Diferencias entre Materia Viva e Inerte

La diferencia fundamental entre la materia viva y la materia mineral radica en la organización de sus elementos y las moléculas que los forman. Existe una mayor complejidad y organización en la materia viva que en la inerte.

Bioelementos

Son los elementos químicos que forman las biomoléculas. Los que se encuentran en mayor proporción en las moléculas biológicas son: CHONPS.

Biomoléculas

Elementos presentes que reciben el nombre de bioelementos o elementos biogénicos. Se clasifican en:

• Inorgánicas: agua y sales minerales.
• Orgánicas: Glúcidos, Lípidos, Proteínas y Ácidos nucleicos.

Clasificación de los Bioelementos

Según su abundancia en la materia viva:

• Bioelementos primarios o mayoritarios: Formados por CHONPS. Constituyen el 99% de toda la materia viva y son fundamentales en las biomoléculas.
• Bioelementos secundarios: Forman parte de los organismos vivos, en menor proporción que los anteriores. Incluyen Na, K, Ca, Mg, Cl.
• Oligoelementos: Se encuentran en proporciones inferiores al 0,1%. Son imprescindibles, desempeñan la función catalizadora y su carencia o exceso puede provocar trastornos o la muerte.

Bioelementos Mayoritarios

Permiten:

• Dar lugar a biomoléculas que constituirán las estructuras biológicas y llevarán a cabo las funciones vitales.
• Originan moléculas estables.
• Originan moléculas polares y, por ello, solubles en agua.
• Pueden incorporarse fácilmente a los seres vivos desde el medio externo.

Ejemplos:

• El Carbono (C): Forma enlaces estables C-C y origina cadenas carbonadas que pueden ramificarse y adoptar posiciones tridimensionales.
• El Calcio (Ca): Forma parte del carbonato cálcico, componente principal de los esqueletos de muchos animales. Interviene en procesos fisiológicos como la contracción muscular o la transmisión del impulso nervioso.

El Agua

Es de gran importancia biológica:

• Es el componente más abundante de los seres vivos.
• Donde se origina la vida.
• Existe una relación entre el contenido en agua y la actividad fisiológica en los órganos.

Estructura Química del Agua

Molécula dipolar, debido a la distribución asimétrica de los electrones.

Puentes de Hidrógeno

Unión entre moléculas de agua y polares por su carácter dipolar. Son enlaces intermoleculares débiles y poco duraderos, pero en conjunto tienen una fuerza considerable, haciendo que las moléculas de agua se mantengan unidas en grupo. Todas las moléculas de agua se hallan unidas mediante enlaces de hidrógeno.

Importancia Biológica del Agua

Propiedades fisicoquímicas del agua y sus funciones en los seres vivos. La estructura dipolar del agua es responsable de sus propiedades físicas y químicas y la hace apta para hacer diferentes funciones biológicas.

Propiedades y Funciones

• Gran fuerza de cohesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible.

Funciones con las que se relaciona:

• Estructural: El agua rellena, da forma y consistencia a las células y muchos tejidos y órganos, o incluso a todo el cuerpo de plantas y animales, sobre todo acuáticos. Volumen y turgencia a muchos seres vivos unicelulares o pluricelulares.
• Amortiguadora y lubricante: Sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evitan el rozamiento.

• Elevada capacidad disolvente:

• Disolvente de compuestos iónicos como las sales, ya que las moléculas de agua se oponen a la atracción electrostática entre los iones positivos y negativos, con lo que estos tienden a mantenerse separados.
• Disolvente de moléculas anfipáticas, como los ácidos grasos, formando pequeñas esferas llamadas micelas en las que los grupos apolares se unen entre sí hacia el interior de la esfera y los polares quedan en la superficie rodeados de moléculas de agua.
• Disolvente de compuestos polares no iónicos: Gracias a que la molécula de agua se une a esos grupos polares por puentes de hidrógeno.

Funciones con las que se relaciona:

• Función transportadora: Por ser un buen disolvente y poder acceder por las paredes de un capilar gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos usan el agua como medio de transporte por su interior. Permite el transporte de sustancias en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo.
• Medio donde transcurren la mayoría de las reacciones metabólicas, ya que las moléculas deben estar disueltas en un medio líquido para reaccionar entre sí.
• Elevado calor específico: Debido a esto, las moléculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor y su temperatura solo subirá ligeramente, ya que parte de la energía se usa en romper los puentes de hidrógeno. Esta propiedad explica su función termorreguladora manteniendo constante la temperatura interna de los seres vivos.
• Elevado calor de vaporización: Cuando el agua pasa de líquido a gaseoso necesita absorber mucho calor para romper todos los enlaces de hidrógeno.

• Función termorreguladora: Al tener alto calor específico y alto calor de vaporización, el agua es idónea para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía.
• Menor densidad del hielo que del agua líquida:

• Función: Permite la vida de organismos acuáticos debajo de la superficie helada de mares y ríos, ya que el hielo, al ser menos denso que el agua líquida, flota y sirve de aislante térmico.
• Sustancias hidrófilas: Solubles en agua, se unen a las moléculas de agua.
• Sustancias hidrófobas: Insolubles en agua, no se unen a las moléculas de agua o las repelen.

Sales Minerales

Biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas.

• Sales insolubles en agua: Forman estructuras sólidas. Suelen tener función de sostén o protectora como:

• Esqueleto interno de vertebrados en el que encontramos: Fosfatos, cloruros y carbonatos de calcio.
• Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.
• Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas.
• Otolitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico.

• Sales solubles en agua: Se encuentran disociadas en sus iones, responsables de su actividad biológica. Desempeñan las siguientes funciones:

• Funciones catalíticas: Algunos iones actúan como cofactores enzimáticos.
• Funciones osmóticas: Intervienen en procesos relacionados con la distribución de agua entre el interior celular y el medio donde viven esas células.
• Función tamponadora: Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato y también por el monofosfato-bifosfato.

• Sustancias amortiguadoras o tampón: Durante las reacciones metabólicas se forman sustancias de carácter ácido o básico que pueden alterar el pH. El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares. Mantienen el pH en valores aproximados a 7,4 gracias al equilibrio entre el ion bicarbonato y el ácido carbónico.

• Mayor concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido.
• Menor concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda para lo cual se toma CO2 del medio exterior.

Cómo Actúan las Sustancias Amortiguadoras o Tampón

Liberan H+ si el medio se alcaliniza o captan H+ si el medio se acidifica. Para ello se unen a los iones H+ y OH-, evitando así que se encuentren libres y alteren el equilibrio.

Ósmosis y Presión Osmótica

En disoluciones acuosas de distintas concentraciones separadas por una membrana semipermeable, se produce el fenómeno de la ósmosis, que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua desde la solución más diluida a la más concentrada. Este paso continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración.

• Presión osmótica: Presión necesaria para detener el flujo del agua a través de la membrana semipermeable.

Resultados de la Ósmosis

Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intercelulares son iguales, ambas disoluciones son isotónicas. Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se hacen hipertónicos respecto a la célula y esta se deshidrata y muere (plasmólisis). Si los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes, llegando incluso a estallar.