1.35. Perquè, si fossin hipotòniques respecte de la salinitat interna dels glòbuls vermells, entraria aigua en aquests, fins arribar a rebentar-los per un excés de turgència; i si fossin hipertòniques, en sortiria aigua, i fins i tot la membrana es podria arribar a trencar en encongir-se (plasmòlisi). 1.36. Presenten permeabilitat selectiva i poden sofrir processos d’osmosi. 1. 37. Es poden formar entre elements molt electronegatius (agafen electrons) i elements molt electropositius (donen electrons) per arribar a tenir 8 electrons en l’últim orbital (excepte que es tracti de l’hidrogen, que només necessita 2 electrons). L’aigua els dissol molt fàcilment, perquè és una molècula amb càrregues elèctriques que es posa entre els dos ions i, en participar en aquestes atraccions com un element més, els dos ions se separen. 1. 38. Es formen entre àtoms d’igual o similar electronegativitat. Per exemple entre dos àtoms d’oxigen, dos àtoms de nitrogen, etc. I també entre àtoms de carboni i d’hidrogen, ja que tots dos estan amb la meitat d’electrons dels que necessiten per arribar a completar l’últim orbital. Són insolubles en aigua, ja que els àtoms units per un enllaç covalent apolar no es mantenen per atraccions entre càrregues elèctriques sinó per compartició d’electrons i l’aigua no pot actuar separant-los. 1. 39. L’entrada és deguda a un procés d’osmosi. L’ascensió és deguda a la capil·laritat. Aquesta es produeix pels enllaços d’hidrogen que uneixen les molècules d’aigua entre si i per un procés d’adsorció de les parets interiors dels conductes o vasos respecte a les molècules d’aigua. L’absorció sola només seria capaç de fer pujar l’aigua uns pocs centímetres. A més, hi intervé una força d’aspiració des de les fulles ja que en elles l’aigua s’evapora i això fa pujar una mica més d’aigua, un procés que es va repetint. 1. 40. Fan una funció mecànica amortidora.

46

1. 41. Fa una funció termoreguladora. Això és degut al fet que per passar de líquid a gas (vapor d’aigua) ha d’agafar calor i l’agafa de la superfície del cos, per la qual cosa aquest es refreda. 1.42. Funció metabòlica. 1.43. Funció estructural. 1.44. La resposta a la primera pregunta és: funció transportadora. La resposta a la segona pregunta és: funció dissolvent i transportadora. 1.45. La carn deixa anar aigua. Això és degut al fet que la sal es dissol en l’aigua exterior, es produeix un procés d’osmosi que fa que l’aigua surti de les cèl·lules de la carn. 1.46. Perquè la infància i l’adolescència són períodes de creixement, en què es genera molt teixit ossi, i aquest té un elevat percentatge de fosfat càlcic i de carbonat càlcic. 1.47. Amb aigua destil·lada s’inflarien i es posarien molt turgents. Amb aigua saturada de sal perdrien molta aigua, la membrana es rebregaria i es podria arribar a trencar (plasmòlisi). 1.48. Perquè la sal fa sortir l’aigua interior per un procés d’osmosi i, en quedar-se sense aigua, els bacteris no poden viure i, per tant, la carn no és corrompuda. 1.49. Perquè com que suen molt perden sal i l’han de recuperar a través de la dieta. 1.50. Perquè quan arriba a l’intestí, a causa de l’osmosi, en lloc de passar aigua al torrent circulatori, és l’aigua del cos la que passa a la llum de l’intestí i la persona es deshidrata. 1.51. Que tenir moltes glucoses dissoltes en el citoplasma podria implicar l’entrada d’aigua per osmosi i posar-la en perill de ruptura. En canvi, si moltes glucoses s’uneixen en una sola molècula aquest perill desapareix. 1.52. Si el medi és molt àcid hi haurà molts ions H! i, per tant, el grup –COOH no es podrà ionitzar. Si el medi és molt bàsic, hi haurà molts OH" i, per aquesta causa, molt grups –NH3OH ja no es podran ionitzar. D’aquesta manera la dissolució resisteix el canvi de pH, és a dir, actua com una dissolució amortidora. 1.53. Solubles: CH3-CH2OH (etanol), CH3-COOH (àcid acètic) i NaCl (clorur sòdic). No solubles: C4H10 (butà), C8H18 (octà), C6H6 (benzè). INTERPRETACIÓ DE DADES 1.58. a) L’oxigen i l’hidrogen són bioelements primaris i són molt abundants en la hidrosfera, ja que constitueixen l’aigua. La seva abundància en els éssers vius és deguda, en part, al fet que els organismes tenen un elevat percentatge d’aigua en el seu cos. Una altra raó és que l’hidrogen és fonamental per formar les cadenes hidrocarbonades i l’oxigen és necessari perquè en combinar-se amb algunes d’aquestes s’originin compostos orgànics solubles, com ara els glúcids. Com que les reaccions bioquímiques es fan en

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 47

SOLUCIONARI el si de l’aigua, els compostos orgànics que rendeixen energia amb rapidesa han de ser solubles. El bioelement nitrogen és molt abundant en l’atmosfera i es podria pensar que és per això que els organismes tenen molt nitrogen, però aquesta conclusió resultaria falsa, ja que molt pocs organismes poden aprofitar el nitrogen atmosfèric. En realitat, el nitrogen dels organismes prové dels nitrats dissolts a l’aigua del sòl que absorbeixen les arrels de les plantes.

b) L’hidrogen i l’oxigen constitueixen l’aigua i els glúcids, les proteïnes i els àcids nucleics. L’hidrogen també està en els lípids. En canvi, el percentatge d’oxigen en els lípids és molt baix. El nitrogen es troba en les proteïnes i els àcids nucleics. c) El carboni, el fòsfor i el sofre. d) El carboni ha estat seleccionat perquè permet formar grans cadenes hidrocarbonades, amb enllaços prou estables per poder constituir estructures i per poder emmagatzemar la informació biològica, però que, a la vegada, són susceptibles de ser trencats i alliberar energia. El fòsfor ha estat seleccionat perquè els enllaços entre els grups fosfats poden emmagatzemar una gran quantitat d’energia. El sofre ha estat seleccionat perquè forma uns enllaços forts en les proteïnes. 1. 59. a) La dissolució que té el percentatge més alt de sals és la de Tyrode, després la de Ringer i després la d’Arnon. La causa és que les cèl·lules vegetals estan adaptades a viure en contacte amb l’aigua dolça i a aconseguir que aquesta entri dins seu per osmosi. En canvi, les cèl·lules animals viuen en contacte amb la sang, que és un medi més salat. Els amfibis tenen una pell prima i permeable i en estat larvari, respiració branquial. Tot això fa que, per processos d’osmosi, els entri molta aigua i que, per tant, la salinitat de la seva sang sigui inferior a la dels mamífers. b) Només conté glucosa la dissolució de Tyrode per a mamífers. La dissolució d’Arnon no té glucosa perquè les cèl·lules vegetals no s’alimenten de glucosa sinó fent la fotosíntesi. La dissolució de Ringer no té glucosa perquè les cèl·lules dels amfibis no tenen unes necessitats energètiques tant elevades com les dels mamífers. Per tant, per fer experiments que han de durar poques hores no cal afegir glucosa. c) Contenen substàncies que originen bones dissolucions amortidores la dissolució fisiològica de Ringer i la de Tyrode. La primera conté bicarbonat sòdic i la segona conté bicarbonat sòdic i dihidrogen fosfat sòdic. La d’Arnon no en conté perquè no està destinada a entrar en contacte amb cèl·lules vives, sinó amb les cèl·lules de l’epidermis de les arrels. d) Perquè la dissolució d’Arnon no està destinada a mantenir unes cèl·lules durant un curt període de temps, sinó a nodrir plantes al llarg de tota la seva vida i, per tant, no hi pot faltar cap element, encara que només sigui necessari en quantitats molt baixes.

1. 60. a) Representació de com ha variat el pes dels aliments. Pes inicial (grams)

35 30 25 20 15 10 5 0

Espinacs Carn

1r dia

2n dia

3r dia

4t dia

5è dia

6è dia

7è dia

b) Els percentatges d’aigua en els aliments al principi de l’experiment són: Espinacs. Els espinacs tenien al principi 18 g d’aigua 20 ! 2 " 18 per tant, un percentatge de (18/20) # 100 " 90 % Carn. La carn tenia al principi 19,7 g d’aigua 30 ! 10,3 " 19,7 per tant, un percentatge de (19,7/30) # 100 " 65,66 % c) Representació de com ha variat el percentatge d’aigua dels aliments. Aigua inicial (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Espinacs Carn

1r dia

2n dia

3r dia

4t dia

5è dia

6è dia

7è dia

El percentatge s’ha calculat de la manera següent: Els espinacs tenien al principi 18 g d’aigua 20 ! 2 " 18 per tant, un percentatge de (18/20) # 100 " 90 % El segon dia tenien 6,1 g d’aigua 8,1 ! 2 " 6,1 per tant, un percentatge de (6,1/8,1) # 100 " 75,308 %, etc. d) Se sap que hem arribat a la deshidratació perquè entre el sisè i el setè dia ja no ha disminuït més el pes dels aliments. e) Els espinacs tenen un percentatge d’aigua molt més elevat que la carn. Una altra conseqüència és que si es mengen espinacs no es necessita beure tanta aigua com si es menja carn.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

47

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 48

SOLUCIONARI

LABORATORI

tituïts per un percentatge elevat de sals minerals (fosfat càlcic i carbonat càlcic) i molt poca quantitat de col·lagen; per això són molt fràgils i poc elàstics.

1.61. Quan s’hi afegeix vinagre, el color morat de la col llombarda esdevé vermellós. Aquesta propietat es pot aprofitar com a indicador del pH. Així doncs, per saber si un medi és àcid o bàsic, n’hi ha prou d’afegir-hi unes gotes del líquid procedent de triturar una fulla de col llombarda, i si es torna de color vermell és que el medi és àcid. 1.62. El líquid que canvia més lentament el pH és la saliva. El motiu és que la saliva conté proteïnes dissoltes que actuen alliberant OH i captant H, per la qual cosa anul·len, o almenys disminueixen, la quantitat de H procedents del HCl.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. El creixement no és exclusiu dels éssers vius, ja que els cristalls, per exemple, si tenen les condicions adequades, també creixen. 2. a) Els nivells d’organització comuns a la matèria viva i inerta són els de complexitat estructural més baixa, és a dir, els nivells subatòmic, atòmic i molecular. b) Els components del nivell subatòmic són les partícules més petites de la matèria. Per exemple, protons, neutrons i electrons. El nivell atòmic està format per àtoms, que són la part més petita d’un element químic o d’una substància simple. Per exemple, un àtom de silici (Si), un àtom de nitrogen (N), un àtom de sodi (Na), etc. El nivell molecular està format per la unió de dos o més àtoms que poden ser iguals (en el cas dels elements) o diferents (en el cas d’un compost). Per exemple, el nitrogen (N2), la sílice (Si O2), la fructosa (C6H12O6), etc.

Aquest comportament és la base de les dissolucions amortidores o solucions tampó. 1.63. a) Al cap d’unes quantes hores, ja no quedarà res del carbonat càlcic que forma la closca. Després de substituir l’àcid per l’aigua destil·lada, i al cap d’uns dos dies, com que la clara interna no està coagulada i resulta més concentrada que l’aigua externa, per un procés d’osmosi es produeix l’entrada d’aigua a l’interior, que provoca que l’ou es faci més gran.

c)

b) En la preparació que hi ha aigua destil·lada, es produirà l’entrada d’aigua, per la qual cosa les cèl·lules s’inflaran i es veuran d’un color rosa clar. En la preparació que hi ha aigua corrent, s’observarà gairebé el mateix, però amb les cèl·lules una mica menys inflades. En la preparació que hi ha aigua saturada de sal, es produirà la sortida d’aigua, per la qual cosa les cèl·lules s’encongiran i s’observaran com un punt morat a l’interior de l’espai que delimiten les parets de cel·lulosa. 1.64. Els resultats són que fora del tub de diàlisi no hi ha albúmina (prova de Biuret negativa), però sí que hi ha ió clorur (apareix un precipitat blanc de AgCl quan s’hi afegeixen unes gotes de la dissolució de nitrat de plata). S’ha produït una diàlisi quan s’han separat els ions clorur i sòdic (com que són més petits han travessat les parets del tub) de les molècules d’albúmina (com que tenen un pes molecular elevat no les han pogut travessar). 1.65. L’os de pollastre queda de la mateixa forma, però pesa menys i és tou, ja que l’àcid ha consumit tot el fosfat tricàlcic Ca3(PO4)2 que impregnava el col·lagen, que és la proteïna dels ossos. Les closques de cloïsses desapareixen totalment ja que, com que estan formades exclusivament de carbonat càlcic (Ca2CO3), quan se’ls afegeix HCl donen lloc a CO2 i CaO, que queda dissolt. La closca de crustaci queda amb la mateixa forma, però molt més lleugera i tova, ja que l’àcid ha consumit tot el carbonat càlcic (CaCO3) que impregnava la quitina, que és el polisacàrid de l’exosquelet dels artròpodes. L’exosquelet dels insectes queda inalterat, ja que l’àcid no ataca la quitina que constitueix aquest esquelet. Els ossos dels éssers que acaben de néixer presenten un gran percentatge de col·lagen en la seva composició i molt poques sals minerals (fosfat càlcic i carbonat càlcic); per això són molt flexibles. Els ossos del éssers vells estan cons-

48

Exemples

Nivells d’organització

Ronyó

Òrgan

Coloms de Barcelona

Població

Bosc

Ecosistema

Plantes i animals d’un riu

Comunitat o biocenosi

Leucòcit

Cel·lular

3. L’enllaç que s’ha format és covalent perquè aquest es forma quan un parell d’electrons és compartit per dos àtoms. 4. Els bioelements plàstics són els que constitueixen més del 99 % de la matèria viva. Són el carboni (C), l’hidrogen (H), l’oxigen (O), el nitrogen (N), etc. 5.

H

!

H

!

H

!

O "

O "

H

!

H

!

H

!

O "

6. Les propietats de l’aigua que afavoreixen les funcions vitals són degudes sobretot a la disposició dels enllaços de l’hidrogen i l’oxigen dins la molècula i a la consegüent distribució dels electrons. Encara que els hidrògens i l’oxigen de l’aigua formen enllaços covalents, els parells d’electrons compartits estan més a la vora de l’esfera d’influència de l’o-

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 49

SOLUCIONARI

xigen i, per tant, es forma un dipol. Els hidrògens de cada molècula d’aigua són els extrems positius del dipol, mentre que l’oxigen forma un doble pol negatiu. Els dos hidrògens d’una molècula d’aigua són atrets pels oxígens de dues molècules d’aigua, mentre que la doble càrrega negativa de l’oxigen atreu els hidrògens d’unes altres dues molècules d’aigua. Aquests ponts d’hidrogen que es formen amb unes altres quatre molècules d’aigua generen les propietats especials d’aquesta substància, les quals tendeixen a estabilitzar els sistemes aquosos. Els ponts d’hidrogen es trenquen i es formen contínuament, i aquest fenomen permet a l’aigua fluir, al mateix temps que li dóna la forta cohesió que la manté en estat líquid dins un ampli interval de temperatures i pressions. 7. Les sals minerals precipitades constitueixen estructures sòlides, són insolubles i tenen funció esquelètica. Exemples: el carbonat càlcic de les closques dels mol·luscs i la sílice dels exosquelets de les algues diatomees i de les gramínies. 8. El líquid extracel·lular dels animals superiors està amortit, entre altres coses, per un sistema d’àcid carbònic/ió bicarbonat. Les sals de l’ió bicarbonat (HCO3!), per exemple, els bicarbonats de sodi, potassi, magnesi i calci, amorteixen els líquids contra l’ingrés d’ions H" a conseqüència de la dissociació de l’àcid carbònic i, d’aquesta manera, impedeixen un descens apreciable del pH. 9. Perquè les flors puguin absorbir l’aigua a través de la tija i mantenir la turgència de les cèl·lules i, per tant, el bon aspecte. Les forces i els mecanismes responsables de la circulació de l’aigua dins la planta depenen de l’estructura de la tija i dels mecanismes d’absorció. Els tubs que formen el xilema són rígids, gràcies a la lignina que n’impregna la paret cel·lular, i molt prims (la seva llum és inferior a un mil·límetre); és a dir, tenen estructura capil·lar. Quan l’extrem d’un capil·lar entra en contacte amb una superfície d’aigua, aquesta ràpidament ascendeix pel seu interior a causa d’un procés de capil·laritat, que té lloc de la manera següent: algunes de les molècules d’aigua s’adhereixen a les parets del tub i tiren cap amunt de les altres, que ocuparan el centre del tub, ja que aquest té un diàmetre molt petit, i així gradualment l’aigua va ascendint. L’ascensió de la saba pel xilema té lloc de manera molt similar. Però aquest procés de capil·laritat permet l’ascensió de la saba bruta només fins a un cert nivell. Per tant, hi ha d’haver altres mecanismes paral·lels que col·laborin en el transport fins als 100 m d’alçària que poden atènyer algunes espècies de sequoies o d’eucaliptus. Un altre d’aquests mecanismes és la transpiració o evaporació de l’aigua a través dels estomes de les fulles. L’aigua que es perd per evaporació crea una espècie de buit, que és immediatament ocupat per noves molècules d’aigua. A mesura que aquestes deixen llocs vacants, noves molècules les reemplacen, i així s’estableix la circulació de la saba des de la tija (o des de l’arrel en la planta sencera) fins a les fulles.

Consells bàsics per mantenir les flors tallades durant més temps: • Per aconseguir que la flor tallada aguanti més temps, és a dir, tardi més temps a marcir-se, un factor que cal tenir en compte és elegir el millor moment per tallar les flors. Les primeres hores del matí i els últims minuts de la tarda solen ser els millors moments per tallar la flor, ja que els teixits estan més turgents que a ple sol –amb la calor, les flors perden l’aigua dels teixits i si les tallem, aguanten menys temps fresques. • Un cop tallades cal posar-les en un gerro amb aigua fresca i tenir cura amb la tija de la flor, ja que és per on rebrà els nutrients que necessita per mantenir-se sana durant més temps. Lògicament, per la tija, la flor s’alimenta amb més dificultats que quan estava en la planta, per això hem d’intentar facilitar-li la tasca. • Cal evitar que el tall de la part inferior de la tija s’aixafi o que estigui lleugerament podrit, ja que aquestes circumstàncies en perjudicaran la conservació. Cada dia farem una petita incisió dos centímetres per sobre del tall amb unes tisores, procurant sempre no deformar o aixafar la tija. Amb aquest truc podrem mantenir durant més temps les cèl·lules de la tija vives per alimentar la flor. 10. Les biomolècules són les molècules integrants d’un ésser viu. S’anomenen també principis immediats. Les biomolècules es poden separar per mètodes purament físics sense alterar-se. PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. Sí, la reproducció és exclusiva dels éssers vius perquè és la capacitat d’originar nous individus, iguals o diferents dels progenitors. 2. a) Els nivells d’organització exclusius de la matèria viva són els de complexitat estructural més elevada, és a dir, els nivells cel·lular, pluricel·lular, de població i d’ecosistema. b) Els elements del nivell cel·lular són les cèl·lules, per exemple, una cèl·lula muscular. Els elements del nivell pluricel·lular són els teixits, els òrgans, els aparells, i els sistemes, per exemple, el teixit epitelial, l’intestí, l’aparell digestiu i el sistema nerviós, respectivament. c)

Exemples

Nivells d’organització

DNA

Molecular, subnivell de macromolècula

Electró

Subatòmic

Cloroplast

Molecular, subnivell d’orgànuls cel·lulars

Aigua

Molecular del tipus biomolècules inorgàniques

Àtom de calci

Atòmic

3. Enllaços iònics, enllaços covalents, enllaços d’hidrogen o ponts d’hidrogen i forces de Van der Waals.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

49

917280 _ 0038-0053.qxd

1 4.

