BIOLOGÍAJM TEMA 2: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGÉNICOS
Bioelementos esenciales,
unos 30 de la Tabla periódica. Seleccionados por tipos de enlaces, etc.
BIOELEMENTOS PRIMARIOS:
C, H, O, N 95%, 99% si incorporamos  S y P.
Forman parte de la mayor parte de las biomoléculas
Pueden formar enlaces covalentes muy estables por ser de poco peso atómico (ligeros).
C, O y N pueden formar enlaces dobles y el C también triples.
El carbono es el elementos básico de todas las moléculas orgánicas, porque:
Forma enlaces covalentes consigo mismo, dando lugar a cadenas lineales, ramificadas, cíclicas, etc. 
Puede formar enlaces simples, dobles y triples.
Se puede unir con el O, N, H etc. Dando lugar a los distintos grupos funcionales.
A causa de la configuración tetraédrica de sus enlaces cada molécula tiene una estructura espacial determinada que determina, a su vez, su funcionamiento.

Comparación C Si
BIOELELEMENTOS SECUNDARIOS:
Ca, Na, Mg, Cl, 0,9% 
OLIGOELEMENTOS O ELEMENTOS VESTIGIALES:
Fe, Si, Cu, Mn, I, V, Co, etc.
Esenciales y no esenciales. Activadores enzimáticos.

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

AGUA

El agua es fundamental para la vida desde su origen. Por todo ello no es de extrañar que el agua sea el principal componente de los seres vivos en cuanto a su cantidad y funciones. El cuerpo humano, por ej., está formado por término medio por un 75% de agua, La cantidad de agua depende de: actividad metabólica del organismo o tejido, edad y especie.
El agua reúne una serie de características que la convierten en un disolvente único e insustituible en la Biosfera. En cuanto a sus propiedades fisicoquímicas cabe destacar:

1.- La molécula de agua tiene un marcado carácter dipolar. Aunque tiene una carga total neutra . Este carácter dipolar de la molécula de agua es de trascendental importancia y tiene múltiples consecuencias: La más relevante es que se pueden establecer interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua formando uniones electrostáticas llamadas puentes o enlaces de H. Todas las restantes propiedades del agua son, pues, consecuencia de ésta.
2.- El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal). Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de H, además de con otras moléculas de agua como se dijo anteriormente, con otras sustancias polares (grupos -OH de alcoholes y azúcares, grupos -NH2 de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.), pues se disuelven cuando interaccionan con las moléculas del agua. También sustancias iónicas. Por todo ello puede actuar como vehículo de transporte y lugar donde tienen lugar las reacciones químicas

3.- Es líquida en un amplio margen de temperaturas  (0º-100º).

4.- Líquido prácticamente incompresible. Por su alto grado de cohesión.

4.- Capilaridad, debido a su elevada fuerza de cohesión y adhesión. Proceso que interviene en el ascenso de la savia bruta (xilema).

5.- Elevada tensión superficial. Propiedad que interviene en los movimientos citoplasmáticos y deformaciones celulares.

6.- El agua posee un elevado calor específico. Por ello actúa como termorreguladora.

7.- Elevado calor de vaporización.

8.- La anómala variación de la densidad con la temperatura, con una densidad máxima a 4ºC, determina que el hielo flote en el agua líquida actuando como aislante térmico y, en consecuencia, posibilitando el mantenimiento de la gran masa de agua de los océanos en fase líquida albergando a la mayor parte de la Biosfera.

9.- El agua posee una elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de H mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Gracias a esta propiedad algunos seres vivos utilizan el agua como esqueleto hidrostático.

10.- Ionización: 2H2O -------->H3O + OH. Cuando [H+]=[OH-] = 10-7

    [H+]*[OH-] = kw10-14         PH= 1/[H+] = - LOG [H+] (escala pH).

11.- Reactivo. Reacciones de hidrólisis y de condensación y polimerización

Los seres vivos van renovando continuamente su contenido en agua, ingiriéndola con la alimentación y perdiéndola con la respiración como vapor y con la excreción (orina, sudor, etc.)

SALES MINERALES

Se pueden encontrar de tres formas distintas: formando estructuras sólidas insolubles, disueltas o unidas a moléculas orgánicas

 Las sustancias salinas insolubles en agua forman estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén y que están muy extendidas en todos los seres vivos. Los Crustáceos y los Moluscos presentan caparazones de carbonato cálcico (CO3Ca) mientras que en la Diatomeas son de sílice (SiO2). El esqueleto interno de los Vertebrados presenta una parte mineral formada por la asociación de varios componentes minerales, sobre todo carbonato y fosfato cálcico [(PO4)2Ca3]. Además, el esmalte de los dientes presenta fluoruro cálcico (F2Ca).

