BIOLOGÍA 2º BACHILLERATOBloque I. La célula y la base fisicoquímica de la vida

Tema 3. Bioelementos. Biomoléculas inorgánicas

ÍNDICE

1. Bioelementos2. Biomoléculas

2.1 El agua2.2 Las sales minerales

1. BIOELEMENTOS Elementos presentes en las biomoléculas, es decir, en las

moléculas que forman los seres vivos. También se llaman elementos biogénicos.

Se encuentran en la tabla periódica y no son exclusivos de los seres vivos.

Las proporciones de los bioelementos mayoritarios difieren de las que encontramos en la corteza terrestre.

Los bioelementos más importantes son: C, H, O, N, P y S. Las propiedades que presentan: Tienen capas electrónicas externas incompletas lo que

facilita la formación de enlaces covalentes para dar lugar a estructuras biológicas.

Poseen número atómico bajo, con electrones compartidos próximos al núcleo lo que da estabilidad a las biomoléculas.

Como el O y el N son electronegativos forman moléculas polares, solubles en agua.

Pueden incorporarse fácilmente a los seres vivos desde el medio externo (CO2, H2O, NO3H, etc.)

El C es fundamental por su estructura tetraédrica (4 orbitales con electrones desapareados) que hace posible la formación de enlaces covalentes con otros átomos de C, originando cadenas muy variadas en los seres vivos, y también con átomos y grupos funcionales variados.

1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS BIOELEMENTOS

Se han descrito 70 bioelementos, 25 se presentan en todos los seres vivos y el resto sólo en algunos. Según su proporción se clasifican en: Bioelementos primarios o mayoritarios: C, H, O, N, P

y S. Bioelementos secundarios: Ca, Mg, Cl, Na, K. Oligoelementos: En proporciones inferiores al 0,1

% como Fe, Cu, Mn, I, Ni, Co, Si, F, Cr, Li, Bo, Mo, Al.

2. BIOMOLÉCULAS

Moléculas formadas por bioelementos que constituyen los seres vivos. También se llaman principios inmediatos por obtenerse sin alteración a través de métodos físicos como filtración, destilación, centrifugación y decantación.

Se calcula que una célula eucariota puede contener más de 10.000 moléculas diferentes, todas incluidas en dos grupos: Biomoléculas inorgánicas: agua y sales

minerales Biomoléculas orgánicas: glúcidos, lípidos,

proteínas y ácidos nucléicos

2.1 EL AGUA Es la biomolécula más abundante en los seres vivos (entre el

50 y el 95 % del su peso). La cantidad de agua depende de:

Especie. Los organismos acuáticos tienen más que los terrestres. Edad del individuo. Con el tiempo las estructuras se deshidratan. Tipo de tejido u órgano. Cuanto más activo es un tejido mayor es

su contenido en agua, de modo que los esqueletos son los órganos con menor cantidad.

ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA

El agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos por enlaces covalentes.

La electronegatividad del O es mayor que la del H y por ello atrae con más fuerza a los electrones compartidos.

El O tiene cuatro electrones más sin compartir que provocan una carga negativa débil en la zona donde se sitúan dichos electrones, y una geometría especial para la molécula, con los H formando un ángulo de 104,5º.

Esto hace que aparezca una carga asimétrica en la molécula de agua, de modo que a pesar de ser eléctricamente neutra, es un dipolo.

La polaridad favorece la creación de puentes de hidrógeno entre moléculas de agua adyacentes, y eso da una elevada cohesión. Estos enlaces son débiles y de vida breve, formándose continuamente entre moléculas de agua, y entre éstas y otras como alcoholes, aminas, etc. presentes en la célula.

PROPIEDADES Y FUNCIONES DEL AGUA

Poder disolvente. Se debe a la polaridad del agua, que se interpone en las redes cristalinas provocando la separación de sus componentes. La constante dieléctrica (capacidad para disolver compuestos iónicos) es en el agua de 80 (los iones se atraen 80 veces menos dentro del agua que fuera de ella), a 20ºC, mientras en el etanol es 24. La capacidad disolvente hace que sea fundamental en los procesos biológicos.

Estado líquido del agua a temperatura ambiente. La elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas permite esta característica que confiere al agua su papel como vehículo de transporte en el organismos. Moléculas similares son gases a la misma temperatura como el amoniaco.

Líquido incompresible. No disminuye apreciablemente aunque se apliquen presiones muy altas, por lo que puede formar esqueletos hidrostáticos en las células vegetales.

Capilaridad. La cohesión entre las moléculas y la adhesión a las paredes hace que el agua ascienda por conductos estrechos, como en el caso de la savia bruta por los vasos leñosos.

Elevada tensión superficial. Las moléculas de agua situadas en la superficie se atraen entre sí y con las situadas por debajo, generando una fuerza hacia el interior del líquido y permitiendo que la superficie libre del agua se comporte como una membrana tensa.