•

Na

30/12/08

12:02

Página 50

SOLUCIONARI xx

x

Cl

x x

xx

Na

•x

xx

Cl xx

x x

Na!

Osmosi: • El moviment de la substància és degut a les col·lisions i als rebots que es produeixen entre molècules del mateix tipus. • Té lloc a favor de gradient.

Cl#

NaCl Clorur sòdic

" Na! (catió) " Cl# (anió)

9. En cap dels dos, perquè, d’una banda, l’organisme X és isotònic respecte de la solució i, per tant, en surt tanta aigua com hi entra. D’una altra banda, en ser la solució hipertònica respecte de l’organisme Y, l’aigua tindrà tendència a sortir més que no pas a entrar. 10.

Biomolècules Simples Oxigen molecular (O2) Nitrogen molecular (N2) Compostes

Xarxa cúbica del NaCl

Inorgàniques

5. Els oligoelements són bioelements indispensables que es troben en quantitats inferiors al 0,1 % en els organismes i que cal subministrar en petita quantitat en el règim alimentari perquè aquests organismes funcionin correctament. Cal tenir en compte que tant l’absència d’un oligoelement, com una concentració per sobre del nivell característic pot ser perjudicial per l’organisme. Els oligoelements canvien segons les espècies. Exemples en humans: bor, brom, cobalt, coure, crom, fluor, iode, ferro, manganès, molibdè, níquel, seleni, silici, vanadi, zinc. 6. Atès que 1 g d’aigua absorbeix 540 calories en evaporar-se, 10 g d’aigua absorbeixen 5.400 cal. Si ho fa en una àrea de 5 cm2, equivaldrà a una absorció de 1.080 cal/cm2. Aquest mecanisme d’eliminació de calor que utilitza el cos humà deixa de funcionar quan l’aire se satura d’aigua, cosa que impossibilita l’evaporació; això explica la incomoditat que se sent els dies xafogosos. 7. La funció principal de les sals minerals dissoltes és ajudar a mantenir constant el grau d’acidesa (pH). Una variació d’aquestes sals provoca alteracions de la permeabilitat, l’excitabilitat i la contractilitat de les cèl·lules. 8. Diferències

Difusió: • Implica el moviment de les partícules del solut.

Aigua (H2O)

Glúcids

Diòxid de carboni (CO2)

Lípids

Sals minerals (NaCl, CaCO3...)

Proteïnes Àcids nucleics

FITXA DE REFORÇ 1. Les solucions tampó o amortidores són aquelles dissolucions formades per un àcid dèbil i una sal d’aquest àcid amb una base forta (base conjugada), la concentració d’hidrogenions de la qual gairebé no varia en afegir àcids o bases fortes. 2.

Funcions de l’aigua en els éssers vius Funció

• Consisteix en el moviment de partícules de dissolvent. • Es produeix a través d’una membrana semipermeable. Semblances

Difusió: • El moviment de la substància és degut a les col·lisions i als rebots que es produeixen entre molècules del mateix tipus. • Té lloc a favor de gradient.

50

Descripció

Dissolvent

S’hi dissolen substàncies nutritives tant inorgàniques com orgàniques.

Bioquímica

Totes les reaccions vitals es realitzen en presència d’aigua.

Estructural

Ajuda a mantenir la forma i el volum de les cèl·lules.

Mecànica amortidora

Afavoreix els desplaçaments d’òrgans lubricats per líquids orgànics rics en aigua (músculs, articulacions, etc).

Termoreguladora

Actua com a agent regulador de la temperatura dels éssers vius.

• Es produeix en absència de membrana semipermeable.

Osmosi:

Orgàniques

3. Els ions K! i Ca2! (com també l’ió Na!) per separat paralitzen el cor. Els ions monovalents (K! i Na!) paralitzen el cor en diàstole i, en canvi, els divalents (Ca2!) ho fan en sístole. L’acció conjunta d’aquests tres cations provoca el batec normal del cor.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 51

SOLUCIONARI

4. Les cèl·lules sanguínies, a una concentració del 9 per 1.000 són isotòniques respecte al medi i per tant es troben en equilibri. Si posem una injecció endovenosa a una concentració del 3 per 1.000, les cèl·lules sanguínies es trobaran en un medi hipotònic respecte l’interior cel·lular, amb la qual cosa l’aigua tindrà més tendència a entrar a la cèl·lula que no pas a sortir-ne. Les cèl·lules augmentaran de volum i rebentaran com un globus i es produirà la citòlisi o trencament de les cèl·lules (que en el cas de les cèl·lules vegetals s’anomena turgència). 5. El silici pertany al mateix grup que el carboni dins de la taula periòdica i malgrat que pot formar cadenes ...Si!Si!Si..., aquestes són més dèbils i inestables que els enllaços de les cadenes carbonades. Tot i que pot formar cadenes amb l’oxigen ...O!Si!O!Si!O!Si!O... que són extraordinàriament resistents (silicones), aquestes tampoc són aptes des del punt de vista biològic, perquè els enllaços han d’ésser suficientment forts per construir molècules resistents però suficientment dèbils per tal que puguin trencar-se en les reaccions metabòliques. 6. Forma part del grup «hemo» de l’hemoglobina i mioglobina, encarregades del transport de l’oxigen. Es troba en els citocroms que actuen en la formació d’ATP. És essencial per la síntesi d’algunes vitamines del grup B. La manca de ferro produeix anèmia, cansament i propensió a les malalties infeccioses. 7. El liti és un estabilitzador de l’estat d’ànim perquè actua augmentant la secreció dels neurotransmissors. Les poblacions que consumeixen aigua potable amb aproximadament 10 µg/l de liti manifesten menys comportaments violents. 8. Perquè la salaó i l’addició de sucre són procediments químics de conservació dels aliments. En augmentar la concentració salina (o de sucre) succeeix una gran cessió d’aigua del producte i paral·lelament es frena el desenvolupament bacterià i l’activitat enzimàtica. 9. La proporció en què es troba un bioelement no està en relació amb la seva importància biològica perquè alguns d’ells es troben en quantitats insignificants i, en canvi, són imprescindibles per al normal funcionament de l’organisme. Això és el que succeeix amb els oligoelements com el iode, que és bàsic per a la formació de l’hormona tiroxina (de la tiroide) per mantenir un bon ritme metabòlic. 10. Perquè són estructures formades només per un embolcall proteic que guarda un àcid nucleic. No posseeixen metabolisme propi i necessiten d’un altre ésser viu per reproduir-se. Tanmateix no són matèria inanimada perquè la molècula que tenen en el seu interior posseeix la informació que els permetrà obtenir còpies d’ells mateixos. FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Aquesta escala de 0 a 14 es relaciona amb els sistemes aquosos. Un pH de 0 significa que hi ha una concentració de [10º] o 1 M de H", valor que és el màxim possible, fins

i tot amb els àcids més forts dissolts en aigua. Encara que en teoria és possible assolir majors concentracions d’àcid, aquests no es dissocien més enllà del punt en el qual la concentració de H" és 1 M. El mateix es pot dir de les bases fortes en l’extrem superior de l’escala de pH. 2. L’aigua en estat líquid presenta agrupacions més o menys compactes variables en el temps i anomenades mosaics. L’aigua sòlida té una estructura tetraèdrica formada per agrupacions hexagonals amb gran quantitat de buits entre cada hexàgon, per tant la densitat de les molècules és menor. 3. Per poder formar un enllaç d’hidrogen es requereix que l’àtom d’hidrogen que està covalentment unit a un àtom d’oxigen, nitrogen o fluor, i per tant està molt polaritzat, es trobi a 0,27-0’3 nm d’un altre àtom electronegatiu. 4. Una sal és una estructura iònica mantinguda per forces electrostàtiques. Quan s’introdueix en aigua, la suma de les forces entre el dissolvent i els ions positius i negatius és més gran que la que manté unides aquests ions en el cristall i, per tant, el cristall es dissol i els ions s’envolten d’una esfera de dipols orientats amb el signe contrari coneguda com esfera de solvatació. 5. La calor específica de l’aigua indica la quantitat d’energia necessària per variar la temperatura d’una determinada massa d’aigua. Com que és molt elevada es necessitarà molta calor del medi per canviar la temperatura. Aquesta calor es va guanyant i es va perdent durant molt de temps i això fa que la temperatura del medi ambient es modifiqui poc. 6. a) Els números corresponen a: 1. Nuclèol, 2. Nucli, 3. Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Reticle endoplasmàtic rugós, 6. Aparell de Golgi, 7. Reticle endoplasmàtic llis, 8. Mitocondri, 9. Citoplasma, 10. Centríol. b) La cèl·lula és eucariota perquè posseeix nucli diferenciat, reticle endoplasmàtic... c) Es tracta d’una cèl·lula animal típica perquè no posseeix paret cel·lular de cel·lulosa ni cloroplasts. 7. El xoc de calor es produeix en situacions d’ambient càlid i humit en les quals no es compensen les pèrdues de sals i aigua. S’hi dóna un descens de tensió sobtat i una temperatura corporal alta o hipertèrmia. Malgrat que la sudoració és intensa, l’evaporació és escassa a causa de la humitat i si no es produeix l’evaporació, no s’aconsegueix la pèrdua de calor que caldria. El xoc de calor pot arribar a ésser molt greu i associat a deshidratació es manifesta amb una fatiga extrema, vertigen, mal de cap i pèrdua del coneixement. 8. Es podria trobar àcid sulfhídric (H2S) i amoníac (H3N) de la descomposició de les proteïnes. De la descomposició dels àcids nucleics i dels ossos es podria trobar àcid fosfòric (H3PO4). L’hidròxid d’alumini, Al (OH)3 no es trobaria. 9. Expressat amb factors de conversió: 1,6 l d’aigua/h # 1.000 ml/1 l # 1 g/1 ml # 580 cal/g $ $ 928.000 cal/h $ 928 Kcal/h

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

51

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 52

SOLUCIONARI

10. L’aigua cel·lular conté dissolta certa quantitat de sals que disminueixen el punt crioscòpic o de congelació de la dissolució. 11. Resposta model. a) 1. Entrada d’aigua salada a alta pressió. 2. Membrana semipermeable que permet el pas de l’aigua però no de les sals, virus, etc.

b) En aquest mecanisme la separació de l’aigua i de la sal es realitza a través de membranes semipermeables que permeten el pas de l’aigua, però invertint el procés d’osmosi directa, és a dir, per l’aplicació d’una pressió superior a l’osmòtica, mitjançant bombes, que comprimeix contra la membrana semipermeable l’aigua salada, fent que aquesta passi cap a l’altra banda de la membrana, de manera que s’obté aigua dolça.

3. Sortida d’aigua dolça i neta. Aquest dispositiu no es construeix en forma de tancs com es veu a l’esquema, sinó en forma de cilindres en el centre dels quals es troba el tub de sortida de l’aigua neta i envoltant-lo una sèrie de capes concèntriques en les quals es van intercalant les malles permeables i les membranes semipermeables. Això es fa per reduir i compactar la mida del dispositiu.

Aigua salada

Malla permeable Membrana semipermeable

Aigua dolça i neta

52

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 53

SOLUCIONARI

Notes

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

53

917280de054a065.qxd

2

13/1/09

09:26

Página 54

Els glúcids

MAPA DE CONTINGUTS ELS GÚCIDS es classifiquen en

trioses

MONOSACÀRIDS

OLIGOSACÀRIDS

POLISACÀRIDS

estan formats per

estan formats per

una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroacetònica

la unió de 2 a 10 monosacàrids

estan formats per

es classifiquen en

presenten

pentoses

tetroses

heptoses

hexoses

enllaç monocarbonílic

enllaç dicarbonílic

exemples

exemple

maltosa

sacarosa

la unió de 10 o més monosacàrids es diferencien en

homopolisacàrids

heteropolisacàrids

presenten enllaç

presenten enllaç

exemples

exemples

exemple

lactosa

gliceraldehid

ribosa

heptulosa

α

β

tenen funció

tenen funció

energètica

estructural

gelificant

hidròfila

tancar ferides en plantes

exemples

exemples

exemple

exemple

exemple

midó

cel·lulosa

pectina

agar

goma aràbiga

glicogen

quitina

dihidroxicetona

ribulosa

exemples

eritrosa

eritrulosa

α tenen funció

exemples

glucosa

fructosa

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. En la primera part de la unitat s’introdueix el concepte de glúcid i les raons per les quals la denominació d’hidrats de carboni o carbohidrats no és apropiada. 2. Un altre aspecte important d’aquesta unitat és l’estudi de la llum polaritzada per entendre el comportament de les substàncies òpticament actives, tant dextrogires (+) com levogires (-). 3. És molt convenient fer algunes de les pràctiques de laboratori referents a la identificació de glúcids (especialment la prova de Fehling i la del Lugol).

54

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 55

Els glúcids

OBJECTIUS 1. Descriure les característiques químiques i les propietats dels glúcids que configuren l’estructura cel·lular per interpretar la funció que duen a terme en els processos biològics. 2. Conèixer la classificació dels glúcids. 3. Comprendre el concepte de monosacàrid. 4. Comprendre els conceptes de carboni asimètric i carboni anomèric i saber-los representar. 5. Entendre el concepte d’isòmers espacials o estereoisòmers (estructures enantiomorfes) i saber-los representar.

6. Saber les fórmules lineal i cíclica d’algunes pentoses i hexoses. 7. Fer en el laboratori algunes de les proves característiques de la identificació dels glúcids. 8. Construir un polarímetre casolà per visualitzar la desviació de la llum polaritzada. 9. Entendre l’enllaç O-glicosídic sabent diferenciar entre el tipus monocarbonílic i el dicarbonílic. 10. Relacionar el tipus d’enllaç O-glicosídic amb el caràcter reductor o no reductor de la molècula.

CONTINGUTS • Descripció de les característiques químiques i de les propietats dels glúcids que configuren l’estructura cel·lular per interpretar la funció que duen a terme en els processos biològics. (Objectiu 1) • Classificació dels glúcids. (Objectiu 2) • El concepte de monosacàrid. (Objectiu 3) • Els conceptes de carboni asimètric i carboni anomèric i les seves representacions. (Objectiu 4) • Definició d’isòmers espacials o estereoisòmers (estructures enantiomorfes) i les seves representacions. (Objectiu 5) • Representació de les fórmules lineal i cíclica d’algunes pentoses i hexoses. (Objectiu 6) • Desenvolupament de la pràctica del reactiu de Fehling. (Objectiu 7) • Desenvolupament de la construcció d’un polarímetre casolà i conclusions finals de la pràctica. (Objectiu 8) • Esquemes dels enllaços O-glicosídic monocarbonílic i O-glicosídic dicarbonílic. (Objectiu 9) • Relació entre el tipus d’enllaç O-glicosídic i el caràcter reductor o no reductor de la molècula. (Objectiu 10)

CRITERIS D’AVALUACIÓ PROVES D’AVALUACIÓ CRITERIS D’AVALUACIÓ

Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Comprendre el concepte de glúcid. (Objectiu 1)

1

1

b) Saber la classificació dels glúcids. (Objectiu 2)

2

2

c) Entendre el concepte de monosacàrid. (Objectiu 3)

3

3

d) Distingir entre carboni asimètric i carboni anomèric i fer la representació de cadascun. (Objectiu 4)

4

4

e) Comprendre el concepte d’isòmers espacials o estereoisòmers (estructures enantiomorfes) i saber-los representar. (Objectiu 5)

5

5

f) Formular en forma lineal i cíclica les pentoses i hexoses més comunes biològicament. Comprendre que en la ciclació no es perd ni es guanya res, sinó que és només una reorganització molecular. (Objectiu 6)

6

6

g) Entendre la pràctica del reactiu de Fehling. (Objectiu 7)

7

7

h) Comparar, en el polarímetre, el comportament de substàncies òpticament actives i inactives. (Objectiu 8)

8

8

i) Diferenciar entre els enllaços del tipus monocarbonílic i els enllaços del tipus dicarbonílic de l’enllaç O-glicosídic. (Objectiu 9)

9

9

i) Identificar el caràcter reductor o no reductor d’una molècula. (Objectiu 10)

10

10

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

55

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 56

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 1

1

Defineix el terme glúcid.

2

Omple la taula següent: Homopolisacàrids Per mitjà de l’enllaç α

3

Per mitjà de l’enllaç β

Digues si cadascuna d’aquestes cinc molècules és un monosacàrid o no ho és. Raona la resposta. A COOH HO C H H C OH

B

C

CH2OH

CHO

H C OH

HO C H

CH2OH

H O C H

CH2OH

D

E

CH2OH

C6H12O7

C!O CH2OH

CH2OH

4

En la molècula A de l’exercici anterior, digues quins carbonis són asimètrics. Per què?

5

a) Què significa que un monosacàrid sigui isòmer espacial o estereoisòmer –D? b) Aquesta fórmula correspon a un isòmer –D o a un isòmer –L? Raona la resposta. CH2OH C!O H C O H H C O H H C O H CH2OH

6

Escriu les fórmules lineal i tancada de la ribosa.

7

Digues si la glucosa i la ribosa donaran positiva o negativa la prova de Fehling i per què.

8

Què observaries si posessis una dissolució de dihidroxiacetona en un polarímetre?

9

De quin tipus és l’enllaç O-glicosídic de la maltosa? Raona la resposta.

10 Digues si la sacarosa té caràcter reductor o no.

Raona la resposta.

56

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 57

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 2

1

Per què les expressions «hidrats de carboni» o «carbohidrats» no són apropiades per anomenar els glúcids?

2

En la taula següent, classifica els glúcids anomenant-los i indica el nombre de cadenes polihidroxialdehídiques o polihidroxicetòniques que contenen. Nom del grup

3

Nombre de cadenes

Digues si cadascuna d’aquestes cinc molècules és un monosacàrid o no ho és. Raona la resposta. A

B

CH2OH

CHO

H C O H H C O H

H O C H CH2OH

CH2OH

C

D

CH2OH C!O

COOH

E C6H14O6

H C OH

H C O H

CH2OH

CH2OH

4

En la molècula C de l’exercici anterior, digues quins carbonis són asimètrics. Per què?

5

a) Què significa que un monosacàrid sigui isòmer espacial o estereoisòmer –L? b) Aquesta fórmula correspon a un isòmer –D o a un isòmer –L? Raona la resposta. CHO H C O H H C O H H O C H H O C H CH2OH

6

Escriu les fórmules lineal i tancada de la glucosa.

7

Escriu la reacció que té lloc en el laboratori en col·locar el reactiu de Fehling en un tub d’assaig que conté una substància que dóna positiva la prova de Fehling.

8

Què observaries si posessis una dissolució de glucosa en el polarímetre?

9

De quin tipus és l’enllaç O-glicosídic de la sacarosa? Raona la resposta.

10 Digues si la maltosa té caràcter reductor o no. Raona la resposta. ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

57

917280de054a065.qxd

2 1

30/12/08

12:46

Página 58

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA DE REFORÇ

Esmenta els aliments que es troben en cada color de la roda dels aliments i indica el nivell de glúcids més elevat (!) o menys (") dels aliments que hi ha en cada secció de la roda. Roda dels aliments g

Secció

Aliments

!/"

a

a

b b

f

c d e

c

e

f g

d

2

Omple la taula següent: Monosacàrids Propietats físiques

3

Propietats químiques

Quant als monosacàrids: a) Totes les molècules que són isòmers –D, seran sempre dextrogires?