 En cuanto a las sales minerales solubles en agua, éstas se encuentran disociadas en sus iones correspondientes, que son los responsables de su actividad biológica. Los principales iones son:

-      Cationes: Na+, K+, Mg2+, Ca2+ y amonio (NH4+).

-       Aniones: Cl-, fosfatos (PO43-, PO4H2-, PO4H2-), sulfato (SO42-), nitrato (NO3-)  y carbonatos (CO32-, CO3H-).

Los iones minerales realizan múltiples funciones en el organismo, destacando las siguientes:

Regulación de los fenómenos osmóticos: cuando dos disoluciones salinas de distinta concentración se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable (llamada así porque permite el paso de agua pero no de los iones disueltos en ella) las dos disoluciones tienden a equilibrar sus concentraciones y, como los iones no pueden atravesar la membrana, es el agua de la disolución más diluida la que va pasando a la más concentrada. Este trasiego de agua cesa cuando ambas disoluciones adquieren la misma concentración. La disolución más concentrada recibe el nombre de hipertónica respecto a la menos concentrada que es la hipotónica; en el momento del equilibrio se dice que las dos disoluciones son isotónicas. Este fenómeno se conoce con el nombre de ósmosis y el paso del agua a través de la membrana semipermeable genera una presión llamada presión osmótica. Se producen fenómenos de plasmolisis, hemolisis, etc.

Regulación del equilibrio ácido-base: En los seres vivos existe siempre una cierta cantidad de hidrogeniones (H+) y de iones hidroxilo (OH-) que proceden de:

a) La disociación del agua que proporciona los dos iones: H2O ---------->H+ + OH-

b) La disociación de cuerpos con función ácida que proporcionan H+:

ClH---------> Cl- + H+

c) La disociación de cuerpos con función básica que proporcionan OH-:  

NaOH  ------------>   Na+ + OH-

Una disolución será neutra cuando [H+]=[OH-], ácido cuando  [H+]>[OH-] y alcalino cuando  [H+]<[OH-]. Para que los fenómenos vitales puedan desarrollarse con normalidad es necesario que la concentración de H+, que se expresa en valores de pH sea más o menos constante y próxima a la neutralidad, es decir, pH=7. Sin embargo, en las reacciones que tienen lugar durante el metabolismo se están liberando productos tanto ácidos como básicos que tenderán a variar dicha neutralidad si no fuera porque los organismos disponen de unos mecanismos químicos que se oponen automáticamente a las variaciones de pH. Estos mecanismos se denominan sistemas amortiguadores o sistemas tampón, y en ellos intervienen de forma fundamental las sales minerales. Lo más corriente es que el pH tienda a desplazarse hacia el lado ácido por lo que los sistemas tampón más importantes actúan evitando este desplazamiento. Un tampón está formado por una mezcla de un ácido débil y una sal del mismo ácido; el más extendido es el formado por el ácido carbónico (CO3H2) y el bicarbonato sódico (CO3HNa). Supongamos que el organismo se ve sometido a un exceso de ácido clorhídrico que, en consecuencia liberará  protones que harán disminuir el pH. En este momento entra en funcionamiento el sistema amortiguador y ocurre lo siguiente:

1.- La sal (bicarbonato sódico) reacciona con el ácido clorhídrico:

CO3HNa + ClH   ------------------>   NaCl + CO3H2

La sal que se forma (NaCl) es neutra y, aunque se disocie, no libera protones y, además, es habitualmente expulsada por la orina.

        2.- El ácido carbónico que se ha formado podría incrementar la acidez, pero rápidamente se descompone en CO­2, que se libera con la respiración, y agua que es neutra:

CO3H    ---------------->    CO2 + H2O

    Tambón de los fosfatos: H2PO2 -------> H+ + HPO2-

En resumen, todos los hidrogeniones que podrían provocar un estado de acidez desaparecen manteniéndose el estado de neutralidad.

ACTIVIDADES 2

- Comparación C - Si

- Enumerar las propiedades físico-químicas del agua y relacionar cada una de ellas con alguna/s funciones.

- Dada una disolución de pH 6. Calcular la concentración de iones H y OH.

 

 

Direcciones web

http://www.aula21.net/Nutriweb/pagmarco.htm