Bioelementos. Biomoléculas inorgánicas.
Propiedades por las que el C, H, O, N, P y S componen los bioelementos mayoritarios (bioelementos que se encuentran en mayor proporción):
- Tienen capas electrónicas externas incompletas y pueden formar enlaces covalentes y dar lugar a las biomoléculas que constituirán las estructuras biológicas y llevarán a cabo las funciones vitales.
- Poseen un nº atómico bajo, por lo que los electrones compartidos en la formación de los enlaces se hallan próximos al núcleo y las moléculas originadas son estables.
- Como el O y el N son electronegativos, algunas biomoléculas son polares y por ello solubles en agua.
- Pueden incorporarse a los seres vivos desde el medio externo (CO2 , H2O, nitratos).
- Primarios: están formados por C, H, O, N, P y S que constituyen el 99% de la materia viva y son los componentes fundamentales de las biomoléculas.
- Secundarios: están formados por Na, K, Ca, Mg y Cl.
- Oligoelementos: están formados por el Fe, Cu, Zn, Mn, I, Ni y Co (aparecen en la mayoría de los organismos) y Si, F, Cr, Li, B, Mo y Al (sólo están presentes en grupos concretos). Constituyen menos del 0,1% y son esenciales para desempeñar procesos bioquímicos y fisiológicos.
- Biomoléculas:
- Inorgánicas:
- Agua
- Sales minerales
- Orgánicas:
- Glúcidos
- Lípidos
- Proteínas
- Ácidos nucleicos o nucleótidos
- Agua circulante (sangre, savia)
- Agua intersticial (entre las células, tejido conjuntivo)
- Agua intracelular (citosol e interior de los orgánulos celulares)
- Especie: los organismos acuáticos contienen un porcentaje muy elevado de agua mientras que las especies que viven en zonas desérticas tienen un porcentaje muy bajo.
- Edad del individuo: las estructuras biológicas de los organismos jóvenes presentan una proporción de agua mayor que las de los individuos de más edad.
- Tipo de tejido u órgano: dado que las reacciones biológicas se llevan a cabo en un medio acuoso, los tejidos con una gran actividad bioquímica contienen una proporción de agua mayor que los más pasivos.
La molécula de agua está formada por la unión de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno mediante enlaces covalentes (cada átomo de H de una molécula comparte un par de electrones con el átomo de O).
La electronegatividad del O es mayor que la del H por lo que los electrones compartidos se desplazan hacia el átomo de O.
El O posee cuatro electrones más sin compartir, lo que tiene dos consecuencias:
- La geometría triangular de la molécula.
- La presencia de una carga negativa débil en la zona donde se sitúan los electrones no compartidos.
Esta polaridad favorece la interacción entre las moléculas de agua (la zona con carga eléctrica parcial negativa de una de ellas es atraída por la zona con carga parcial positiva de otra), estableciéndose entre ambas un puente de hidrógeno.
Estos puentes de hidrógeno se dan entre el H y átomos electronegativos (O y N). Son enlaces más débiles que los covalentes, se forman y se rompen constantemente (en el agua líquida cada enlace dura 10-11 seg.). Presentan una gran cohesión molecular y una gran estabilidad molecular.
Propiedades y funciones del agua
Puede formar puentes de hidrógeno con otras moléculas no iónicas.
Una forma de medir la capacidad de una sustancia para disolver compuestos iónicos consiste en calcular el valor de su constante dieléctrica. Esto da lugar a un proceso de disolución en el que la molécula de agua se dispone alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblarlos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Esto se denomina solvatación iónica.
- Estado líquido del agua a temperatura ambiente.
- Líquido incompresible.
- Capilaridad o fuerzas de adhesión.
- Elevada tensión superficial.
- Elevado calor específico.
El agua tiene una función termorreguladora, es decir, mantiene estable la temperatura corporal.
- Elevado calor de vaporización.
La extensión de una película de agua sobre una superficie biológica provoca su refrigeración, ya que al evaporarse tomando energía térmica del medio provoca el enfriamiento del conjunto.
- Densidad.
Cuando el hielo tiene una temperatura de 0ºC se forma un retículo molecular muy estable que tiene mayor volumen que el agua líquida, por lo que el hielo es menos denso que el agua líquida a una temperatura menor de 4ºC y flota sobre ella. Esto produce un aislamiento térmico que permite la vida acuática.
La concentración de moléculas ionizadas en el agua pura es muy baja: a 25ºC es de 10-14 mol/l, y, por tanto, H3O+ = OH- = 10-7 ( Neutralidad).
H+ = 10-7 ! neutra ! pH = 7
H+ > 10-7 ! ácida ! pH < 7
H+ < 10-7! básica ! pH > 7
Intervienen los sistemas tampón, buffer o amortiguadores que actúan como aceptores o dadores de H+ para compensar el exceso o el déficit de estos iónes en el medio y mantener constante su pH. Los más comunes son el tampón fosfato, el tampón bicarbonato y las proteínas.
- Hidrólisis : una molécula de agua lleva a cabo la rotura de una molécula orgánica (procesos digestivos).
- Condensación : las moléculas sencillas se unen para obtener otras mayores.
- Fotosíntesis : proporciona H+ para realizar la síntesis de moléculas orgánicas.
- Precipitadas (constituyen estructuras sólidas):
- Silicatos: caparazones de algunos organismos (diatomeas), espículas de algunas esponjas y estructura de sostén en algunos vegetales (gramíneas).
- Carbonato cálcico: caparazones de algunos protozoos marinos, esqueleto externo de corales, moluscos y artrópodos, y estructuras duras (espinas de erizos de mar, dientes y huesos).
- Fosfato cálcico: esqueleto de vertebrados.
- Disueltas (dan lugar a aniones y cationes):
- Asociadas a moléculas orgánicas (fosfoproteínas, fosfolípidos y agar-agar).
- Turgencia: si la concentración del medio intracelular es mayor que la extracelular, la entrada excesiva de agua producirá un hinchamiento.
- Plasmólisis: si la concentración del medio intracelular es menor que la extracelular, la célula pierde agua y disminuye de volumen.
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