4

b) La D-glucosa és dextrogira o levogira?

c) Quin altre nom rep la glucosa?

d) La D-fructosa és dextrogira o levogira?

e) Quin altre nom rep la fructosa?

Omple la taula següent: Midó

Cel·lulosa

Glicogen

Quitina

Tipus de glúcid Enllaç (α, β) Funció Lloc on es troba Utilitat

58

5

Calcula el nombre d’estereoisòmers possibles per a una glucosa lineal.

6

Quins dels següents parells de sucres són epímers? Per què? a) Gliceraldehid i dihidroxiacetona.

b) Glucosa i mannosa.

c) α-D-glucosa i β-D-glucosa.

d) Cap és certa.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280de054a065.qxd

2 1

30/12/08

12:46

Página 59

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA D’AMPLIACIÓ

Omple els buits de la taula següent: Grup funcional

Fórmula

Estructura

Compost

Hidroxil !CO

2

Busca informació d’altres proves d’identificació de glúcids diferents a la prova de Fehling.

3

a) Anomena d’esquerra a dreta cadascuna de les dues molècules que es representen en aquesta imatge. b) A quin tipus d’isòmers pertanyen? Raona la resposta.

4

CHO CHO CH2OH

CHO OH

OH H CH2OH

Omple els buits de la taula següent: Pectina

Agar

Goma aràbiga

Tipus de glúcid Enllaç (α, β) Funció Lloc on es troba Utilitat

5

Calcula el nombre d’estereoisòmers possibles per a una glucosa cíclica.

6

Quins dels següents parells de sucres són epímers? Per què? a) Glucosa i fructosa.

b) Glucosa i galactosa.

c) α-D-ribosa i β-D-ribosa.

d) Cap és certa.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

59

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 60

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT

sa presenta aquests dos radicals en el mateix pla. Les dues són dextrogires, però en un grau diferent. L’α-glucosa origina un desviament de 122,2º i la β-glucosa origina un desviament de només 18,7º.

• La cel·lulosa. ACTIVITATS

2.14. És dicarbonílic i α-glicosídic.

2.1. En els dos casos, el carboni del grup carbonil té un doble enllaç amb un oxigen. 2.2. Intentant trencar la molècula fent-la reaccionar amb un àcid en medi aquós. Si es trenca és que s’ha hidrolitzat i, per tant, és un disacàrid. 2.3. No. Tots els glúcids han de tenir grup carbonil. 2.4. Perquè no té les quatre valències saturades per radicals diferents, com és el cas del segon àtom de carboni d’aquesta molècula. 2.5. Els monosacàrids tenen la capacitat de reduir el reactiu de Fehling perquè el grup carbonil (dels aldehids o cetones) perd electrons (s’oxida) i passa a grup àcid. El reactiu canvia de color blau a vermell, de manera que detecta la presència de monosacàrids. 2.6. La dihidroxiacetona no té cap carboni asimètric; per tant, no presenta activitat òptica, és a dir, no és ni dextrogira ni levogira. 2.7. No. Hi ha compostos que són D i són levogirs (com ara la fructosa), i d’altres que són D i, en canvi, són dextrogirs (com ara la glucosa). 2.8. En les cetopentoses naturals, el carboni que forma el grup cetònic sempre és el carboni 2; per tant, tan sols hi ha dos carbonis asimètrics, i com que cadascuna pot presentar una forma L, hi ha dues L-cetopentoses naturals. CH2OH

CH2OH

CO

CO

H C OH OH C H CH2OH

L-xilulosa

OH C H OH C H

2.15. La sacarosa és D-glucopiranosa - α(1 → 2) - D-fructofuranosa, la maltosa és la D-glucopiranosa - α(1 → 4) D-glucopiranosa, la cel·lobiosa és la D-glucopiranosa βα(1 → 4) - D-glucopiranosa, i la lactosa és la D-galactopiranosa - βα(1 → 4) - D-glucopiranosa. 2.16. Perquè la mel, a causa dels enzims sacarases que hi ha a la saliva de les abelles, s’hidrolitza i la mescla de D-glucosa i D-fructosa que queda és levogira, ja que la D-fructosa és molt més levogira que dextrogira és la D-glucosa. 2.17. Perquè la mel, a causa dels enzims sacarases que hi ha a la saliva de les abelles, s’hidrolitza i apareixen lliures molècules de D-glucosa i de D-fructosa que tenen el seu carboni anomèric lliure, és a dir, el carboni que pot reduir el reactiu de Fehling. 2.18. Perquè com que la glucosa és una molècula petita la dissolució quedaria molt concentrada i aleshores entraria aigua per osmosi i la cèl·lula explotaria. 2.19. Perquè la majoria dels organismes no tenen els enzims que trenquen els enllaços β, però sí que tenen els que trenquen els enllaços α. 2.20. Perquè no tenen l’enzim cel·lulasa. 2.21. És una molècula constituïda per un nucli de glucoses en què hi ha un enllaç α (1 → 6) i unes poques glucoses adjacents. Es formen quan els enzims amilases que només trenquen enllaços α (1 → 4) no poden continuar la seva acció. 2.22. Que la primera presenta branques cada 25 glucoses i en el glicogen cada 10. L’amilopectina només està present en les cèl·lules vegetals i el glicogen només en les cèl·lules animals. 2.23.

CH2OH O | H

H | HO

CH2OH

L-ribulosa

OH | H

2.9. L’estructura molecular de la D-treosa és: C1HO HO C2 H H C3 OH C4H2OH

D-treosa 2.10. El carboni 1. 2.11. Tan sols es pot dir que és una hexosa. 2.12. La fructosa. 2.13. L’α-glucopiranosa presenta el radical !OH del carboni anomèric oposat al radical !CH2OH i la β-glucopirano-

60

H | HO

CH2OH | O H OH | H

H | OH

H | OH

H H |–O–|

H || | O | CH2 | H OH | H

O H | OH

H H |–O–|

CH2OH | O H OH | H

H | H OH | OH

2.24. a) glicogen amilases maltoses + dextrines límit ! maltasa

b) maltosa

! glucoses

c) dextrines límit enzims R desramificadors! maltoses maltases

! glucoses

2.25. Els enzims amilases tan sols trenquen els enllaços α(1’ → 4’), mentre que els enzims R-desramificadors trenquen els enllaços α-(1’ → 6’).

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 61

SOLUCIONARI 2.32. La A és α-galactopiranosa, la B és α-ribofuranosa, la C és α-fructofuranosa i la D és α-glucopiranosa.

2.26. Un enllaç β-(1’ → 4’). 2.27. a) amb 2); b) amb 2) i 3);

2.33. De les dues maltoses s’obtindran quatre glucoses, de les dues cel·lobioses s’obtindran quatre glucoses i de les dues sacaroses s’obtindran dues glucoses.

c) amb 2); d) amb 2); e) amb 1) i 2); f) amb 2) 2.28. Monosacàrids: fructosa, glucosa, galactosa. Disacàrids: lactosa, sacarosa, maltosa. Polisacàrids: glicogen, midó, cel·lulosa. 2.29. Funció d’antibiòtic: estreptomicina. Funció d’anticoagulant: heparina. Funció de colorant floral: antocianòsid. 2.30. S’anomena L-glucosa. És levogira amb un angle de desviació igual que la D-glucosa però cap a l’esquerra. L’estructura és: C1HO HO C2 H

2.37. a) N’hi ha dos tipus: els homopolisacàrids, o polímers d’un sol tipus de monosacàrid, i els heteropolisacàrids, o polímers en què intervenen més d’un tipus de monosacàrid.

HO C4 H HO C5 H C6H2OH

L-glucosa 2.31. L’estructura és: C1HO

H C2 OH

HO C2 H

H C3 OH

HO C3 H

C4H2OH

D-eritrosa

C4H2OH

L-eritrosa

Són estereoisòmers enantiomorfs entre si. C1H2OH

C1H2OH

H C2O

HO C2O

H C3 OH

HO C3 H

C4H2OH

C4H2OH

D-eritrulosa

L-eritrulosa

Són estereoisòmers enantiomorfs entre si. C1HO

C1HO

HO C2 H

OH C2 OH

OH C3 OH

HO C3 H

C4H2OH

D-treosa

2.35. Perquè la lactosa presenta enllaç β-glucosídic i per trencar-lo cal un enzim especial anomenat lactasa. És un enzim diferent de l’enzim maltasa i de l’enzim sacarasa. No poden prendre llet ni formatge fresc perquè aquests presenten lactosa, en canvi, el iogurt, en ser un producte fermentat pels bacteris, ja no presenta lactosa perquè ha estat hidrolitzada en galactosa i glucosa. 2.36. a) amb 5, b) amb 1, c) amb 4, d) amb 2, e) amb 3, f) amb 10, g) amb 7, h) amb 9, i) amb 8, i j) amb 6.

H C3 OH

C1HO

2.34. Perquè a la maltosa les dues glucoses estan unides per un enllaç α-glucosídic i, en canvi, en la cel·lobiosa estan unides per un enllaç β-glucosídic. Si ingerim cel·lobiosa, no augmenta el nivell de glucosa en sang perquè els nostres enzims no poden trencar l’enllaç β-glucosídic.

C4H2OH

L-treosa

b) N’hi ha dos tipus: els que presenten enllaç β-glucosídic, que pocs organismes poden trencar per manca de l’enzim apropiat i que tenen funció estructural (per exemple la cel·lulosa i la quitina) i els que presenten enllaç α-glucosídic, que tots els organismes poden trencar perquè tenen l’enzim apropiat, i que tenen funció de reserva energètica (per exemple, el midó i el glicogen). c) Els que repeteixen maltoses s’anomenen amiloses, els que repeteixen cel·lobioses s’anomenen cel·luloses, els que repeteixen quitobioses s’anomenen quitines. 2.38. La fórmula empírica és: C600H1002O501 i PM ! 16.218. 2.39. Conté α-glucoses. El nombre de glucoses (n) resulta de la següent suma de pesos atòmics: C6nH12n"(n"1) O(6n"n"1) # (n"1) H20 ! 80.000. D’aquí surt n = 493,6, és a dir, unes 494 α-glucoses. 2.40. L’elevat nombre de branques ofereix molts punts d’atac per iniciar la hidròlisi i, igualment, molt punts d’inici per fer una nova síntesi i l’allargament de les cadenes. 2.41. Funció energètica: amilosa, amilopectina, glicogen, maltosa, sacarosa, glucosa. Funció estructural: cel·lulosa, quitina, peptidoglicans, àcid hialurònic. Funció de receptors de membrana: glicoproteïnes, glicolípids. Altres funcions: heparina (impedeix la coagulació de la sang), peptidoglicans (constitueixen la paret dels bacteris), antocianòsids (donen color a les flors), tannòsids (tenen propietats astringents i adobadores), estreptomicina (antibiòtic).

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

61

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 62

SOLUCIONARI

INTERPRETACIÓ DE DADES 2.44. a) Perquè en augmentar la glucosa en sang a causa de la ingesta d’aliments el pàncrees allibera insulina. b) Perquè la glucosa en sang encara no ha arribat als valors normals. c) Perquè la glucosa en sang ja ha disminuït a 120 mg/decilitre, que és un valor normal. d) La corba de glucèmia comença a baixar a menys velocitat perquè la insulina en sang ha disminuït molt. e) Perquè com que la glucosa en sang està dins els valors normals no es produeix més insulina i la que hi ha a la sang passa a l’orina a causa de la filtració renal.

càrids; en canvi, és molt difícil si les molècules són molt grans, com succeeix en els polisacàrids. 2.50. Perquè es tracta de glúcids que presenten els carbonis anomèrics, els únics que tenen capacitat de reduir el reactiu de Fehling. Constitueixen enllaços covalents; per tant, sense possibilitat de reaccionar amb aquest reactiu. Per mitjà de la hidròlisi, aquests enllaços covalents es trenquen, de manera que els carbonis anomèrics queden lliures i aleshores ja poden reaccionar amb el reactiu de Fehling. 2.51. Vegeu l’A fons del llibre, «Reducció del reactiu de Fehling», a la pàgina 31. 2.52. H | HO

2.45. a) La gràfica de color violeta. La major part del temps està per sobre dels nivells normals i només presenta dues baixades que probablement coincideixen amb les dues injeccions.

CH2OH | O H OH | H

H | OH

2.46. a) La primera gràfica pertany a una persona amb diabetis de tipus II, la segona gràfica pertany a una persona amb diabetis de tipus I i la tercera gràfica pertany a una persona no diabètica. b) Disminueix perquè és eliminada de la sang pels ronyons i passa a l’orina. c) Perquè malgrat que produeixen insulina, la major part del temps estan amb una concentració de glucosa en sang superior a la normal. Aquesta situació causa un deteriorament dels vasos sanguinis que provoquen anomalies en els capil·lars sanguinis renals (insuficiència renal), els capil·lars sanguinis de la retina (pèrdua de visió) i els capil·lars de les extremitats (pèrdua de sensibilitat en peus i mans i dificultats per superar-hi les infeccions).

H | HO

OH | H

"

O H HOH2C | " | H OH HO H | | OH OH

H | OH CH2OH | H

2.53. La coloració amb el iode es dóna perquè les molècules dels glúcids atrauen les molècules de iode. Si aquelles estan dissoltes, les molècules de iode queden disperses; en canvi, si estan unides formant polisacàrids (tant si són insolubles com si formen dispersions col·loïdals), s’hi concentren moltes molècules de iode, amb la qual cosa apareixen punts molt foscos que provoquen l’enfosquiment absolut del medi. PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Els glúcids són les substàncies que són polihidroxialdehids o polihidroxicetones, i també els seus polímers i derivats. 2.

Homopolisacàrids

LABORATORI

Per mitjà de l’enllaç α

Per mitjà de l’enllaç β

2.47. Un sòlid constituït per molècules es dissol quan desapareixen els enllaços intermoleculars. En el cas dels oligosacàrids i dels polisacàrids globulars, les forces intermoleculars són de tipus elèctric. Aquestes són degudes a l’electronegativitat dels oxígens que acaparen els electrons dels hidrògens, que, d’aquesta manera, originen pols. L’aigua, com que és un líquid polar, actua desviant aquestes forces, de manera que dispersa les molècules. En el cas dels polisacàrids lineals, com que es disposen en paral·lel, són tantes les atraccions que resulten insolubles.

Midó

Cel·lulosa

Glicogen

Quitina

2.48. Formen dispersions col·loïdals. 2.49. Perquè, en un sòlid cristal·lí, les partícules estan ordenades en posicions fixes. Aquesta ordenació és senzilla si les molècules són petites, com passa en els oligosa-

62

CH2OH | O H

H | OH CH2OH | H

!"

H2O

c) Sobre la base de la gràfica contínua, es pot deduir que esmorzen a les 9 h, dinen a les 15 h, berenen a les 19 h i sopen a les 21 h.

O

H | OH sacarasa

!

b) Se les posa a les 9 h i a les 21 h.

H HOH2C |––– O –––|

3. Una molècula és un monosacàrid si compleix la definició i la fórmula molecular (indica la classe i el nombre d’àtoms que hi ha a la molècula). A No, perquè és un àcid orgànic (conté el grup carboxil !COOH) i no compleix la fórmula molecular. B No, perquè és un polialcohol (conté tres grups !OH) i no compleix la fórmula molecular. C Sí, perquè compleix la definició (aldehid de polialcohol) i la fórmula molecular (C4H8O4). D Sí, perquè compleix la definició (cetona de polialcohol) i la fórmula molecular (C3H6O3).

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 63

SOLUCIONARI

E No, perquè no compleix la fórmula molecular (per a una hexosa hauria de ser C6H12O6). 4. Són asimètrics els carbonis 2 i 3 perquè cadascun té els quatre enllaços units a àtoms o grups d’àtoms diferents (anomenats radicals). Per al carboni 2 aquests grups són: !COOH; !OH; !H; !CHOH–CH2OH.

10. La sacarosa no té caràcter reductor perquè no té cap carboni carbonílic lliure, ja que tots dos estan compromesos en l’enllaç O-glicosídic. PROVA D’AVALUACIÓ 2

Per al carboni 3 aquests grups són: !COOH!CHOH; !H; !OH; !CH2OH.

1. Perquè no es tracta d’àtoms de carboni hidratats, és a dir, enllaçats a molècules d’aigua, sinó d’àtoms de carboni units a grups alcohòlics (!OH), també anomenats radicals hidroxil, i a radicals hidrogen (!H).

El carboni asimètric es representa amb un asterisc: C*.

2.

5. a) Significa que, tenint a dalt el grup funcional més oxigenat (que, en aquest cas, és el grup funcional carbonil, de fórmula !CO), té el OH del carboni asimètric més allunyat del carbonil a la dreta en la fórmula lineal.

Monosacàrids

1 sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica

Oligosacàrids

De 2 a 10 monosacàrids

Polisacàrids

> 10 monosacàrids, generalment centenars

b) Correspon a un isòmer-D. CH2OH

Nombre de cadenes

Nom del grup

C"O 3. Una molècula és monosacàrid si compleix la definició i la fórmula molecular (indica la classe i el nombre d’àtoms que hi ha a la molècula).

H C O H H C O H

A No, perquè és un polialcohol (conté quatre grups !OH) i no compleix la fórmula molecular.

H C O H

B Sí, perquè compleix la definició (aldehid de polialcohol) i la fórmula molecular (C3H6O3).

CH2OH 6.

CHO

HOH2C5

O

OH

C Sí, perquè compleix la definició (cetona de polialcohol) i la fórmula molecular (C4H8O4).

H C O H

C4 H

H C1

D No, perquè és un àcid orgànic (conté el grup carboxil !COOH) i no compleix la fórmula molecular.

H C O H

H C3 C2 H

E No, perquè no compleix la fórmula molecular (per a una hexosa hauria de ser C6H12O6).

H C O H

OH OH

D-Ribofuranosa

CH2OH 7. La glucosa i la ribosa donaran positiva (#) la prova de Fehling perquè són monosacàrids. Els monosacàrids s’oxiden, és a dir, perden electrons davant d’altres substàncies que, quan els accepten, es redueixen. Per això poden reduir el reactiu de Fehling, perquè el grup carbonil, de fórmula CO (present en els compostos aldehid i cetona) perd electrons (s’oxida) i passa a grup àcid (!COOH). 8. En posar una dissolució de dihidroxiacetona (CH2OH!CO! CH2OH) en un polarímetre no observaria res. No hi hauria una desviació del pla de vibració de la llum polaritzada perquè aquesta molècula no posseeix cap carboni asimètric (és òpticament inactiva). 9. L’enllaç O-glicosídic de la maltosa és del tipus monocarbonílic perquè s’estableix entre el carboni carbonílic (que en aquest cas és el carboni 1) del primer monosacàrid (glucosa) i un carboni no carbonílic (que en aquest cas és el carboni 4) del segon monosacàrid (també glucosa). L’enllaç és, per tant, α(1 → 4).

4. a) Només és asimètric el carboni 3 perquè és l’únic que té els quatre enllaços units a àtoms o grups d’àtoms diferents (anomenats radicals). Aquests grups són: !CH2OH!CO; !H; !OH; !CH2OH. El carboni asimètric es representa amb un asterisc: C*. 5. a) Significa que, tenint a dalt el grup funcional més oxigenat (que, en aquest cas, és el grup funcional carbonil, de fórmula !CO), té el OH del carboni asimètric més allunyat del carbonil a l’esquerra en la fórmula lineal. b) Correspon a un isòmer-L. CHO H C O H H C O H H O C H H O C H CH2OH

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

63

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 64

SOLUCIONARI

6.

