Bioelementos y biomoléculas inorgánicas

1) Bioelementos:

La materia viva presenta unas características y propiedades distintas a las de la materia inerte. Los átomos que componen la materia viva se llaman bioelementos (hay  unos 70 diferentes, de los que 25 están presentes en todos los seres vivos y el resto aparece en determinados grupos). No son elementos exclusivos de los seres vivos.


1.1 Bioelementos primarios:

	Glúcidos	Lípidos	Proteínas	Ácidos nucléicos
Carbono	Siempre	Siempre	Siempre	Siempre
Hidrógeno	Siempre	Siempre	Siempre	Siempre
Oxígeno	Siempre	Siempre	Siempre	Siempre
Nitrógeno	A veces	A veces	Siempre	Siempre
Fósforo	A veces	A veces	Casi siempre	Siempre
Azufre	A veces	A veces	Siempre	Nunca

Son los elementos más abundantes y se encuentran en todos o en algunos de los tipos principales de biomoléculas orgánicas o principios inmediatos.

Estos elementos forman parte de la materia viva en un porcentaje muy superior al resto gracias a las siguientes propiedades:

a) Tener un peso atómico bajo (forman combinaciones muy complejas y se favorece el continuo construir y destruir de la materia en los seres vivos por su metabolismo).

b) Tienen capas electrónicas externas incompletas (forman enlaces covalentes).

c) Dado que el oxígeno y el nitrógeno son elementos electronegativos, muchas biomoléculas son polares, y por lo tanto, solubles en agua (requisito inprescindible para que tengan lugar las reacciones biológicas fundamentales en la actividad vital).

d) Son abundantes en las capas más externas de la Tierra (las que se están en contacto con los seres vivos).

El carbono presenta una serie de propiedades que hacen que sea el idóneo para formar las biomoléculas. Son las siguientes:

a) Forman enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía.

b) Pueden formar enlaces con hasta cuatro elementos distintos (variabilidad molecular).

c) Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples.

d) Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas.

e) Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones químicas.

f) El carbono unido al oxígeno forma compuestos gaseosos.

Todas estras propiedades derivan de su pequeño radio atómico y a la presencia de cuatro electrones en su última capa.

1.2 Bioelementos secundarios:

Son los que se encuentran formando biomoléculas inorgánicas como las sales minerales o bien en forma de iones disueltos y asociados a biomoléculas orgánicas. Forman parte de todos los organismos vivos, aunque en menor proporción que los primarios. Se incluyen el potasio, sodio, calcio, magnesio y cloro.

1.3 Oligoelementos:

Se encuentran en proporciones inferiroes al 0,1%, pero son imprescindibles. Entre ellos se encuentran:

a) El hierro: Forma parte de la hemoglobina, pigmento rojo de la sangre de vertebrados.

b) El cobre: Forma parte de la hemocianina, pigmento rojo de la sangre de los invertebrados.

c) El manganeso: Es básico para que las plantas verdes puedan sintetizar la clorofila.

d) El cinc: Catalizador.

e) El yodo: Formación de la tiroxina.

f) El cobalto: Síntesis de la vitamina B12.




2) Biomoléculas inorgánicas:


2.1 El agua:

La inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en el seno del agua. El agua es el principal componente de los seres vivos en cuanto a su cantidad.

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.


2.1.1 Estructura química del agua:

La molécula de agua es dipolar. Aunque tiene una carga total neutra, presenta una distribución asimétrica de sus electrones: alrededor del O se concentra una densidad de carga negativa debido a que es un elemento mucho más electronegativo que el H, por ello los núcleos de H quedan desnudos, manifestando una densidad de carga positiva.

Este carácter dipolar es de trascendental importancia: se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua formándose puentes de hidrógeno. Aunque estas uniones son débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras tres moléculas unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua una estructura reticular, responsable de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.



2.1.2 Propiedades y funciones del agua:

El agua posee unas propiedades características, derivadas de su estructura, que le confieren una importancia extraordinaria para la existencia y el desarrollo de la vida en nuestro planeta:


a) El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida proporcionada variadas posibilidades de vida.


b) La variación de la densidad con la temperatura, determina que el hielo flote en el agua líquida actuando como aislante térmico.


c) Es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal). Esta propiedad 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, pues se disuelven cuando interaccionan con las moléculas de agua.


d) El agua posee un elevado calor específico (cantidad de calor que es necesario comunicar a un gramo de una sustancia para aumentar su temperatura 1ºC), por lo que actúa como regulador térmico, protegiendo a las moléculas de los cambios bruscos de temperatura.


e) Un elevado calor de vaporización (para pasar de líquido a gas es necesario que se ropan los enlaces de hidrógeno, lo cual requiere un aporte considerable de energía). La energía necesaria se toma del entorno, lo que hace que la temperatura de este disminuya (actúa como refrigerante).


f) 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 le convierten en un líquido casi incomprensible. Algunos seres vivos utilizan el agua como esqueleto hidrostático.


g) El agua posee una elevada fuerza de adhesión, provocándose el fenómeno de la capilaridad, es decir, el ascenso del agua a través de las paredes de un capilar (por ejemplo, el ascenso de la sabia bruta por los tubos del xilema de los vegetales).


h) El agua forma iones al disociarse un átomo de hidrógeno de su átomo de oxígeno y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de otra molécula.


El agua no es un líquido químicamente puro, se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- (se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).


El producto iónico del agua constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la alcalinidad o acidez de una disolución acuosa.


a) Disolución neutra:  pH = 7      [H+] = [OH-]
b) Disolución ácida:   pH < 7      [H+] > [OH-]
c) Disolución básica: pH = 7      [H+] < [OH-]



La vida se desarrolla con valores de pH próximos a la neutralidad. Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH y por ello han desarrollado un sistéma tampón o de buffer, que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Impiden la variación del pH liberando una solución de ácido-base conjugada que actúa como dador y aceptador de protones respectivamente.


Las funciones del agua se relacionan intimamente con las propiedades anteriormente descritas:


a) Soporte o medio donde ocurren las reacciones químicas.


b) Amortiguador térmico.


c) Transporte de sustancias.


d) Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos.


e) Favorece la circulación y turgencia.


f) Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos.


g) Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo (sobre todo en hidrólisis).




2.2 Las sales minerales:


En todos los seres vivos se encuentran siempre determinadas cantidades de sales minerales. Se clasifican en función de su solubilidad en agua.


Las sustancias salinas insolubles en agua forman estructuras sólidas que pueden cumplir funciones de protección y sostén (como los caparazones de carbonato cálcilo de los crustáceos y moluscos).


Las sales minerales solubles en agua se encuentran disociadas en sus iones correspondientes, que son los responsables de su actividad biológica.




3) 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.

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

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

Gracias al sistema tampón se evitan las variaciones continuas de pH en los seres vivos, y para ello intervienen de forma fundamental las sales minerales. 






4) Ósmosis y presión osmótica:

La ósmosis es el proceso por el cual se igualan dos concentraciones separadas por una membrana semipermeable. El disolvente pasa, a través de la membrana, desde la solución hipotónica a la hipertónica hasta que ambas sean isotónicas.

La presión osmótica es la presión necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. 

La membrana plasmática de la célula es semipermeable, por lo que debe permanecer en equilibrio osmótico con el medio.

Si los líquidos extracelulares se vuelven hipertónicos respecto a la célula, esta pierde agua, se deshidrata y muere (plasmólisis).

Si sucede al contrario y el  medio extracelular se vuelve hipotónico, la célula permite el paso de agua, se hincha y se vuelve turgente (turgescencia), llegando a estallar.