Bioelementos y Biomoléculas

Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de los seres vivos en proporciones variables. Se conocen alrededor de 70 bioelementos, siendo indispensables para la vida.

Clasificación de los Bioelementos

• Bioelementos Mayoritarios: Siempre presentes en los seres vivos.
  • Primarios: C, H, O, N, S, P (constituyen las biomoléculas).
  • Secundarios: Mg, Ca, K, Na, Cl.
• Oligoelementos: Presentes en cantidades muy pequeñas (no superan el 0.1%).
  • Esenciales: F, Cu, I, B (indispensables para la vida).
  • No esenciales: No esenciales para todos los organismos, aunque a menudo desempeñan funciones importantes.

Principios Inmediatos y Biomoléculas: Los principios inmediatos se forman por la combinación de bioelementos. Las sustancias químicas sin alterar se denominan principios inmediatos, que comprenden las biomoléculas (glúcidos, lípidos, proteínas y nucleótidos), el agua y las sales minerales. Constituyen por sí mismos, sin intermediarios, la materia viva y pueden extraerse de ella mediante procesos físicos. Los bioelementos también se denominan principios mediatos de la materia viva y pueden aislarse mediante métodos químicos.

Disolución Coloidal: No es una disolución verdadera debido al tamaño grande de sus partículas. Es coloidal porque está formada por proteínas (también llamadas coloides). Representa un estado particular de la materia.

El Agua

El agua es la molécula más abundante en la materia viva. Los organismos pueden obtenerla directamente del medio ambiente o generarla a partir de otras moléculas orgánicas mediante reacciones bioquímicas.

Características del Agua

• Está formada por dos átomos de H y uno de O unidos por enlaces covalentes simples, formando un ángulo de 104.5º.
• Es eléctricamente neutra, pero el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, desplazando los electrones hacia sí. Esto genera un exceso de carga negativa sobre el oxígeno y positiva sobre el hidrógeno, creando una densidad de carga y confiriéndole un carácter polar.
• Debido a su carácter polar, las moléculas de agua establecen enlaces por puentes de hidrógeno. Cada molécula puede formar hasta cuatro puentes.
• Los enlaces de hidrógeno son relativamente débiles.

Propiedades del Agua

• Cohesión molecular: Da volumen a la célula, turgencia en las plantas, esqueleto hidrostático, deformaciones citoplasmáticas, amortiguación en articulaciones.
• Tensión superficial: La superficie del agua opone resistencia a ser traspasada, actuando como una membrana tensa.
• Fuerza de adhesión: Las moléculas de agua se adhieren a las paredes de conductos pequeños, ascendiendo contra la gravedad (capilaridad).
• Calor latente: Se requiere mucha energía para cambiar el estado físico del agua.
• Calor específico: Función termorreguladora.
• Calor de vaporización: Se elimina gran cantidad de calor con poca pérdida de agua.
• Densidad: Máxima a 4ºC, permitiendo la vida bajo el hielo.
• Capacidad disolvente: Solvatación iónica, transporte de sustancias, medio de reacción.
• Bajo grado de ionización: Las disoluciones acuosas pueden tener distintos grados de pH.

Importancia Biológica del Agua

• Principal disolvente biológico: Actúa como disolvente mediante enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares, provocando su dispersión o disolución.
• Metabólica: Participa en numerosas reacciones bioquímicas.
• Estructural: La cohesión molecular da volumen a las células y turgencia a las plantas.
• Mecánica amortiguadora: Al ser incompresible, protege las articulaciones.
• Transporte: Su capacidad disolvente permite el transporte de sustancias. La capilaridad contribuye a la ascensión de la savia bruta.
• Termorreguladora: Su elevado calor específico mantiene constante la temperatura interna de los seres vivos.
• Permite la vida acuática en climas fríos debido a su mayor densidad en estado líquido.

Sales Minerales

Las sales minerales son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos, disueltas o en estado sólido.

Funciones de las Sales Minerales

Principalmente, tienen una función homeostática, pero también:

• Mantienen el grado de salinidad en los organismos.
• Regulan la actividad enzimática.
• Regulan la presión osmótica y el volumen celular.
• Estabilizan las dispersiones coloidales.
• Generan potenciales eléctricos.
• Regulan el pH mediante tampones o disoluciones amortiguadoras.
  • Disoluciones amortiguadoras del pH (Tampones o buffers): Mantienen el pH constante cuando se añade un ácido o una base. Contienen dos especies iónicas en equilibrio formadas por ácidos débiles. La alteración del pH se contrarresta por el desplazamiento entre las dos especies. Un ejemplo es el sistema bicarbonato HCO₃^–/ácido carbónico H₂CO₃.