CH2OH | C | H OH | C | H

C1HO H | C | OH

OH C2 OH HO C3 H OH C4 OH

O H | C | OH

3. No. El fet que una molècula sigui isòmer !D no implica necessàriament que sigui dextrogira. La D-glucosa és dextrogira (en dissolució desvia el pla de vibració de la llum polaritzada cap a la dreta) i per això s’anomena també dextrosa. En canvi, la D-fructosa és levogira (en dissolució desvia el pla de vibració de la llum polaritzada cap a l’esquerra) i per això s’anomena també levulosa.

H | C | OH

4.

OH C5 OH

Tipus de glúcid

C6H2OH →

7. RCHO o RCOR " 2CuO Reactiu de Fehling (blau)

∆ (calor)

Reserva energètica

Estructural

Lloc on es troba

Leucoplasts (amiloplasts) de cèl·lula vegetal

Paret cel·lular vegetal

Utilitat

Preparació de coles, aprests de teixits, Paper, indústria alimentària, cotó hidròfil farmàcia Glicogen

Tipus de glúcid

Secció

"/!

Aliments

a

!

Llet (és un dels aliments més complets, encara que no té ferro ni vitamina C), formatge, iogurt.

b

!

Pollastre, ous, peix, carn.

"

Fruits secs, patates, llegums.

d

"

Col, pastanaga, albergínia, rave, tomàquet, blat de moro.

e

"

Raïm, plàtans, pomes, taronges, síndria.

f

"

Pa, cereals.

g

!

Mantega, oli.

Monosacàrids Propietats físiques

Propietats químiques

Sòlids cristal·lins

Oxidables

Color blanc

S’associen a grups amino (NH2)

Hidrosolubles

Reaccionen amb àcids

Gust dolç

S’uneixen amb altres monosacàrids

Quitina

Homopolisacàrid

Homopolisacàrid

α

Enllaç (α, β)

β

Funció

Reserva energètica

Estructural

Lloc on es troba

Fetge i músculs dels animals

Exosquelet d’artròpodes

Utilitat

Indústria farmacèutica, No s’ha trobat aplicació de moment. d’aliments, cosmètica

FITXA DE REFORÇ

2.

β

Funció

Òxid cuprós (vermell)

10. La maltosa sí que té caràcter reductor perquè té un carboni carbonílic lliure (el del segon monosacàrid), ja que aquest no està compromès en l’enllaç O-glicosídic.

64

α

Àcid carboxílic

9. L’enllaç O-glicosídic de la sacarosa és del tipus dicarbonílic perquè s’estableix entre el carboni carbonílic (que en aquest cas és el carboni 1) del primer monosacàrid (glucosa) i el carboni carbonílic (que en aquest cas és el carboni 2) del segon monosacàrid (fructosa). L’enllaç és, per tant, α(1 → 2).

c

Homopolisacàrid

RCOOH " Cu2O

8. En posar una dissolució de glucosa (CHO!(CHOH)4!CH2 OH) en un polarímetre hi hauria una desviació del pla de vibració de la llum polaritzada perquè aquesta molècula posseeix carbonis asimètrics (és òpticament activa).

1.

Cel·lulosa

Homopolisacàrid

Enllaç (α, β)

D-glucosa Aldehid o cetona

Midó

5. El nombre d’estereoisòmers augmenta de forma exponencial amb el nombre de carbonis asimètrics de la molècula; per tant, si n és el nombre de carbonis asimètrics, el nombre d’estereoisòmers serà 2n. Per a una glucosa lineal, el nombre de carbonis asimètrics és 4 (C-2, C-3, C-4 i C-5) i, per tant, el nombre d’estereoisòmers serà: 2n " 24 " 16 6. La certa és la b). Els isòmers òptics que es diferencien només en la configuració d’un àtom de carboni s’anomenen epímers; per tant, la glucosa i la mannosa són epímers perquè es diferencien exclusivament en la configuració de l’àtom de carboni en posició 2. FITXA D’AMPLIACIÓ 1.

Grup funcional

Fórmula

Estructura

Hidroxil

!OH

!O!H O // !C \ H \ C"O /

Carbonil

!CO

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

Compost Alcohol

Aldehids

Cetones

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 65

SOLUCIONARI

2. Resposta model. Prova de Molisch: si a una dissolució de qualsevol sucre s’afegeixen unes gotes del reactiu de Molisch (dissolució alcohòlica d’α-naftol) i es posa amb cura àcid sulfúric concentrat de tal manera que resti en el fons del tub d’assaig, es forma un anell de color violat. Prova de Benedict: s’utilitza per detectar la presència de sucres reductors perquè el reactiu de Benedict conté coure i aquest es redueix en presència de sucres reductors. El sucre reductor s’oxida perquè el coure es redueix. ! Reactiu de Benedict oxidat " sucre reductor → reactiu de Benedict reduït " sucre oxidat Quan s’afegeix reactiu de Benedict al sucre reductor en calent, canvia el color de la mostra que dóna un color taronja o vermell intens. Els resultats de la prova de Benedict seran: • Color vermell o verd (més o menys concentració de sucre respectivament) si la prova és positiva. • Color blau: si la prova és negativa. 3. a) D’esquerra a dreta les molècules són D-gliceraldehid i L- gliceraldehid. b) Pertanyen a isòmers espacials o estereoisòmers. Cadascun d’aquests isòmers espacials és imatge especular de l’altre, i per això s’anomenen estructures enantiomorfes. Encara que es girin en l’espai, no es poden superposar,

ja que són estructures diferents (com la mà dreta i l’esquerra). 4. Tipus de glúcid Enllaç (α, β) Funció Lloc on es troba

Utilitat

Pectina Heteropolisacàrid α Gelificant

Agar Heteropolisacàrid

Goma aràbiga Heteropolisacàrid

α Hidròfila

Algues Poma, pera, vermelles pruna, codony o rodofícies Preparació Preparació de industrial d’aliments i melmelades medis de cultiu

α Tancar ferides en les plantes Resina dels arbres Goma d’enganxar

5. El nombre d’estereoisòmers augmenta de forma exponencial amb el nombre de carbonis asimètrics de la molècula; per tant, si n és el nombre de carbonis asimètrics, el nombre d’estereoisòmers serà 2n. Per a una glucosa ciclada, el nombre de carbonis asimètrics és 5 (C-1, C-2, C-3, C-4 i C-5) i, per tant, el nombre màxim d’estereoisòmers serà: 2n # 25 # 32 6. La certa és la b). Els isòmers òptics que es diferencien només en la configuració d’un àtom de carboni s’anomenen epímers; per tant, la glucosa i la galactosa són epímers perquè es diferencien exclusivament en la configuració de l’àtom de carboni en posició 4.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

65

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 66

Els lípids

MAPA DE CONTINGUTS ELS LÍPIDS

estan constituïts per

tenen les funcions es classifiquen en

C, H i també O, P

reserva energètica

estructural

protectora SAPONIFICABLES (amb àcids grassos)

INSAPONIFICABLES (sense àcids grassos) biocatalitzadora

poden ser

SIMPLES

poden ser

COMPLEXOS

són

acilglicèrids

transportadora

isoprenoides

esteroides

prostaglandines

són

cèrids o ceres

fosfoglicèrids

fosfoesfingolípids

glicoesfinglípids

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. Cal reforçar l’aprenentatge de les propietats físiques i químiques dels àcids grassos saponificables. 2. Les propietats dels lípids ens permeten fer proves de determinació per detectar la seva presència en la matèria viva. 3. Cal donar importància a les funcions dels lípids per entendre la seva presència en una dieta equilibrada.

66

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 67

Els lípids

OBJECTIUS 1. Conèixer les característiques generals dels lípids i saber quins són els bioelements que els constitueixen. 2. Distingir els diferents tipus de lípids i els criteris de classificació. 3. Conèixer l’estructura bàsica dels àcids grassos, reconeixent els grups de molècules que els caracteritzen. 4. Distingir els dos tipus generals d’àcids grassos: saturats i insaturats. 5. Estudiar les propietats químiques dels àcids grassos: esterificació i saponificació. 6. Estudiar les propietats físiques dels àcids grassos: solubilitat i punt de fusió, i les seves causes.

7. Identificar els diferents tipus de lípids saponificables: simples i complexos. 8. Conèixer els diferents tipus de lípids simples, les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i la funció que tenen. 9. Identificar els diferents tipus de lípids complexos, les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i la funció que tenen. 10. Conèixer els constituents moleculars dels lípids insaponificables, la localització en els éssers vius i les funcions biològiques. 11. Estudiar les funcions biològiques generals dels lípids.

CONTINGUTS • Coneixement de les característiques generals dels lípids, els bioelements que els constitueixen i els criteris de classificació. (Objectius 1 i 2) • Estudi de les característiques moleculars dels àcids grassos i de les seves propietats químiques i físiques. (Objectius 3 i 4) • Identificació dels diferents tipus de lípids saponificables, estudiant les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i les funcions que tenen. (Objectius 5 i 6) • Identificació dels diferents tipus de lípids insaponificables, estudiant les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i les funcions que tenen. (Objectius 5 i 6) • Identificació de les fórmules dels diferents tipus de lípids i de les reaccions d’esterificació i saponificació. (Objectiu 7) • Construcció de models moleculars d’àcids grassos i de lípids simples. (Objectiu 8) • Desenvolupament de les reaccions de síntesi dels lípids simples. (Objectiu 8) • Reconeixement de les propietats dels lípids saponificables i dels lípids insaponificables. (Objectius 9 i 10) • Valoració de la importància de les funcions biològiques dels lípids per mantenir un bon estat de salut. • Aplicació del mètode científic en l’anàlisi de la presència de lípids en els aliments, i de les seves propietats químiques i físiques. (Objectiu 11)

CRITERIS D’AVALUACIÓ PROVES D’AVALUACIÓ CRITERIS D’AVALUACIÓ

Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Conèixer les característiques i les propietats generals dels lípids. (Objectius 1 i 2)

1

1

b) Identificar els diferents tipus d’àcids grassos i les propietats que tenen. (Objectius 3 i 4)

2

2

c) Reconèixer les reaccions d’esterificació i saponificació i saber-les desenvolupar. (Objectiu 5)

4

5

d) Identificar diferents tipus de lípids i les seves característiques moleculars, les propietats i la localització en els éssers vius. (Objectius 7, 8, 9 i 10)

3, 6, 9

3, 6, 7

e) Conèixer mètodes d’identificació de lípids, a partir de les propietats físiques i químiques. (Objectius 5 i 6)

5, 10

4, 10

f) Analitzar la importància d’una dieta rica en àcids grassos insaturats, en la prevenció de malalties cardiovasculars. (Objectiu 10) g) Saber les principals funcions biològiques dels lípids. (Objectiu 11)

7 6, 7, 8

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

8, 9

67

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 68

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 1

1

Quines són les característiques generals dels lípids? Quins criteris es tenen en compte a l’hora de classificar-los?

2

Quines característiques moleculars tenen els àcids grassos saturats? Quines propietats confereixen als lípids que els presenten i quines conseqüències se’n deriven?

3

Reconeix entre els compostos següents: àcids grassos, cèrids i acilglicèrids, i especifica’n els tipus, si és el cas. a) CH3 (CH2)7 CH ! CH (CH2)7 COOH b) CH3 (CH2)14 CO O CH2 CH3 (CH2)14 CO O CH CH3 (CH2)14 CO O CH2 c) CH3 (CH2)14 CO O C30H61 d) CH3 (CH2)12 COOH

4

Desenvolupa la reacció que té lloc per a la formació de tres molècules de palmitat sòdic, si partim d’una molècula de tripalmitina. Com s’anomena aquesta reacció? CH3 (CH2)14 CO O CH2 CH3 (CH2)14 CO O CH CH3 (CH2)14 CO O CH2 Explica tot el que sàpigues del procés digestiu en què té lloc l’emulsió dels greixos.

6

A quin grup de molècules pertany la molècula següent? On es localitza en els éssers vius i quina importància biològica té?

!

5

!

C

C

O O

CH2

O O

CH CH2

àcids grassos glicerina

CH2 CH2" N

–

àcid ortofosfòric

O O!P OH O

alcohol

CH3 CH3 CH3

7

Quina funció té el colesterol en els éssers vius? Quines conseqüències es deriven d’una ingesta excessiva de colesterol? Explica tot el que en sàpigues.

8

Explica les principals funcions biològiques dels lípids.

9

Què caracteritza els lípids insaponificables? Posa’n tres exemples i digues quina funció fa cada un.

10 Explica dues proves de reconeixement de lípids i digues en quines propietats et bases.

68

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 69

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 2

1

Quins mètodes utilitzaries per reconèixer lípids? Per què?

2

Quines característiques moleculars presenten els àcids grassos insaturats? Quines propietats confereixen als lípids que en presenten i quines conseqüències se’n deriven?

3

Dibuixa un triacilglicèrid i una cera. Quina funció té cadascuna d’aquestes molècules en els éssers vius?

4

Per què ens hem de rentar les mans, untades d’oli, amb sabó? Fes el dibuix esquemàtic del que passa.

5

Desenvolupa la reacció que té lloc en les cèl·lules quan emmagatzemen greix com a reserva energètica. Fes-ho a partir de l’àcid palmític: CH3 (CH2)14 COOH. Com s’anomena aquesta reacció?

6

A quin grup de molècules pertany el compost següent? On es localitza en els éssers vius i quina importància biològica té? H3C CH3 CH3

CH3 CH3

HO

7

Quina propietat física presenten les molècules que formen part de les membranes cel·lulars? A quin grup de lípids pertanyen i en quines altres estructures i teixits les podem trobar?

8

Quina semblança i quina diferència hi ha entre els esteroides i els isoprenoides? Esmenta dues molècules de cada grup i la funció biològica que duen a terme.

9

Anomena quatre lípids, cadascun amb una funció biològica diferent.

10 Dissenya un experiment per demostrar que la bilis és un bon emulsionant. Explica quin significat té aquesta

funció.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

69

917280 _ 0066-0079.qxd

3

12/1/09

11:12

Página 70

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA DE REFORÇ

1

Dins del grup dels lípids s’hi inclouen les molècules solubles en ...................................... i, per tant, insolubles en .......................................

2

Els lípids, segons si tenen àcids grassos o no els classificarem en:

3

Els àcids grassos estan formats per ......................................

4

S’anomenen àcids grassos saturats, com ......................................, aquells que presenten ......................................

5

S’anomenen àcids grassos insaturats, com ......................................, els que presenten ......................................

6

Quin tipus de molècules són necessàries per què es produeixi una reacció d’esterificació?

7

Entre quines molècules es produeix una reacció de saponificació? Com s’anomena la molècula que s’obté i quina propietat presenta?

8

Què és el que fa que un àcid gras de més de 6 C sigui insoluble en aigua?

9

Per què els àcids grassos saturats són sòlids a temperatura ambient?

10 Quina és la principal funció dels greixos que ingerim en la dieta? 11 Explica quina és la funció principal de les ceres i per què. 12 Quines molècules són les que constitueixen principalment la membrana unitària? Què vol dir que tenen

un comportament amfipàtic? 13 Quins són els principals lípids insaponificables i què els caracteritza? 14 Digues les principals funcions dels lípids, posant un exemple de cada.

70

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 71

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA D’AMPLIACIÓ

1

Els lípids són substàncies solubles en ...................................... o ...................................... o ...................................... perquè .......................................

2

Fes la classificació dels lípids, especificant quins criteris es tenen en compte i posant un exemple de cada tipus.

3

Quins tipus d’àtoms formen un àcid gras? Representa el model en què es visualitzen els angles, explicant les característiques de cada part de la molècula.

4

Quines característiques moleculars i propietats diferencien els àcids grassos saturats dels insaturats?

5

Per què la dieta ha de ser rica en àcids grassos insaturats?

6

Escriu la reacció general que es produeix entre un àcid gras i un alcohol. Com s’anomena l’enllaç que s’ha format?

7

Escriu la reacció que es produeix entre un àcid gras i una base forta. Com s’anomena aquest tipus de reacció? Quin és el nom del producte que s’obté i quina és la propietat que el caracteritza?

8

Si posem aigua, sabó i oli en un vas de precipitats i ho barregem, explica quin serà el comportament d’aquestes substàncies, en relació amb la seva solubilitat. Pots fer-ho amb un esquema.

9

Per què les margarines vegetals són sòlides a temperatura ambient, si estan fetes a partir d’olis?

10 Quines molècules obtenim a partir de la hidròlisi dels greixos? 11 Explica la composició molecular de les ceres i la seva funció principal. 12 Dibuixa esquemàticament un fosfoglicèrid, digues les principals característiques de la molècula, on el podem

localitzar i quina és la seva disposició. 13 Què caracteritza cadascun dels tipus de lípids insaponificables? Posa un exemple de cada grup, especificant

la funció que té en l’organisme. 14 Anomena les principals funcions dels lípids. Posa un exemple de cadascuna, especificant a quin grup pertany,

dins dels lípids.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

71

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 72

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT

3.6. CH3$(CH2)16$COO$CH2

• El càlcul és: 80 kg ! 15/100 " 12 kg.

CH3$(CH2)16$COO$CH

ACTIVITATS

CH3$(CH2)16$COO$CH2

3.1. Les sals dels àcids grassos i Na o K , els anomenats sabons de Na o K, tenen un comportament amfipàtic, és a dir, presenten una part lipòfila, la cadena hidrocarbonada, capaç d’establir enllaços de Van der Waals amb les cadenes hidrocarbonades dels greixos, i una part hidròfila, els grups $COONa o $COOK, que, en contacte amb l’aigua, generen un grup carboxil ionitzat ($COO$) i un catió (Na# o K#). Així doncs, quan el sabó es posa en contacte amb la taca de greix, la part lipòfila del sabó s’estén en el si del greix, i la part hidròfila en queda fora, dirigida cap a l’exterior de la taca. En presència d’aigua, el pol hidròfil s’ionitza ($COO$), s’hi aproxima el catió (Na# o K#) gràcies a les forces elèctriques, i aquest, al seu torn, queda envoltat de molècules dipolars d’aigua, també gràcies a atraccions de tipus elèctric (hidratació iònica). L’agitació que té lloc en el rentat possibilita la subdivisió de la taca de greix en micel·les, formades per molècules de greix a l’interior i per una monocapa, no necessàriament contínua, de molècules de sabó ionitzat a la perifèria. Les micel·les queden envoltades pels cations, i aquests, per capes de molècules d’aigua, fet que impedeix la unió entre les micel·les. L’aigua té una funció mecànica d’arrossegament de les micel·les fora del substrat tacat. #

#

3.2. Les micel·les no s’uneixen entre si perquè, com que tenen càrregues negatives a la perifèria, atrauen els cations (Na+ o K+), que formen una capa de càrregues positives que, al seu torn, atrauen molècules d’aigua (solvatació iònica), i aquests escuts d’aigua impedeixen la unió entre les micel·les. 3.3. CH3$(CH2)7$CH " CH$(CH2)7$COOH # HO$CH2$CH3 → CH3$(CH2)7$CH " CH$(CH2)7$COO$CH2$CH3 # # H2O 3.4. a) És un monoacilglicèrid format per la unió d’un àcid palmític i una glicerina: el monopalmitat de glicerina. b) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és una molècula de glicerina. c) És la cera d’abella, el palmitat de miricil, format per la unió d’un alcohol monovalent de cadena llarga, l’alcohol miricílic, i un àcid gras, l’àcid palmític. d) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és un àcid gras. e) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és una molècula del sabó palmitat sòdic. f) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és una molècula d’alcohol miricílic. g) És un cèrid, format per l’àcid palmític i un alcohol monovalent de cadena llarga. 3.5.