Elevado calor específico. Cantidad de calor necesaria para que un gramo de una sustancia aumente en 1ºC su temperatura. Al aplicar calor al agua, parte de la energía se gasta en romper los puentes de H por lo que tarda en aumentar esa temperatura. Eso hace que existan pocas fluctuaciones térmicas en el medio acuático y también, gracias al contenido en agua, en los organismos vivos.

Elevado calor de vaporización. Una película de agua sobre una superficie biológica provoca su refrigeración ya que se evapora tomando energía térmica del cuerpo (piensa en el sudor).

Menor densidad del hielo que del agua líquida. Normalmente cuando un líquido se congela aumenta su densidad, sus moléculas están más apretadas. El agua, sin embargo es más densa a 4ºC, lo que hace posible la vida bajo los hielos

Ionización del agua. El agua puede ionizarse cuando un átomo de H de una molécula se une al O de otra, formándose así OH- y H3O+. En el agua pura, a 25ºC la concentración de iones es de 10-14

mol/L y por tanto la concentración de ambos es de 10-7. Estos productos son fundamentales en las reacciones de hidrólisis de las biomoléculas, así como en la fotosíntesis.

2.2 LAS SALES MINERALES

Son compuestos solubles o insolubles en agua presentes también en los seres vivos. Si son insolubles suelen formar estructuras sólidas como caparazones o esqueletos.

Las sales disueltas aparecen disociadas en Aniones: Cl-, CO3

2-, HCO3-, PO43-, SO4

2-

Cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+

Funciones de las sales minerales: Constitución de estructuras

duras y de sostén. Fosfatos, carbonatos y sílice precipitados, presentes en esqueletos, caparazones, espículas, ciertas semillas y frutos, paredes celulares vegetales.

Funciones fisiológicas y bioquímicas. Para realizarlas correctamente se deben mantener en equilibrio las concentraciones de los diferentes iones.

Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas. Todos los líquidos fisiológicos son disoluciones acuosas y su estabilidad depende del mantenimiento de las concentraciones de iones. Los procesos biológicos dependientes de estos equilibrios se llaman procesos osmóticos.

Si tenemos dos disoluciones de diferente concentración separados por una membrana plasmática, el agua pasará de la menos concentrada (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica) para igualarlas (isotónicas).

Para evitar el paso de agua habría que ejercer una presión, denominada presión osmótica, tanto más grande cuanto mayor sea la diferencia de concentraciones inicial.

Si no se mantiene el contenido en agua constante dentro de las células se pueden producir dos tipos de fenómenos: turgencia y plasmólisis.

Relacionada con la ósmosis existe la diálisis, en la cual la membrana permite el paso de pequeñas moléculas por difusión. Se aplica en hemodiálisis.

Mantenimiento del pH en estructuras y medios biológicos. Al disolver un ácido en agua la concentración de H+ aumenta, y si es una base disminuye, aumentando por el contrario los OH-.

Para expresar el grado de acidez de una disolución se utiliza el pH (-log [H+]). Los valores de pH oscilan entre 0 y 14, siendo su valor 7 en disoluciones neutras.

Los medios biológicos tienen diferentes valores de pH, y su alteración conlleva pérdida de estructura y función de las proteínas, y con ello, disfunciones celulares.

Para regular el pH, los seres vivos disponen de las llamadas disoluciones tampón. Se trata de amortiguadores, el tampón fosfato actúa en el interior celular y el tampón bicarbonato en el medio extracelular. También algunas proteínas pueden amortiguar los cambios de pH.

DISOLUCIONES TAMPÓN O BUFFER EN LOS ORGANISMOS

Tampón fosfato. El sistema amortiguador de fosfato actúa en el citoplasma de las células y consiste en: H2PO4

- ↔ H+ + HPO42-                                        

     El sistema amortiguador de fosfato es más eficiente a un pH cercano a 6.86, por lo que resiste cambios en el pH desde 5.86 hasta 7.86. Por tanto, es muy efectivo para los sistemas biológicos que realizan reacciones alrededor de pH 7.0. En los mamíferos por ejemplo el pH extracelular y de la mayoría de los compartimientos citoplasmáticos está en el intervalo de 6.9 a 7.4.

Tampón bicarbonato. Está constituido por H2CO3 y HCO3

- . Aunque su valor de pK (6,1) está algo alejado del pH fisiológico de la sangre (7,4), es un sistema muy eficaz .

Un tampón o buffer es una o varias sustancias químicas que afectan a la concentración de los iones de hidrógeno (o hidronios) en el agua. Siendo que pH no significa otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógeno), un buffer (o "amortiguador") lo que hace es regular el pH.Cuando un buffer es añadido al agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante. De esta manera, ácidos o bases (álcalis = bases) adicionales no podrán tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato.

BIBLIOGRAFÍA

SANZ ESTEBAN, M. & colab. Biología 2º bachillerato. Proyecto Tesela. Oxford Educación. 2010.

http://www.uco.es/organiza/departamentos/bioquimica-biol-mol/pdfs/06%20pH%20AMORTIGUADORES.pdf