CH3$(CH2)16$COO$CH2 CH3$(CH2)7$CH"CH$(CH2)7$COO$CH CH2$OH

72

3.7. La molècula inicial és un diacilglicèrid: diesteracilglicèrid o diestearina. CH3$(CH2)16$COO$CH2 CH3$(CH2)16$COO$CH CH2OH 3.8. Ha tingut lloc una reacció de saponificació. CH3$(CH2)16$COO$CH2 CH3$(CH2)16$COO$CH # 3NaOH → CH3$(CH2)16$COO$CH2 → 3[CH3$(CH2)16$COONa] # CH2OH$CHOH$CH2OH 3.9. La trioleïna o oli d’oliva és un oli, és a dir, és un greix líquid a temperatura ambient, perquè és un triacilglicèrid que presenta tres àcids grassos insaturats (tres àcids oleics), fet que li confereix una disposició espacial que dificulta l’establiment d’enllaços de Van der Waals entre les diferents molècules de trioleïna. Així doncs, el seu punt de fusió és baix. La triestearina és un sèu, és a dir, un greix sòlid a temperatura ambient, ja que té tres àcids grassos saturats, tres àcids esteàrics, per la qual cosa la seva configuració espacial li permet establir un gran nombre d’enllaços de Van der Waals amb altres molècules de triestearina, fet que impedeix el moviment de les molècules entre si, és a dir, té un comportament de sòlid. Així doncs, el seu punt de fusió és més elevat que l’anterior. 3.10. El colesterol, com que es disposa interaccionant el seu grup polar amb la zona hidròfila dels fosfolípids i interaccionant el sector apolar amb la zona lipòfila d’aquests fosfolípids, produeix l’estabilitat de la membrana perquè disminueix la fluïdesa o la mobilitat dels fosfolípids entre si. 3.11. L’aldosterona és una hormona esteroide i, per tant, pertany al grup dels esteroides. És secretada a les càpsules suprarenals i té com a funció més important regular la reabsorció d’aigua i ions al ronyó. Els esteroides deriven de l’esterà, amb un àtom d’oxigen unit al carboni 3 amb doble enllaç. Són lípids insaponificables. 3.12. Els lípids acumulen molta més energia per gram que els glúcids. En organismes sèssils com ara els vegetals no hi ha cap inconvenient a utilitzar glúcids (generalment midó) com a reserva energètica, mentre que per als animals, que generalment són organismes que s’han de moure, com menys pesen les seves reserves energètiques, més avantatges tenen. 3.13. Bàsicament és degut al fet que a l’intestí els lípids són emulsionats pels àcids biliars, com l’àcid còlic. Aquests àcids estenen la part lipòfila pel si dels lípids ingerits, i el pol hidròfil ionitzat queda dirigit cap a l’exterior.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 73

SOLUCIONARI

Per l’acció mecànica de les parets de l’intestí, aquests lípids emulsionats s’escindeixen en nombroses micel·les, que queden separades perquè cadascuna de les quals està envoltada de moltes molècules dipolars d’aigua, que els pols hidròfils ionitzats atrauen.

3.21. Perquè la molècula de les ceres és elevadament hidròfoba pels dos extrems, en canvi els acilglicèrids, si són monoacilglicèrids o diacilglicèrids no ho són, i si són triacilglicèrids no ho són amb la mateixa intensitat que les ceres.

3.14. Els àcids grassos naturals són molècules formades per una llarga cadena hidrocarbonada de tipus alifàtic, és a dir, lineal, amb un nombre parell d’àtoms de carboni, i el darrer carboni constitueix un grup carboxil (!COOH). Si hi ha dobles enllaços en la cadena s’anomenen insaturats, i si no els presenta, saturats. Són insolubles en aigua, solubles en dissolvents apolars com ara el benzè, tenen un comportament amfipàtic, ja que presenten un pol hidròfil (!COOH) i una part lipòfila (CH3 !CH2 !CH2 !CH2 !...), són esterificables i saponificables, i el seu punt de fusió és més baix en els insaturats que en els saturats, ja que els colzes originats pels dobles enllaços dificulten l’establiment de les forces de Van der Waals.

3.22. Els lípids de membrana són els fosfolípids (fosfoglicèrids i fosfoesfingolípids), els glicolípids (gangliòsids i cerebròsids) i el colesterol. La característica més important és que són amfipàtics, fet que els permet constituir la doble capa lipídica.

3.15. L’esterificació és la reacció d’un àcid gras amb un alcohol. Per exemple, l’àcid palmític reacciona amb el propanol i dóna lloc al palmitat de propil. 3.16. Un sabó és una sal d’àcid gras. Si el catió és el sodi o el potassi, el sabó és soluble; en canvi, si és el calci o el magnesi, el sabó és insoluble. Es forma fent reaccionar un àcid gras o, molt més sovint, un lípid que contingui àcids grassos, atès que gairebé no hi ha àcids grassos lliures, amb un hidròxid de sodi, potassi, calci, magnesi, etc.

3.18. Fent-la reaccionar amb un àcid fort com el HCl, o bé per mitjà d’un enzim lipasa que trenca els enllaços de tipus èster propis dels greixos. En tots dos casos es necessita l’acció de molècules d’aigua que es trenquen i aporten hidrogen per formar l’àcid gras resultant, i grups OH per formar l’altre producte, l’alcohol. 3.19. Com que per emmagatzemar una mateixa quantitat d’energia faria falta el doble de pes, l’ocell no podria pràcticament volar. 3.20. Perquè com que les plantes no es mouen per a elles no és un greu problema l’augment de pes i de volum que suposa tenir les reserves energètiques en forma de polisacàrids en lloc de lípids. Les estructures vegetals que presenten un alt percentatge de lípids són les llavors. La raó és que com més petites són més fàcil els resulta la dispersió, i com que han d’estar enterrades en terra humida per poder germinar, els lípids resulten més estables que no pas els polisacàrids davant dels bacteris del terra.

Zona hidròfila

Zona hidròfoba Esfingosina CH3!(CH2)12!CH # CH!CH!OH CH3!(CH2)22!CO!NH!CH Àcid lignocèric Ceramida

Colina

O

CH3 " CH2!O!P!O! CH2!CH2!N !CH3 CH3 O

3.24. La reacció és: CH3!(CH2)16!COO!CH2 CH3!(CH2)16!COO!CH " 3NaOH Hidròxid sòdic

CH3!(CH2)16!COO!CH2 Triacilglicèrid (triestearina)

SAPONIFICACIÓ

!"

3.17. Com més llarga és la cadena alifàtica més enllaços de Van der Waals es formen i, en conseqüència, més tendència a constituir sòlids presenten. D’altra banda, la presència d’enllaços dobles fa que les cadenes lineals presentin «colzes», la qual cosa dificulta l’ordenació espacial en paral·lel de les cadenes hidrocarbonades i, per tant, la formació d’enllaços de Van der Waals. Per tant, com més llargues siguin les molècules i menys enllaços dobles presentin, més enllaços de Van der Waals hi haurà i, per tant, més alt serà el punt de fusió.

3.23. Es tracta de l’esfingomielina. Es troba en la beina de mielina de les neurones. Se’n pot observar l’estructura en la figura següent:

HO!CH2

CH3!(CH2)16!COONa

HO!CH " CH3!(CH2)16!COONa HO!CH2

CH3!(CH2)16!COONa

Glicerina

3 estearat sòdic (sabó)

3.25. La semblança és que els tres són èsters. Les diferències són que els triacilglicèrids són lípids simples, és a dir, només estan constituïts per un alcohol esterificat amb àcids grassos; en canvi, els fosfoglicèrids i els fosfoesfingolípids presenten, a més, un altre tipus de molècules. La diferència entre aquests dos últims és que els fosfoglicèrids presenten l’alcohol glicerina i, en canvi, els fosfoesfingolípids presenten l’alcohol esfingosina. 3.26. En el fet que els esterols presenten un grup alcohòlic (OH) al tercer carboni de la molècula d’esterà, mentre que els esteroides presenten un oxigen (O) al tercer carboni de la molècula d’esterà. 3.27. Són necessàries sis molècules d’isoprè. 3.28. La vitamina D2 se sintetitza a partir de l’ergosterol, provitamina d’origen vegetal, i la D3 se sintetitza a partir del colesterol. Totes dues, gràcies a l’acció dels rajos ultraviolats sobre la pell. 3.29. Els fosfoesfingolípids com ara l’esfingomielina, i els glicolípids, com ara els cerebròsids i els gangliòsids. 3.30. La majoria dels isoprenoides són biomolècules que només presenten àtoms de carboni i d’hidrogen.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

73

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 74

SOLUCIONARI

3.31. a)–3, b)–2, c)–5, d)–6, e)–1, i f)–4.

b)

45

3.32. La funció de reserva energètica la fan els acilglicèrids i els àcids grassos. Per exemple la triestearina, la trioleïna, i la tripalmitina. En ser apolars no es dispersen en l’aigua, sinó que formen acumulacions sòlides o líquides a l’interior de les cèl·lules.

40

A nivell cel·lular la funció estructural la fan els lípids de membrana, és a dir, els fosfoglicèrids, els fosfoesfingolípids, els glicoesfingolípids i el colesterol. La raó és que en ser molècules amfòteres es disposen formant bicapes, la qual cosa els permet delimitar espais incomunicats amb l’exterior. A nivell d’òrgans també tenen aquesta funció els acilglicèrids. Aquests, en acumularse constituint estructures insolubles i toves, serveixen com a protectors mecànics.

20

35

25

15

30

●

ÀCID PALMÍTIC

28 26

●

5 0

● mirístic

34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

palmític

●

●

esteàric

palmitoleic

22

●

linoleic

●

VACA ●

●

●

●

● mirístic

palmític

esteàric

palmitoleic

oleic

linoleic

c) L’àcid linoleic, ja que és molt abundant en els vegetals i molt escàs en els animals. En menys grau, l’àcid mirístic, ja que és més abundant en els animals que en els vegetals.

e) En els animals predominen els saturats, mentre que els insaturats (oleic i linoleic) tan sols oscil·len entre el 22,7 % i el 50,5 %; en els vegetals predominen els insaturats, ja que oscil·len entre el 69,6 % i el 84,5 %.

●

18 16 14

●

3.36. a)

12 10

Proteïnes Glúcids Lípids

8 6

oleic

d) Per ordre de semblança són l’àcid oleic, el palmitoleic, l’esteàric i el palmític.

●

24

20

●

10

Fan la funció transportadora els àcids biliars i els proteolípids, que són associacions de proteïnes específiques amb colesterol i fosfoglicèrids bàsicament. La raó és que en ser molècules amfipàtiques es poden unir per un extrem al lípid i per l’altre establir enllaços de tipus elèctric amb les molècules d’aigua i així possibilitar-ne el transport per la sang i la limfa.

3.35. a)

●

30

Fan la funció d’impermeabilitzant les ceres, com la cera d’abella, la lanolina de la llana i el cerumen del conducte auditiu. La raó és que en ser molt hidròfobes pels dos extrems de la molècula, resulten molt útils com a impermeabilitzants.

INTERPRETACIÓ DE DADES

●

BLAT DE MORO

home

vaca

ovella

oliva

blat de moro

cotó

● gira-sol

60

ÀCID OLEIC

●

50

●

Total % kcal kcal /100 g dels lípids

Sencera g /100 g kcal /100 g

2,90 11,6

4,60 18,4

3,60 32,4

62,4

51,9

Desnatada g /100 g kcal /100 g

3,10 12,4

4,30 17,20

0,30 2,7

32,3

8,4

40

● ●

30

● ●

20

●

10

0 home

74

vaca

ovella

oliva

blat de moro

cotó

gira-sol

b) Es tracta d’un triacilglicèrid, és a dir, un èster de tres àcids grassos amb la glicerina. L’enllaç que uneix cadascun dels àcids grassos amb la glicerina és un enllaç de tipus èster. 3.37. a) Les principals diferències són: l’absència de colesterol i d’alguns fosfolípids a la membrana interna del mitocondri i la diferent proporció de fosfatidilcolina i d’esfingomielina.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 75

SOLUCIONARI

b) La membrana dels bacteris i de la membrana interna del mitocondri tenen en comú l’absència de colesterol i d’alguns fosfolípids que sí que estan presents a la resta de membranes eucariotes. 3.38. Estan representats els fosfoglicèrids o fosfolípids i el colesterol. Totes aquestes molècules mostren un caràcter amfipàtic, és a dir, tenen una part apolar que s’aproxima a les de les altres molècules i totes queden orientades cap a l’interior de la doble capa, i una part polar, que té afinitat per l’aigua i que, per tant, queda orientada cap a l’exterior, restant en contacte amb les molècules d’aigua.

LABORATORI 39. Resposta model. S’haurien d’observar dues capes a cada tub: una fase inferior d’aigua, que no es mescla amb l’oli i els dissolvents orgànics perquè és polar i més densa, i una fase superior amb l’oli i el dissolvent orgànic corresponent, perquè són apolars i menys densos. 40. Resposta orientativa. S’han d’observar dues fases, una d’inferior amb aigua, que es manté transparent i una altra de superior amb l’oli tenyit de color rosa pel Sudan III, perquè és un colorant apolar. Les diferents fases que s’observen en l’experiment amb la llet (ha de ser llet sencera) són degudes a la diferent densitat de les fases. Podem saber quina fase ocupen els greixos gràcies a la tinció específica amb el Sudan III. Les proteïnes desnaturalitzades queden en la fase inferior ja que s’aglutinen i precipiten. La lactosa o sucre de la llet és l’única biomolècula orgànica que és soluble en aigua, per això es troba en la fase intermèdia. 41. Resposta orientativa. Primer s’observen gotetes d’oli disperses per l’aigua (emulsió temporal), però a mesura que passa el temps aquestes gotetes s’uneixen fins que tornen a formar dues fases ben diferenciades. A l’afegir-hi sabó, aquest fa d’emulsionant i, per tant, embolcalla les gotetes d’oli impedint que es tornin a unir. Es forma una emulsió permanent. 42. Resposta orientativa. Fase superior: líquida i de color groc. Conté l’oli que no ha reaccionat. Fase intermèdia: semisòlida, d’aspecte grumollós. S’ha produït la saponificació, és a dir, s’ha format sabó (la sal de l’àcid gras). Es pot comprovar agafant-ne una mica amb un comptagotes i posant-ho en un tub d’assaig amb aigua. Si es remena s’observarà la formació d’escuma. Fase inferior: líquida i de color clar. Conté l’hidròxid de sodi que no ha reaccionat i la glicerina.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Els lípids són molècules insolubles en aigua i altres líquids polars, i solubles en dissolvents orgànics. Es classifiquen segons si tenen àcids grassos (saponificables) o no (insaponificables).

2. Els àcids grassos saturats estan formats per una llarga cadena hidrocarbonada, amb un grup carboxil en un extrem. Tots els enllaços entre carbonis són simples. Formen cadenes lineals, unides entre si per moltes forces de Van der Waals, que donen estabilitat a un grup de molècules i, per tant, amb un alt punt de fusió. 3. a) àcid gras insaturat; b) triacilglicèrid; c) cèrid; d) àcid gras saturat. 4. CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 CH3!(CH2)14!CO!O!CH " 3NaOH → CH3!(CH2)14!CO!O!CH Tripalmitina

Hidròxid de sodi

HO!CH2 → HO!CH " 3 CH3!(CH2)14!COONa HO!CH2 Glicerina

Palmitat sòdic

Ha tingut lloc una reacció de saponificació. S’han obtingut tres molècules d’una sal d’un àcid gras o sabó. 5. Quan els greixos arriben al duodè són emulsionats per les sals biliars fabricades al fetge. Aquest procés consisteix en una digestió física en què s’aconsegueix que el greix es mantingui en gotetes petites per així augmentar la superfície de contacte entre els greixos i les lipases (enzims que digeriran químicament els greixos). També s’afavorirà l’absorció dels àcids grassos a nivell de l’intestí. 6. Es tracta d’un fosfoglicèrid que pertany als lípids saponificables complexos, perquè presenta dos àcids grassos, una glicerina, un àcid fosfòric i un aminoalcohol. Són les molècules més abundants a la membrana plasmàtica. Es disposen en una doble capa, on les zones hidròfiles estan en contacte amb el medi i les zones lipòfiles estan enfrontades entre si. La importància biològica és la de delimitar la cèl·lula i els orgànuls membranosos. 7. El colesterol és un component de la membrana unitària en els animals, sobretot de la plasmàtica. Se situa entre els fosfolípids i els estabilitza. És molt abundant en l’organisme i serveix per a la síntesi de gairebé tots els esteroides. Si la ingesta en la dieta és excessiva es diposita en les parets internes de les artèries, i provoca un enduriment i la disminució de la llum de l’artèria. Com a conseqüència es pot produir arteriosclerosi i trombosi. 8. Les funcions principals dels lípids són: – Reserva energètica: cada gram de lípid (acilglicèrids) produeix 9,4 kcal. – Estructural i protectora: forma part de la bicapa lipídica de les membranes unitàries, recobreix i protegeix alguns òrgans (ronyó), impermeabilitza la pell, pèl, plomes (ceres), i fa d’aïllant tèrmic (hipodermis). – Biocatalitzadora: catalitzen reaccions químiques (vitamines, hormones i prostaglandines).

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

75

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 76

SOLUCIONARI

– Transportadora: els lípids seran transportats, des de l’intestí fins allà on s’hagin d’utilitzar, per proteolípids o emulsionants gràcies a les sals biliars. 9. Els lípids insaponificables són els que no presenten àcids grassos i, per tant, no reaccionen formant sabons quan se’ls afegeix una base forta. Exemples: isoprenoides: vitamina A; esteroides: sals biliars, que emulsionen els greixos i en faciliten la digestió química i l’absorció a nivell intestinal; prostaglandines: que estimulen els receptors del dolor, fan aparèixer la febre... 10. Tinció amb Sudan-III: es basa en el fet que és una substància lipòfila i, per tant, tenyeix els lípids. Reacció de saponificació: només reaccionaran amb una base forta i formaran sabó els lípids saponificables, que són els que presenten àcids grassos en la seva composició. PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. Per reconèixer lípids hem de basar-nos en la seva solubilitat, perquè són molècules elèctricament neutres, per tant, són insolubles en aigua i dissolvents polars i, en canvi, solubles en dissolvents apolars. En el cas dels lípids que contenen àcids grassos hem de basar-nos en la reacció de saponificació que té lloc quan es combinen amb una base forta. 2. Els àcids grassos insaturats són els que presenten un o més enllaços dobles entre els carbonis de la cadena hidrocarbonada, per això la molècula presenta colzes on hi ha el doble enllaç. Això fa que les molècules que els presentin no estiguin tan fortament unides entre si i per això tenen un punt de fusió més baix. 3. Triacilglicèrid: funció de reserva energètica, protectora d’alguns òrgans i aïllant tèrmic.

HO!CH2 HO!CH " 3 CH3!(CH2)14!COOH → HO!CH2 Glicerina

Àcid palmític

Aigua

CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 → CH3!(CH2)14!CO!O!CH " 3 H2O CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 Tripalmitina

6. Es tracta del colesterol. El colesterol és un component de la membrana unitària en els animals, sobretot de la plasmàtica. Se situa entre els fosfolípids i els estabilitza. És molt abundant en l’organisme i serveix per a la síntesi de gairebé tots els esteroides. 7. Són molècules amfipàtiques: presenten una part lipòfila i una altra d’hidròfila, per això es disposen formant una bicapa on les parts lipòfiles s’enfronten entre si i les hidròfiles estan en contacte amb el medi extra i intracel·lular. Pertanyen als lípids saponificables complexos i dins d’aquests als fosfoglicèrids i fosfoesfingolípids. També els podem trobar al cervell, al fetge, al rovell d’ou i a les beines de mielina. 8. Els esteroides i els isoprenoides tenen en comú que no presenten àcids grassos i, per tant, no són saponificables. I es diferencien en el fet que els isoprenoides deriven de la polimerització de l’isoprè i en canvi els esteroides deriven de l’esterà o ciclopentà perhidrofenantrè.

CH3!(CH2)14!CO!O!CH2

Isoprenoides: fitol, component de la clorofil·la, i vitamina K, que intervé en el procés de coagulació de la sang.

CH3!(CH2)14!CO!O!CH

Esteroides: colesterol, estabilitzador de les membranes cel·lulars, i vitamina D, que regula el metabolisme del calci.

CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 Cera: impermeabilitzar, en plomes, pèl, pell, epidermis vegetal... CH3!(CH2)14!CO!O!C30H61 4. Perquè el sabó emulsiona els greixos, és a dir, embolcalla els greixos i els manté en forma de gotetes petites, de manera que en facilita la solubilitat en l’aigua i la posterior eliminació. " Na" Na

(CH3!(CH2)14! COO2 " Na")

n

Na" Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Gota de greix

Molècules ionitzades d’un tipus de sabó, el palmitat sòdic

Na"

Na"

Na"

Na" Na" Na

"

Na

"

Na"

Na"

5. Es produeix una reacció d’esterificació. Tres molècules d’àcid palmític reaccionen amb una molècula de glicerina i

76

s’obté el triacilglicèrid tripalmitina, que s’emmagatzema als adipòcits:

9. Progesterona: hormona que prepara els òrgans sexuals femenins per a la gestació. Àcids biliars: emulsionen els greixos i en faciliten l’absorció a nivell de l’intestí. Fosfolípids: formen l’estructura de la membrana plasmàtica. Olis: acilglicèrids amb funció de reserva energètica. 10. Agafarem tres tubs d’assaig i posarem 1 ml d’aigua i 1 ml d’oli a cadascun. Els numerarem. En el tub 1 posarem unes gotes de sabó. En el tub 2 tirarem unes gotes de bilis de pollastre i el tub 3 servirà de patró. Agitarem els tres tubs i els deixarem reposar. Si els observem al cap d’uns minuts, hauríem de comprovar que en el tub 3 l’aigua i l’oli s’han tornat a separar, perquè són immiscibles, i en els tubs 1 i 2 l’aigua i l’oli estan barrejats (s’observen les micel·les d’oli disperses per l’emulsió). Així comprovaríem que la bilis fa d’emulsionant, igual que el sabó.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0066-0079.qxd

3

12/1/09

11:12

Página 77

SOLUCIONARI

FITXA DE REFORÇ 1. Dins del grup dels lípids s’hi inclouen les molècules solubles en dissolvents orgànics o apolars i, per tant, insolubles en aigua i dissolvents polars. 2. Els lípids, segons si tenen àcids grassos o no, els classificarem en saponificables, quan en tenen i insaponificables, si no en tenen. 3. Els àcids grassos estan formats per una cadena hidrocarbonada, lineal i un grup carboxil o àcid en un extrem, amb nombre parell d’àtoms de carboni. 4. S’anomenen àcids grassos saturats, com l’eesteàric i el palmític, aquells que presenten enllaços simples entre els seus carbonis. 5. S’anomenen àcids grassos insaturats, com l’ooleic i el linoleic, els que presenten un o més enllaços dobles entre els seus carbonis. 6. Perquè tingui lloc una reacció d’esterificació són necessàries: Una molècula amb algun grup carboxil o àcid i una altra amb algun grup hidroxil o alcohol. 7. La reacció de saponificació es produeix entre el grup carboxil d’un àcid gras i l’hidroxil d’una base forta. La molècula que s’obté és una sal de l’àcid gras i s’anomena sabó. És una molècula amfipàtica (un pol hidròfil i un altre lipòfil) i per tant és un emulsionant dels lípids. 8. És insoluble en aigua perquè la cadena hidrocarbonada, que és lipòfila, predomina respecte del grup àcid que és hidròfil. 9. Els àcids grassos saturats són sòlids a temperatura ambient perquè formen cadenes lineals unides entre si per molts enllaços de Van der Waals i, per tant, amb un punt de fusió alt. 10. La principal funció dels greixos que ingerim en la dieta és la de reserva energètica. Per cada gram d’acilglicèrid s’obtenen 9,4 kcal. 11. La principal funció de les ceres és la de protecció i impermeabilització d’epidermis i formacions dèrmiques d’animals, perquè formen cadenes lineals i perquè són molècules lipòfiles. 12. Les principals molècules que constitueixen la membrana unitària són els fosfolípids. Es diu que tenen un comportament amfipàtic perquè presenten una zona hidròfila i una altra lipòfila. 13. Insaponificables: si no presenten àcids grassos. • Terpens o isoprenoides: molècules derivades de la polimerització de l’isoprè. Ex.: mentol, vitamina A, cautxú. • Esteroides: molècules derivades de l’esterà. Ex.: colesterol, àcids biliars, vitamina D, aldosterona, progesterona.

• Estructural i protectora: forma part de la bicapa lipídica de les membranes unitàries (fosfoglicèrids, lípids saponificables complexos). • Biocatalitzadora: biocatalitzadors de reaccions químiques com les vitamines, hormones (esteroides, lípids insaponificables). • Transportadora: els lípids seran transportats, des de l’intestí fins allà on s’hagin d’utilitzar, pels proteolípids, o emulsionants gràcies a les sals biliars (esteroides, lípids insaponificables). FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Els lípids són substàncies solubles en dissolvents apolars, o lipòfils, o hidròfils, perquè són molècules neutres elèctricament. 2. Els lípids es classifiquen en: 1. Saponificables: si tenen àcids grassos. a) Simples: formats per l’esterificació d’àcids grassos i un alcohol. • Acilglicèrids: formats per l’esterificació d’1, 2 o 3 àcids grassos amb la glicerina. Ex.: tripalmitina. • Cèrids: esterificació d’1 àcid gras i un alcohol monovalent de cadena llarga. Ex.: lanolina. b) Complexos: èsters d’àcids grassos, alcohol i un altre tipus de molècula. • Fosfoglicèrids: èsters de dos àcids grassos, la glicerina, l’àcid fosfòric i un aminoalcohol. Ex.: cefalina. • Fosfoesfingolípids: èster d’un àcid gras, un aminoalcohol de cadena llarga (esfingosina), un grup fosfat i un aminoalcohol. Ex.: esfingomielina. • Glicoesfingolípids: èster d’un àcid gras, un aminoalcohol de cadena llarga (esfingosina) i un glúcid. Ex.: cerebròsid. 2. Insaponificables: si no presenten àcids grassos. a) Terpens o isoprenoides: molècules derivades de la polimerització de l’isoprè. Ex.: mentol, vitamina A, cautxú. b) Esteroides: molècules derivades de l’esterà. Ex.: colesterol, àcids biliars, vitamina D, aldosterona, progesterona. c) Prostaglandines: substàncies derivades de l’àcid prostanoic. Ex.: prostaglandina. 3. Els àcids grassos estan constituïts per carbonis i hidrògens. Es disposen formant una cadena hidrocarbonada (lineal o alifàtica), que és la part lipòfila de la molècula. En un extrem hi ha un grup carboxil (!COOH), que és la part polar de la molècula.

• Prostaglandines: substàncies derivades de l’àcid prostanoic. Ex.: prostaglandina. O

14. Les principals funcions dels lípids són: • Reserva energètica: acilglicèrids (lípids saponificables simples). Cada gram de lípid produeix 9,4 kcal.

11 0°

C °

OH

110 4. Els àcids grassos saturats només tenen enllaços simples

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

77

917280 _ 0066-0080.qxd

16:29

Página 78

a b

CO!O!!CH

5. Els àcids grassos insaturats dissolen el colesterol que es pugui dipositar a les parets de les artèries, i així eviten que s’hi formi la placa d’ateroma.

O

O

4. Els àcids grassos saturats només tenen enllaços simples entre els carbonis de la cadena hidrocarbonada, i els insaturats tenen algun enllaç doble entre els carbonis. Els àcids grassos saturats són lineals i els insaturats presenten colzes on hi ha el doble enllaç, per això s’estableixen menys forces de Van der Waals entre si i el seu punt de fusió és més baix.

CH2!O!P!O! CH2!CH2!NH2

SOLUCIONARI

CO!O!!CH

3

29/12/08

6. Es forma un enllaç èster: CH3!CH2!......!COOH " CH3!CH2!.......CHOH → → CH3!CH2!.......CO ! O ! CH2!....CH2!CH3 " H2O 7. Es produeix una reacció de saponificació. La molècula que s’obté és una sal de l’àcid gras, que s’anomena sabó. Es caracteritza per ser una molècula amfipàtica, és a dir, que té una zona hidròfila i una altra lipòfila. Això li confereix la propietat d’emulsionar els greixos. CH3!CH2!......-COOH " NaOH → Àcid gras

Base forta

→ CH3!CH2!......!COONa " H2O Sal de l’àcid gras

Aigua

8. L’aigua i l’oli es mantindran en emulsió gràcies al sabó que, en ser amfipàtic, tindrà la part lipòfila en contacte amb l’oli i la part hidròfila amb l’aigua, i això permetrà que les micel·les d’oli es mantinguin barrejades amb l’aigua. En barrejar-ho també s’haurà produït un efecte escumós: l’aire haurà quedat atrapat entre les molècules del sabó. a) Zona hidròfila, en contacte amb el medi aquós. b) Zona lipòfila, enfrontada amb una altra zona lipòfila. 13. Els lípids insaponificables o sense àcids grassos, es classifiquen en 3 grups: • Terpens o isoprenoides: molècules derivades de la polimerització de l’isoprè. Ex.: vitamina K, intervé en el procés de coagulació de la sang. • Esteroides: molècules derivades de l’esterà. Ex.: colesterol, estabilitza la membrana plasmàtica, en els animals. Efecte escumós

• Prostaglandines: substàncies derivades de l’àcid prostanoic. Ex.: prostaglandina, estimula els receptors del dolor, inicia la vasodilatació dels capil·lars... 14. Les principals funcions dels lípids són:

9. Perquè s’han hidrogenat, és a dir, s’han saturat amb hidrògens els enllaços dobles que hi havia entre els carbonis, i per tant ja no presenten colzes i les molècules s’uneixen entre si amb més forces de Van der Waals, de manera que augmenta el seu punt de fusió. 10. Obtenim àcids grassos (1, 2 o 3) i glicerina. 11. Les ceres són l’esterificació d’un àcid gras i un alcohol monovalent de cadena llarga. Solen formar làmines impermeables que protegeixen l’epidermis vegetal i les formacions dèrmiques dels animals. 12. Són molècules que es disposen formant una doble capa, constituint les membranes cel·lulars.

78

• Reserva energètica: acilglicèrids (lípids saponificables simples). Cada gram de lípid produeix 9,4 kcal. • Estructural i protectora: forma part de la bicapa lipídica de les membranes unitàries (fosfoglicèrids, lípids saponificables complexos). • Biocatalitzadora: biocatalitzadors de reaccions químiques com les vitamines, hormones (esteroides, lípids insaponificables). • Transportadora: de greixos des de l’intestí fins allà on s’hagin d’utilitzar. Seran transportats pels proteolípids o emulsionants gràcies a les sals biliars (esteroides, lípids insaponificables).

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0066-0079.qxd

3

30/12/08

12:08

Página 79

SOLUCIONARI

Notes

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

79

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 80

Les proteïnes

MAPA DE CONTINGUTS LES PROTEÏNES

tenen funció

estan constituïdes per

C, O, H, N, P, S

monòmers: aminoàcids

tenen estructura

estructural es classifiquen en

reserva

transport primària

secundària

terciària

quaternària

enzimàtica

tipus hormonal α-hèlix

hèlix de col·lagen

HOLOPROTEÏNES

HETEROPROTEÏNES

són

són

filamentoses

cromoproteïnes

defensa

contràctil

homeostàtica conformació-β‚ o làmina

globulars

glicoproteïnes

lipoproteïnes

fosfoproteïnes

nucleoproteïnes

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. S’ha d’incidir en el fet que les propietats i les funcions de les proteïnes depenen de la seva configuració a l’espai i que aquesta depèn de la seqüència dels aminoàcids, que, a la vegada, està determinada per la informació genètica. 2. Cal donar molta importància al fet que les funcions de les proteïnes es poden alterar quan varien les condicions del medi, perquè queden afectades les seves propietats.

80

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 81

Les proteïnes

OBJECTIUS 1. Conèixer les característiques generals de les proteïnes i els bioelements que les constitueixen. 2. Estudiar els monòmers bàsics que formen les proteïnes: l’estructura general, les propietats físiques i químiques, i els criteris de classificació i la nomenclatura. 3. Estudiar l’enllaç peptídic: grups químics que intervenen, ordre del procés, configuració espacial i molècules que s’originen segons el nombre d’aminoàcids que s’uneixen. 4. Estudiar les diferents estructures de les proteïnes, segons l’ordre de complexitat: estructura primària, estructura secundària, estructura terciària i estructura quaternària.

5. Estudiar les propietats de les proteïnes: la solubilitat, la desnaturalització, l’especificitat i la capacitat amortidora. 6. Conèixer els diferents tipus de proteïnes, els criteris de classificació i exemples de cada tipus. 7. Estudiar les principals funcions de les proteïnes, sabent exemples de cadascuna. 8. Analitzar la presència de proteïnes en els aliments, amb els diferents mètodes d’anàlisi, aplicant l’adequat a cada cas. 9. Valorar la importància de les proteïnes en l’alimentació, i conèixer les necessitats diàries, segons l’edat i l’estat fisiològic de l’individu.

CONTINGUTS • Aprenentatge de les característiques generals de les proteïnes i els bioelements que les constitueixen. (Objectiu 1) • Estudi dels monòmers bàsics que formen les proteïnes: estructura general, propietats físiques i químiques i criteris de classificació. (Objectiu 2) • Estudi de l’enllaç peptídic: grups químics que intervenen, ordre del procés, configuració espacial, i molècules que s’originen segons el nombre d’aminoàcids que s’uneixen. (Objectiu 3) • Estudi de les diferents estructures de les proteïnes, segons l’ordre de complexitat: estructura primària, de què depèn; estructura secundària, tipus i exemples; estructura terciària, disposicions espacials, tipus d’unions i exemples; l’estructura quaternària, característiques i exemples. (Objectiu 4) • Estudi de les propietats de les proteïnes: la solubilitat, la desnaturalització, l’especificitat i la capacitat amortidora. Característiques de cadascuna i exemples. (Objectiu 5) • Coneixement dels diferents tipus de proteïnes, els criteris de classificació i exemples de cada tipus. (Objectiu 6) • Estudi de les principals funcions de les proteïnes, sabent exemples de cadascuna. (Objectiu 7) • Valoració de la importància de les proteïnes en l’alimentació. (Objectiu 9) • Aplicació del mètode científic en l’anàlisi de la presència de proteïnes en els aliments, i de les seves propietats químiques i físiques i elaboració de l’informe de pràctiques corresponent. (Objectiu 8)

CRITERIS D’AVALUACIÓ PROVES D’AVALUACIÓ CRITERIS D’AVALUACIÓ

Activitats prova 1

Activitats prova 2

1

1

2, 3, 4

3, 4

c) Reconèixer l’enllaç peptídic i saber-lo desenvolupar. (Objectiu 3)

5

5

d) Conèixer les diferents estructures de les proteïnes, exemples i importància biològica. (Objectiu 4)

6

6

e) Conèixer mètodes d’identificació de proteïnes, a partir de les propietats físiques i químiques. (Objectius 5 i 8)

7, 9

7, 9

f) Saber els criteris de classificació de les proteïnes, conèixer-ne els diferents tipus i la seva importància biològica. (Objectius 6 i 7)

10

10

g) Importància de les proteïnes per a una dieta equilibrada i un bon estat de salut. (Objectiu 9)

8

2, 8

a) Conèixer les característiques de les proteïnes: bioelements, nombre de monòmers. (Objectiu 1) b) Identificar els diferents tipus d’aminoàcids i les característiques i propietats corresponents. (Objectiu 2)

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

81

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 82

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 1

1

Què són les proteïnes? Com s’anomenen segons el nombre d’aminoàcids que presentin?

2

Dibuixa la fórmula general d’un aminoàcid i especifica’n la part característica i la part variable.

3

Què vol dir que els aminoàcids presenten un carboni asimètric? Quina propietat física es deriva d’aquest fet? Explica-ho.

4

Sabem que el punt isoelèctric d’un aminoàcid és 5,5. Escriu la fórmula general que presentarà a: a) pH ! 3; b) pH ! 5,5; c) pH ! 7,5.

5

Desenvolupa la reacció que té lloc quan s’uneixen dos aminoàcids. Com s’anomenen l’enllaç i la molècula resultant?

6

Què és l’estructura primària d’una proteïna i de què depèn?

7

Quin mètode de reconeixement de proteïnes utilitzaries si volguessis detectar la presència de proteïnes en l’orina? En quins casos no et serviria aquest mètode?

8

Per què una persona a la qual se li ha extirpat l’estómac pot prendre iogurt, però no llet?

9

Què li passa a una proteïna quan es desnaturalitza? Per què? Posa’n tres exemples.

10 Quins criteris es tenen en compte a l’hora de classificar les proteïnes? Esmenta’n els tipus principals,

posant un exemple de cadascun i la funció que tenen.

82

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 83

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 2

1

Què és un aminoàcid i quants en podem trobar a la naturalesa?

2

Què són els aminoàcids essencials i com es poden obtenir?

3

Què vol dir que els aminoàcids tenen un comportament amfòter? Quin efecte té aquesta propietat sobre el medi?

4

Quina càrrega elèctrica presentarà un aminoàcid que tingui un punt isoelèctric de 6,5 si el pH del medi és 4? Escriu la fórmula que presentarà.

5

Com es produeix la unió entre dos aminoàcids? Escriu la reacció que té lloc.

6

Quants tripèptids d’estructura primària diferent podríem obtenir amb: Ala, Met i Cys, sense repetició? Escriu-los.

7

Per detectar proteïnes, en quins casos utilitzarem la prova de Biuret i en quins casos la xantoproteica? Explica el perquè.

8

Pot ser correcta una dieta ovolactovegetariana? Per què?

9

Digues quines condicions poden produir la desnaturalització d’una proteïna. Posa tres exemples de desnaturalització que tinguin lloc en la vida quotidiana.

10 Esmenta cinc funcions que puguin presentar les proteïnes, amb un exemple de cadascuna,

i digues el grup al qual pertany.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

83

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 84

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA DE REFORÇ

1

Com s’anomenen els monòmers que formen les proteïnes i quines característiques moleculars presenten?

2

Quines són les propietats físiques i químiques que presenten els aminoàcids?

3

Per què els aminoàcids tenen un efecte amortidor o tampó?

4

Si el punt isoelèctric d’un aminoàcid és 7, quina serà la reacció que tindrà lloc a pH > 7 i a pH < 7?

5

Digues quin és el primer aminoàcid de la cadena polipeptídica i per què. H2N ! Cys ! Ala ! Met ! Ala ! Lys ! COOH

6

Quins tripèptids es podran formar amb els aminoàcids Phe, Ala i Met, sense possibilitat de repetició?

7

Què és l’estructura secundària d’una proteïna? Digues els tres tipus que podem distingir, esmentant un exemple de cada.

8

Explica tot el que sàpigues de l’estructura terciària d’una proteïna.

9

Com estan constituïdes les proteïnes en estructura quaternària? Quins tipus d’enllaços mantenen aquesta estructura?

10 Quines condicions afecten la solubilitat de les proteïnes? Quines condicions en poden causar

la desnaturalització? 11 Diferencia les holoproteïnes de les heteroproteïnes, posant quatre exemples de cada grup. 12 Relaciona les proteïnes de la columna de l’esquerra amb les funcions de la columna de la dreta:

1. Actina 2. Gammaglobulina 3. Tiroxina 4. Hemoglobina 5. Col·lagen 6. Lipasa 7. Caseïna 8. Antibiòtics 9. Fibrinogen

a) Defensa b) Contràctil c) Transportadora d) Hemostàtica e) Reserva energètica f) Estructural g) Biocatalitzadora

10. Lipoproteïna 13 La ingesta diària de proteïnes ha de ser igual al llarg de la nostra vida? Per què? 14 És sana una dieta vegetariana estricta? Per què? 15 Quines dues proves de reconeixement de proteïnes coneixes i en què es basen?

84

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 85

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA D’AMPLIACIÓ

1

Quins són els components bàsics de les proteïnes i quines característiques generals presenten?

2

Quins criteris es tenen en compte a l’hora de classificar els aminoàcids i com es fa per anomenar-los?

3

Com s’anomena l’aminoàcid quan està en el seu punt isoelèctric? Escriu la fórmula general que presenta.

4

Si el punt isoelèctric d’un aminoàcid és 6, indica quina fórmula presentarà a: a) pH ! 4,5; b) pH ! 6; c) pH ! 9. En quin pH es desplaçarà cap a l’ànode, en quin cap al càtode, i en quin no es desplaçarà?

5

Sabent que un enzim hidrolitza enllaços peptídics en els quals el grup carboxil el proporciona la metionina i l’alanina, digues quin serà el resultat de la hidròlisi, per part d’aquest enzim, d’aquest polipèptid: COOH " Arg " Met " Lys " Ala " Cys " Met " NH2.

6

Quants tetrapèptids diferents es podran formar amb els aminoàcids Val, Leu i His, amb possibilitat de repetició?

7

Quines són les possibles estructures secundàries que poden presentar les proteïnes? Què les diferencia?

8

Quina diferència estructural hi ha entre les proteïnes que presenten estructura terciària i les que no? Com afecta la seva funció?

9

De què depèn la funció d’una proteïna? Explica tot el que en sàpigues.

10 De què depenen les propietats de les proteïnes? Explica, breument, en què consisteix cada una: solubilitat,

desnaturalització, especificitat i capacitat amortidora. 11 Fes un esquema de la classificació de les proteïnes, especificant els criteris que es tenen en compte

i esmentant un exemple de cada grup. 12 Explica tot el que sàpigues de quatre proteïnes humanes amb funcions diferents. 13 Quin % de proteïnes hem d’incloure en la nostra dieta diària? Per a què les utilitza el nostre cos? 14 És independent la qualitat nutritiva de l’origen, animal o vegetal, de les proteïnes de la nostra alimentació?

Per què? 15 Amb la prova de Biuret podrem detectar proteïnes en l’orina? I aminoàcids o dipèptids? Per què?

I amb la prova xantoproteica?

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

85

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 86

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT • Les proteïnes tenen diferents funcions en l’ésser huma: estructural, de transport, enzimàtica, hormonal, de defensa, contràctil i homeostàtica. És necessari consumir-ne perquè les cèl·lules animals no són capaces de sintetitzar els vint tipus d’aminoàcids (les proteïnes estan formades per aminoàcids).

cultats per alliberar al medi grups OH!, és a dir, els seus grups amino (!NH2) no es podran ionitzar. Sense detallar-ne el radical variable, té aquesta estructura: H H2N!C!COOH

H ionització

→ H2N!C!COO! " H3O"

"H2O

R ACTIVITATS 4.1. En els aminoàcids naturals tant el grup amino com el grup àcid o carboxil s’uneixen al carboni α, que és el carboni més proper al carboni del grup carboxil; per tant, són α-aminoàcids. Dels vint aminoàcids naturals coneguts, un, la glicina, presenta el carboni α simètric, ja que té dues de les quatre valències saturades pel mateix tipus de radical; concretament, estan saturades per hidrògens, per tant, hi ha dinou aminoàcids que tenen com a mínim un carboni asimètric. A més, la isoleucina i la treonina també tenen el carboni següent (el carboni β) simètric. En resum, hi ha disset aminoàcids naturals amb un carboni asimètric i dos aminoàcids amb dos carbonis asimètrics. 4.2.

H H2N!C!COOH

Glicina

H

H ionització

→ OH! " "H3N!C!COO! " H3O"

"2H2O

R

R

Si el pH del medi és 4, hi ha més grups H3O" al medi que si el pH és 6,5; per tant, l’aminoàcid tindrà més dificultats per alliberar al medi grups H3O", és a dir, els seus grups àcids (!COOH) no es podran ionitzar. Sense detallar-ne el radical variable, té aquesta estructura: H

H ionització

"H2O

→ OH! " "H3N!C!COOH R

Si el pH del medi és 10, hi ha més grups OH! al medi que si el pH és 6,5; per tant, l’aminoàcid tindrà més difi-

86

4.5. La càrrega és 0. L’estructura química és la següent: H H2N!C!COOH

H ionització

→ OH! " "H3N!C!COO!" H3O"

"2H2O

CH3

H

4.4. Si el pH és 6,5, l’aminoàcid es troba just al seu punt isoelèctric (iso # igual), que significa que a aquest pH l’aminoàcid adopta la forma d’ió dipolar (estructura de zwitterió), i presenta tantes càrregues positives com negatives, és a dir, la càrrega elèctrica total és 0. Sense detallar-ne el radical variable, té aquesta estructura:

R

L’aminoàcid ionitzat es desplaça cap al càtode (elèctrode !) quan és un catió, és a dir, quan la càrrega total és positiva, i això succeeix quan el pH és 4. L’aminoàcid ionitzat no es desplaça ni cap a l’ànode ni cap al càtode quan la càrrega total és 0, i això passa quan el pH és 6,5.

CH3

4.3. Que a partir d’un pH determinat, diferent segons el tipus d’aminoàcid, si el medi es fa bàsic, es comporta com un àcid i allibera radicals hidroni (H3O"), que neutralitzen l’excés de basicitat; en canvi, si el medi s’acidifica, es comporta com una base i allibera radicals hidroxil (OH!), que neutralitzen l’excés d’acidesa.

H2N!C!COOH

L’aminoàcid ionitzat es desplaça cap a l’ànode (elèctrode ") quan és un anió, és a dir, quan la càrrega total és negativa, i això succeeix quan el pH és 10.

4.6. Si s’observa el gràfic del llibre, es veu que el punt isoelèctric de l’alanina és pH 6,02. Per tant, les estructures són:

H

H2N!C!COOH

R

H2N!C!COO! CH3 Alanina a pH 9

H H3N!C!COOH

"

CH3 Alanina a pH 2

4.7. La gràfica mostra com varia el pH d’una dissolució molt àcida d’alanina quan s’hi afegeix una base, és a dir, quan s’hi afegeixen ions hidroxil (OH!). La característica més evident del gràfic és que hi ha dos pH (pH # 3,3 i pH # 10,7, però si el gràfic fos correcte, veuríem que els valors reals del gràfic haurien de ser pH # 2,3 i pH # # 9,7), en els quals, per variar-los, cal afegir-hi molts ions (OH!); és a dir, en aquests graus d’acidesa l’alanina constitueix un bon estabilitzador de pH i, per tant, és una bona dissolució amortidora. A continuació s’exposa l’explicació detallada d’aquest procés. Segons aquest gràfic, si el pH és 1, és a dir, té molt ió hidroni (H3O"), tota l’alanina actua com una base, és a dir, tota està en forma catiònica (H2N !CHCH3 !COOH " H2O → OH! " H3N"CHCH3 !COOH); per tant, va originant ions hidroxil (OH!), que intenten contrarestar l’acidesa del medi (H3O" " OH! → 2H2O). Si el pH és 3,3, (en realitat és 2,3) hi ha un equilibri entre aquesta forma i la forma d’ió dipolar o zwitterió (OH! " "H3N ! CHCH3 ! COOH " ! " ! " " H2O → ← OH " H3N ! CHCH3 ! COO " H3O ), és a dir, en una forma iònica que, ja que no hi ha tants ions H3O" com abans, no tan sols genera ions OH!, sinó també ions H3O". Si el pH és 6,02, tota l’alanina es troba en forma dipolar (OH! " "H3N !CHCH3 ! ! COO! " H3O"). Si el pH és 10,7 (en realitat és 9,7), hi ha un equilibri entre la forma dipolar i la forma d’anió

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 87

SOLUCIONARI

(OH! " "H3N !CHCH3 !COO! " H3O") → ← H2O " H2N !CHCH3 !COO! " H3O"), ja que, si el pH és aquest, hi predominen els ions hidroxil (OH!) i, per contrarestarlos, el que fa falta és que l’alanina ionitzada generi ions hidroxoni (H3O"). Finalment, si el pH és 12, tota l’alanina es troba en forma aniònica (H2N !CHCH3 !COO! " " H3O"), és a dir, generen ions hidroni (H3O"). 4.8. Els components que formen una cadena polipeptídica són els aminoàcids i l’enllaç que els uneix és l’enllaç peptídic. 4.9.

H

H

H2N!C!CO!HN!C!COOH CH2

CH2

OH

C6H5

Dipèptid Ser - Phe

4.10. El primer aminoàcid és l’Ala; el segon és Lys, i el tercer tan sols pot ser el Glu. H

H

H2N!C!CO!HN!C!CO!HN!C!COOH CH2

(CH2)4

C6H5

NH2

En la conformació-β els aminoàcids no formen una hèlix, sinó una cadena estesa en forma de ziga-zaga, a causa de la manca d’enllaços d’hidrogen entre els aminoàcids pròxims. Si la cadena amb conformació-β es replega, es poden establir enllaços d’hidrogen entre els segments, abans distants, que ara han quedat propers. Això dóna lloc a una làmina en ziga-zaga, molt estable, anomenada làmina plegada. Aquesta estructura també es pot formar entre dues o més cadenes polipeptídiques diferents. 4.15. Els enllaços d’hidrogen, també anomenats ponts d’hidrogen.

Els aminoàcids es formen en la direcció que el grup carboxil del primer aminoàcid s’uneix amb el grup amino del segon aminoàcid. Així doncs, en una cadena polipeptídica, l’extrem en què apareix el grup amino del carboni α lliure correspon al primer aminoàcid, i l’extrem que presenta el grup carboxil del carboni α lliure correspon al darrer aminoàcid.

H

hidrògens dels grups (!NH!) queden orientats en la direcció contrària, i es formi una hèlix que presenta 3,6 aminoàcids per volta.

(CH2)2 COOH

Tripèptid Phe - Lys - Glu

4.11. a) Lys, Met - Ala - Arg, i Met - Val. b) Phe - Lys, Cys - Met - Arg, i Lys. 4.12. Com que hi intervenen nou aminoàcids, hi haurà vuit enllaços peptídics que hauran alliberat una molècula d’aigua cadascun; per tant, el pes molecular de l’oligopèptid és: 4 (PM de l’alanina # 89) " 3 (PM de la valina # 117) " 2 (PM de la glicina # 75) ! 8 (PM de l’aigua # 18) # 713. 4.13. Els components d’un aminoàcid són: grup carboxil (!COOH), grup amino (!NH2), hidrogen ( !H) i radical (!R), units al mateix carboni (C). L’estructura primària és una seqüència d’aminoàcids units per l’enllaç peptídic. 4.14. L’estructura secundària en α-hèlix es forma quan l’estructura primària s’enrotlla helicoïdalment sobre si mateixa. Això és degut a la formació d’enllaços d’hidrogen entre l’oxigen del !CO! d’un aminoàcid i l’hidrogen del !NH! del quart aminoàcid que el segueix. La formació espontània d’aquests enllaços d’hidrogen fa que tots els oxígens dels grups (!CO!) quedin orientats en la mateixa direcció, mentre que tots els

4.16. Els enllaços covalents forts anomenats ponts disulfur, i els enllaços febles dels tipus següents: enllaç d’hidrogen, interacció iònica, forces de Van der Waals i interaccions hidrofòbiques. 4.17. Enllaços febles del mateix tipus que els enllaços febles que mantenen l’estructura terciària globular. No són mai enllaços covalents. 4.18. Si hi ha 100 aminoàcids, hi haurà 99 enllaços peptídics, i com que en cada enllaç peptídic es perd una molècula d’aigua, el pes molecular de la proteïna serà el següent: 100 $ 120 ! 99 $ 18 # 10.218. 4.19. Les proteïnes que presenta una cadena polipeptídica molt estirada lògicament no es poden estirar; en canvi, si presenten la cadena polipeptídica encongida, en forma d’hèlix, sí que es poden estirar. La proteïna de la seda és la fibroïna, que és una β-queratina, és a dir, una cadena polipeptídica ja estirada, en forma d’estructura secundària. Lògicament, no es pot estirar. El col·lagen és una triple hèlix, en què cadascuna de les tres hèlixs és una hèlix molt estirada, l’anomenada hèlix de col·lagen. Per tant, tampoc no es pot estirar. En canvi, la llana (com els cabells) està formada per α-queratina, és a dir, per una cadena polipeptídica en forma d’α-hèlix. Si s’humiteja i s’escalfa, els enllaços d’hidrogen que mantenen l’α-hèlix es trenca, amb la qual cosa s’allarga gairebé el doble; és a dir, sí que es pot estirar. És ben sabut que posteriorment, quan es refreda, els enllaços d’hidrogen es tornen a formar, i gràcies a això, l’estructura α-hèlix es restableix, amb el consegüent encongiment de la fibra, que generalment queda més curta que al principi (això explica l’encongiment de la roba de llana). En el cas dels cabells, aquest mateix procés s’utilitza per canviar-ne la forma i per fixar aquesta nova forma, procés que s’anomena fer la permanent, que té els passos següents: 1) Cal enrotllar els cabells que s’han d’ondular al voltant d’un rul·lo. 2) S’hi ha d’afegir una substància reductora que trenqui els enllaços disulfur i escalfar-los perquè es trenquin els enllaços d’hidrogen que mantenen l’estructura secundària en α-hèlix, amb la qual cosa els cabells s’allarguen; després s’han de deixar els cabells en aquesta situació un temps determinat. 3) S’hi ha d’afegir una substància

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

87

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 88

SOLUCIONARI

oxidant perquè es tornin a formar els ponts disulfur, que ara ho faran en llocs diferents, amb la qual cosa fixaran la nova forma. 4) Cal rentar els cabells i deixar-los refredar, i així es tornaran a formar els enllaços d’hidrogen amb el consegüent escurçament dels cabells.

bular tenen més possibilitats que les filamentoses que els radicals ionitzables, com que queden envoltats d’una capa de molècules d’aigua, impedeixin la unió de les molècules entre si. Les filamentoses, com que tenen l’estructura secundària estirada, presenten més distància entre els radicals ionitzats, per la qual cosa molts segments no queden coberts de molècules d’aigua; això possibilita que a través d’aquests segments s’uneixin moltes cadenes polipeptídiques, i així arriben a assolir dimensions enormes que en provoquen la precipitació.

4.20. L’animal utilitzat era el porc, perquè la seva insulina només presenta un aminoàcid diferent. S’ha substituït per insulina humana obtinguda de bacteris transgènics perquè aquest aminoàcid diferent feia que no fos tant adequada i perquè mantenir les granges de porcs era molt car. 4.21. Perquè el radical amino !NH2 en un medi àcid capta un protó (H") i passa a ser un radical (!NH3"), però com que aquest protó prové de l’aigua, el mateix procés consisteix, en primer lloc, en la unió del grup amino (!NH2) a una molècula d’aigua per formar el grup !NH3OH, que després s’ionitza i queda un radical (!NH3"). 4.22. Presenten molts enllaços disulfur l’ovoalbúmina i la queratina, ja que amb la calor es desnaturalitzen i precipiten. Només es renaturalitza la queratina, com demostra el fet que el cabell recupera la seva forma natural dies després d’una permanent. 4.23. De la seqüència d’aminoàcids o l’estructura primària, especialment dels aminoàcids que formen el centre actiu si es tracta d’un enzim, i de les estructures secundària, terciària i quaternària (aquestes dues darreres en el cas que les tingui). Encara que la seqüència d’aminoàcids sigui la correcta, si la cadena polipeptídica no adopta l’estructura requerida, la proteïna no podrà dur a terme correctament moltes de les funcions que exerceix. 4.24. S’entén que una temperatura elevada és més de 60 °C, però sense arribar a centenars de graus, condició en què fins i tot es trencarien els enllaços peptídics. A aquestes temperatures elevades, els enllaços que es trenquen són els enllaços d’hidrogen que mantenen l’estructura α-hèlix i també els enllaços febles que mantenen les estructures terciària i quaternària. Els enllaços de pont disulfur resisteixen molt l’efecte de la temperatura, per la qual cosa les proteïnes que són riques en això suporten millor les temperatures altes. Aquest procés de pèrdua d’estructura quaternària, terciària i, fins i tot, secundària (tan sols queda l’estructura primària gràcies al fet que l’enllaç polipeptídic és molt fort) s’anomena desnaturalització. Si la proteïna, per exemple, era un enzim, quan es destrueixen els nivells estructurals superiors, la forma del centre actiu ja no coincideix amb la del substrat, i, per tant, la proteïna haurà perdut la funció biocatalitzadora; si era una proteïna estructural, els perjudicis són menors; per exemple, les fibres de queratina dels cabells, quan s’escalfen, simplement s’allarguen, i després, quan es refreden, simplement s’escurcen i es deformen una mica. 4.25. La major part de les proteïnes tenen un pes molecular elevat; per tant, més que de solubilitat s’ha de parlar de dispersabilitat, és a dir, de capacitat de formar dispersions col·loïdals. Les que presenten una forma glo-

88

4.26.

H

H

H

H3N!C!CO!HN!C!CO!HN!C!COO!

"

(CH2)4

(CH2)2

NH"3

COO!

CH3

Tripèptid Lys - Glu - Ala ionitzada

4.27. Perquè, a causa de les mutacions, s’han produït canvis a l’atzar en la seqüència d’aminoàcids, que, com que no afecten el centre actiu, en el cas que tinguin funció biocatalitzadora, o les propietats de resistència mecànica, si tenen funció estructural, etc., no s’han eliminat per selecció natural i, per tant, han generat diferències moleculars fins i tot entre els individus d’una mateixa espècie. Per això hi ha moltes possibilitats que el sistema immunològic del receptor no reconegui algunes proteïnes de l’òrgan trasplantat, i així es desencadena una reacció antigen-anticòs contra les proteïnes de membrana de les cèl·lules de l’òrgan rebut. 4.28. És la part no polipeptídica d’una heteroproteïna (proteïna constituïda per una cadena polipeptídica i una fracció que no està formada d’aminoàcids). En són exemples els grups hemo, els oligosacàrids de les glicoproteïnes, els lípids de les lipoproteïnes i l’àcid fosfòric de les fosfoproteïnes. 4.29. A les glicoproteïnes (tenen dos grups d’oligosacàrids). 4.30. • Alanina

• Aminoàcid aromàtic

• Vitel·lina

• Proteïna filamentosa

• Histona

• Cromoproteïna

• Hemoglobina

• Fosfoproteïna

• Tirosina

• Proteïna globular

• Queratina

• Aminoàcid alifàtic

4.31. Amb la funció contràctil. 4.32. Perquè és la molècula que capta l’oxigen (O2) de l’aire i el transporta fins als llocs on és molt poc abundant i, en canvi, hi abunda el CO2, la qual cosa fa que l’hemoglobina alliberi l’oxigen. Aquest travessa les membranes plasmàtiques i mitocondrials, i a les crestes mitocondrials reacciona amb els hidrògens procedents de la matèria orgànica, i forma una molècula d’aigua. El O2 s’intercala entre el Fe2" del grup hemo i l’aminoàcid 63 (una histidina) de la globina, al qual abans de l’arribada de l’oxigen està unit aquest Fe2".

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 89

SOLUCIONARI

4.33. Significa catalitzador de reaccions biològiques, és a dir, una substància que, sense gastar-se en la reacció, l’accelera, és a dir, no fa que es formi més producte sinó que se’n formi la mateixa quantitat però en menys temps. 4.34. Perquè les hormones són biocatalitzadors específics, és a dir, que acceleren unes reaccions biològiques concretes. Sense les hormones, aquestes reaccions pràcticament no tindrien lloc, i l’organisme podria arribar a morir. És el cas, per exemple, dels diabètics insulinodependents, que necessiten de tres a quatre injeccions diàries d’insulina. Si l’alteració simplement consisteix en menys producció, les conseqüències, lògicament, no són tan greus; per exemple, és el cas del nanisme per dèficit de producció d’hormona del creixement. Les hormones es diferencien dels enzims en el fet que no actuen al lloc on es produeixen, sinó que la glàndula que les produeix les vessa a la sang, o a la saba si són hormones vegetals, i així es transporten a totes les cèl·lules de l’organisme; però tan sols actuen sobre les cèl·lules diana, que són les que tenen receptors específics d’aquestes hormones a les membranes.

6. Gly-Ala-Ser 7. Ala-Ser-Ser 8. Ala-Gly-Gly 9. Ser-Ala-Ala 10. Ser-Gly-Gly 11. Gly-Ser-Ser 12. Gly-Ala-Ala 13. Ser-Ala-Ser 14. Ser-Ser-Ala 15. Gly-Ala-Gly 16. Gly-Gly-Ala 17. Ala-Ser-Ala 18. Ala-Ala-Ser 19. Gly-Ser-Gly 20. Gly-Gly-Ser 21. Ser-Gly-Ser

4.35. a) A la cromatina humana no hi ha proteïnes. (Fals.) Les histones són proteïnes.

22. Ser-Ser-Gly

b) La tripsina és una hormona important. (Fals.) És un enzim.

24. Ala-Ala-Gly

c) La penicil·lina té funció de reserva. (Fals.) Té funció de defensa.

26. Ser-Ser-Ser

d) L’especialització és una de les característiques dels enzims. (Cert.) e) Les lipoproteïnes transporten ferro. (Fals.) Transporten lípids. 4.36. a) És negativa. b) És negativa. c) És positiva.

23. Ala-Gly-Ala 25. Ala-Ala-Ala 27. Gly-Gly-Gly 4.41. L’enllaç és:

R’

H

H2N!C!COOH " H2N!C!COOH "

R

H

Aminoàcid 1

Aminoàcid 2

d) És bàsic. 4.38. Amb dos de diferent tipus se’n poden fer dos. Amb dos del mateix tipus només se’n pot fer un. 4.39. Els tripèptids són: 1. Ala-Ser-Gly 2. Ala-Gly-Ser 3. Ser-Ala-Gly 4. Ser-Gly-Ala 5. Gly-Ser-Ala 6. Gly-Ala-Ser 4.40. Els tripèptids són: 1. Ala-Ser-Gly 2. Ala-Gly-Ser 3. Ser-Ala-Gly 4. Ser-Gly-Ala 5. Gly-Ser-Ala

→

Enllaç peptídic

H

-------→

4.37. Sí, la isoleucina i la treonina.

H2O

R’

→ H2N!C!CO ! HN!C!COOH R

H Dipèptid

4.42. a) Entre dues cisteïnes es formarà un enllaç disulfur. b) Entre una glutamina i una tirosina es formarà un enllaç d’hidrogen. c) Entre una lisina i un àcid glutàmic es formarà una interacció iònica. d) Entre una treonina i un àcid aspàrtic es formarà un enllaç d’hidrogen. e) Entre una leucina i una alanina es formarà una interacció hidrofòbica. f) Entre dues fenilalanines es formarà una interacció hidrofòbica. 4.43. En medi àcid tindrà càrrega positiva. En medi neutre tindrà càrrega neutra.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

89

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 90

SOLUCIONARI

En medi bàsic tindrà càrrega negativa. 4.44. En medi àcid migrarà cap al càtode. En medi neutre migrarà cap al càtode. En medi bàsic migrarà cap a l’ànode. 4.45. Les estructures són: O

Enllaç peptídic

COOH

O

C ––--- NH!C!H NH2!C!H

CH2

COOH

C ––--- NH!C!H NH2!C!H

CH2

CH2

CH2 COOH

4.51. Les dades necessàries són que coincideixi la seqüència d’aminoàcids i que presentin la mateixa estructura tridimensional. 4.52. Estructural dels teixits conjuntius ! Elastina. Enzimàtica ! Tripsina. Reserva energètica de la llet ! Caseïna.

COOH

Estructural en el teixit ossi ! Col·lagen.

Asp-Phe Phe-Asp

4.46. Es tracta del tetrapèptid Phe-Ser-Glu-Arg, que està format per l’enllaç peptídic i que es troba en: H

Estructural en el teixit epidèrmic ! Ceratina. Transport d’oxigen ! Hemocianina. Reserva energètica a la sang ! Seroalbúmina. Hormonal ! Tiroxina. Contracció muscular ! Actina.

N!H

Defensa davant microbis infectants ! Immunoglobulina.

H!C!CH2!

Phe

→

O"C N!H H!C!CH2!OH

Ser

O"C

→

N!H

O

O"C

3 $ (89) # 4 $ (146) # 5 $ (117) ! 11 $ (18) " 1.238 daltons. O!

→

NH

4.53. Són els que no poden ser sintetitzats per l’organisme i han de ser ingerits en la dieta. Les plantes no poden tenir problemes per manca d’aminoàcids essencials, ja que les plantes no es nodreixen de matèria orgànica sinó que sintetitzen tots els aminoàcids que tenen a partir de matèria inorgànica. El que sí que pot passar és que els humans no tinguem tots els aminoàcids essencials que necessitem. Els éssers humans tenim vuit aminoàcids essencials. 4.54. El seu pes molecular seria:

Glu

H!C!CH2!CH2!C

INTERPRETACIÓ DE DADES NH#2

H!C!CH2!CH2!CH2!NH!CH2 O"C NH2 O!H Arg

4.56. Si fem la gràfica de coeficients de migració respecte al pes molecular s’observa que no hi ha cap relació. Cm 0,8 0,7

4.47. És degut al fet que la solubilitat augmenta en dissolucions salines diluïdes, ja que els ions salins s’apropen als radicals polars i augmenten la seva polaritat, però disminueix en dissolucions salines concentrades, ja que els ions salins competeixen amb els radicals polars per les molècules d’aigua.

0,6

4.48. Es tracta de la proteïna caseïna.

0,1

Ha precipitat perquè s’ha desnaturalitzat en canviar el grau d’ionització dels seus radicals amb càrrega i ha precipitat. 4.49. Dos o més.

90

4.50. La solubilitat de les proteïnes és deguda a una proporció més alta d’aminoàcids amb radicals polars (sobretot si tenen càrrega) que d’aminoàcids amb radicals apolars. Els radicals polars estableixen enllaços d’hidrogen amb les molècules d’aigua i, així, cada molècula queda recoberta d’una capa de molècules d’aigua que impedeix que es pugui unir a altres molècules proteiques, fet que en provocaria la precipitació.

0,5 0,4 0,3 0,2 0 GLY

SER

THR

ILE

ASP

GLU

PHE

TYR

En canvi, si tenim en compte que hi ha quatre tipus d’aminoàcids respecte a la càrrega elèctrica i separem

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 91

SOLUCIONARI

els aminoàcids apolars dels polars sense càrrega i dels polars amb càrrega, tant si és positiva com negativa, obtenim unes gràfiques bastant significatives.

Aquí també es compleix que quan en el radical és més gran la part apolar respecte a la part polar, més fàcilment és arrossegat pel dissolvent i més avança.

A) Aminoàcids apolars

C) Aminoàcids amb càrrega negativa

Aquests són:

Aquests aminoàcids són:

Aminoàcid

PM

Cm

Aminoàcid

PM

Cm

GLY

75

0,26

ASP

133

0,24

ALA

89

0,38

GLU

147

0,3

VAL

117

0,6

Cm

LEU

131

0,73

0,35

ILE

131

0,72

0,3

PRO

131

0,43

0,25

MET

149

0,55

0,2

PHE

165

0,68

0,15

Cm 0,8

0,1 0,05

0,7

0

0,6

ASP

0,5

GLU

0,3

Aquí també es compleix que quan en el radical és més gran la part apolar respecte a la part polar, més fàcilment és arrossegat pel dissolvent i més avança.

0,2

D) Aminoàcids amb càrrega positiva

0,1

Aquests aminoàcids són:

0,4

0 GLY ALA

VAL

LEU

ILE

PRO

MET

PHE

S’observa que quan el pes molecular és més gran augmenta la velocitat de migració, per tant, no es compleix que ser una molècula petita afavoreix una velocitat més alta, sinó tot el contrari. Sembla que tenir un radical gran, com que és apolar, afavoreix ser arrossegat per un dissolvent ric en n-butanol que és un bon dissolvent orgànic. Aquest criteri explica la velocitat més baixa de la prolina, ja que aquesta té un grup !NH! i de la metionina, ja que aquesta també té un àtom de sofre intern (!S!) que li resta polaritat.

Aminoàcid

PM

Cm

LYS

146

0,14

ARG

175

0,2

Cm 0,25 0,2 0,15 0,1

B) Aminoàcids polars sense càrrega 0,05

Aquests són: Aminoàcid

PM

Cm

SER

105

0,27

THR

119

0,35

TYR

181

0,45

0 LYS

ARG

Aquí no es compleix que quan en el radical és més gran la part apolar respecte a la part polar més fàcilment és arrossegat pel dissolvent i més avança, però les diferències són tan mínimes que no resulten prou significatives. El que sí que queda clar és que com que el dissolvent és molt àcid, la polaritat d’aquests aminoàcids serà la màxima de tots ells i, per tant, tindran les velocitats de migració més baixes.

Cm 0,5 0,4 0,3 0,2

4.57. Totes tenen càrrega negativa, per tant, totes són anions i migren cap a l’ànode.

0,1 0 SER

THR

TYR

Les α-globulines tenen un pes molecular inferior a 90.000 i superior a 65.000.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

91

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 92

SOLUCIONARI

Es considera que hi ha dues α-globulines perquè en l’electroforesi surten dues ratlles ben diferenciades i no només una.

4. a) pH " 3 H3N!CH!COOH

#

L’electroforesi és una tècnica molt utilitzada en anàlisis clíniques perquè permet detectar si hi ha una desproporció de proteïnes en sang, cosa que revelaria un problema del fetge (l’albúmina se sintetitza al fetge) o una infecció (les γ-globulines augmenten quan hi ha una infecció), etc.

R b) pH " 5,5 H3N!CH!COO!

#

R c) pH " 7,5

LABORATORI

H2N ! CH ! COO!

58. Resposta model.

• Prova de Biuret. El color violeta només apareix en les dispersions on hi ha proteïnes (clara d’ou, llet i albúmina), però no on hi ha aminoàcids, perquè no hi ha enllaços peptídics, ni en l’aigua. • Prova xantoproteica. Aquesta prova només donarà positiva en les dispersions proteiques, perquè segur que tenen Phe, Tyr i Trp. Donarà negativa en l’aigua i en la dissolució de Gly.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Les proteïnes són biomolècules orgàniques constituïdes per la unió de més de cinquanta aminoàcids. Si tenen menys de deu aminoàcids s’anomenen oligopèptids i si en tenen entre deu i cinquanta s’anomenen pèptids. 2. Un aminoàcid es caracteritza per presentar un grup carboxil o àcid i un grup amino, units al primer carboni. Això constitueix la part constant de la molècula. La part variable és el que diferencia els aminoàcids entre si. H ← part constant H2N!C!COOH R

← part variable o radical

3. Vol dir que un dels seus carbonis presenta els quatre radicals diferents. Això li confereix la propietat òptica de desviar la llum polaritzada, a la dreta o a l’esquerra, segons la configuració que presentin. Només hi ha un aminoàcid que no presenta cap carboni asimètric.

92

R 5.

R’

H

H2N!C!COOH # H2N!C!COOH #

R

H

Aminoàcid 1

Aminoàcid 2

H2O

→

Enllaç peptídic

H

-------→

• Desnaturalització de les proteïnes. A les dispersions on hi ha proteïnes (clara d’ou i albúmina) s’ha d’observar la presència de grumolls com a conseqüència de la desnaturalització de les proteïnes per canvi de pH (àcid clorhídric i hidròxid de sodi), per alteració de la concentració salina, per deshidratació amb acetona i per l’augment de la temperatura. Amb la llet només s’observa desnaturalització per canvi del pH, però no en els altres casos, a causa de l’alta quantitat d’aigua. En canvi, on hi ha aminoàcids i on només hi ha aigua no s’ha d’observar cap canvi. Per agitació, només té lloc aquest fenòmen amb l’ou i amb l’albúmina. En la llet hi ha massa aigua i no hi ha canvis.

R’

→ H2N!C!CO ! HN!C!COOH R

H Dipèptid

Els enllaços químics entre aminoàcids s’anomenen enllaços peptídics, i les cadenes que es formen, pèptids. 6. L’estructura primària d’una proteïna és la seqüència d’aminoàcids, és a dir, quins aminoàcids hi ha i com estan ordenats. Dependrà de la informació genètica de l’individu. 7. Per detectar la presència de proteïnes en l’orina faria la prova xantoproteica, que consisteix en la reacció que té lloc entre els radicals aromàtics i l’àcid nítric, formant un compost nitrat de color groc canari, i la posterior reducció amb hidròxid amoni, que dóna un compost de color marró ataronjat. No em serviria en el cas que les proteïnes que calgués detectar no presentessin cap aminoàcid amb anell de benzè (fenilalanina, tirosina i triptòfan). 8. L’estómac és un òrgan de l’aparell digestiu la principal funció del qual és la digestió física (per part de l’àcid clorhídric i les contraccions de les parets) i química (que també es pot dur a terme gràcies al suc pancreàtic i a l’intestinal) de les proteïnes. La proteïna de la llet es desnaturalitza gràcies a l’àcid clorhídric segregat per l’estómac. Si no hi ha estómac, aquesta desnaturalització no es produirà i, per tant, el procés digestiu serà més dificultós. El iogurt s’obté a partir de la desnaturalització física provocada pels bacteris de l’àcid làctic, per tant, la desnaturalització física ja s’ha produït. 9. Quan una proteïna es desnaturalitza se li trenquen els enllaços que en mantenen les estructures terciàries i secundàries, de manera que perd les característiques i funcions, ja que es torna filamentosa i precipita.

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 93

SOLUCIONARI

10. El principal criteri que es té en compte a l’hora de classificar les proteïnes és si estan constituïdes exclusivament per aminoàcids (holoproteïnes) o si també presenten un altre tipus de molècula: grup prostètic (heteroproteïnes). Dins les holoproteïnes podem diferenciar les filamentoses (només presenten estructura secundària, per exemple: el col·lagen, en tendons) i les globulars (amb estructura terciària, per exemple, les histones, en la cromatina). Les heteroproteïnes es classifiquen segons la molècula no proteica que portin associada. Per exemple: caseïna (fosfoproteïna), hemoglobina (porfirina amb un catió ferrós). PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. Un aminoàcid és una molècula que es caracteritza per la presència d’un grup carboxil o àcid i un grup amino, units al primer carboni. Això constitueix la part constant de la molècula. La part variable és el que diferencia els aminoàcids entre si. Segons aquesta part variable en podrem trobar vint de diferents a la naturalesa. 2. Els aminoàcids essencials són els que són imprescindibles per a la formació de les proteïnes pròpies, i l’organisme no els pot sintetitzar. Només es poden obtenir a través de la dieta. 3. Els aminoàcids tenen un comportament amfòter perquè poden actuar com a àcids o com a bases, és a dir, el grup àcid o carboxil allibera protons i el grup bàsic o amino capta protons. Gràcies a aquesta propietat tenen la capacitat de mantenir constant el pH del medi (efecte amortidor o tampó). 4. Si el pH del medi és 4 aquest aminoàcid amb un punt isoelèctric de 6,5 captarà protons i, per tant, tindrà una càrrega elèctrica positiva: H3N"CH"COO" H! R

!

pH < pI

→ !H3N"CH"COOH → R

5. S’estableix un enllaç covalent entre el grup àcid d’un aminoàcid amb el grup amino del següent aminoàcid, que dóna lloc al despreniment d’una molècula d’aigua. S’anomena enllaç peptídic.

R’

H

H2N"C"COOH ! H2N"C"COOH !

R

H

Aminoàcid 1

Aminoàcid 2

H2O

→

Enllaç peptídic

-------→

H

R’

→ H2N"C"CO " HN"C"COOH R

H Dipèptid

6. Podríem obtenir: 3 # 2 # 1$ 6 estructures primàries diferents.

Ala

Cys

Met

Ala

Met

Cys

Cys

Met

Ala

Cys

Ala

Met

Met

Cys

Ala

Met

Ala

Cys

7. La prova de Biuret es basa en la reacció que té lloc entre els àtoms de coure i dos o més enllaços peptídics, que forma un complex de color violeta característic, per tant, no podrem detectar dipèptids ni proteïnes en l’orina, perquè aquesta reacció també es produeix amb la urea. La prova xantoproteica consisteix en la reacció que té lloc entre els radicals aromàtics i l’àcid nítric, que forma un compost nitrat de color groc canari, i la posterior reducció amb hidròxid d’amoni, que dóna un compost de color marró ataronjat. No ens serviria en el cas que les proteïnes que calgués detectar no presentessin cap aminoàcid amb anell de benzè, com la fenilalanina, la tirosina i el triptòfan. 8. Sí, perquè els aminoàcids essencials abunden en les proteïnes d’origen animal, i si la dieta conté ou i llet ja els proporcionen. 9. Una proteïna es pot desnaturalitzar per: Canvis del pH del medi, com en la producció del iogurt per part dels bacteris de l’àcid làctic. Variacions de temperatura: quan fem un ou ferrat, una truita o un ou dur. Agitació molecular: quan fem les clares a punt de neu. 10. Funció estructural: queratina dels cabells (holoproteïna filamentosa). Funció de reserva: caseïna de la llet (heteroproteïna fosfoproteïna). Funció de transport: hemoglobina (heteroproteïna - cromoproteïna). Funció de defensa: γ-globulina (holoproteïna globular). Funció hormonal: hormona luteïnitzant (heteroproteïna glicoproteïna). FITXA DE REFORÇ 1. Els monòmers que formen les proteïnes són els aminoàcids que es caracteritzen per presentar un grup carboxil o àcid, i un grup amino, units al primer carboni. Això constitueix la part constant de la molècula. La part variable és el que diferencia els aminoàcids entre si. 2. Presenten la propietat òptica de desviar la llum polaritzada, a la dreta o a l’esquerra, segons la configuració que presentin, perquè tots els aminoàcids, menys la glicina, tenen un carboni asimètric. Els aminoàcids, químicament, tenen un comportament amfòter perquè poden actuar com a àcids o com a bases,

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

93

917280 _ 0080-0097.qxd

4

12/1/09

10:29

Página 94

SOLUCIONARI

és a dir, el grup àcid o carboxil allibera protons i el grup bàsic o amino capta protons. Gràcies a aquesta propietat tenen la capacitat de mantenir constant el pH del medi (efecte amortidor o tampó). 3. Els aminoàcids tenen un comportament amfòter perquè poden actuar com a àcids o com a bases, és a dir, el grup àcid o carboxil allibera protons i el grup bàsic o amino capta protons. Gràcies a aquesta propietat tenen la capacitat de mantenir constant el pH del medi (efecte amortidor o tampó). 4.

Captació de protons

Alliberament de protons

pH