BIOELEMENTOS: BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA Y SALES MINERALES Los bioelementos se encuentran en los seres vivos formando parte de las moléculas, que pueden ser inorgánicas u orgánicas. Biomoléculas orgánicas: Se encuentran formando parte de los seres vivos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Biomoléculas inorgánicas: Pueden encontrarse dentro y fuera de los seres vivos, son el agua y las sales minerales. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: •

EL AGUA:

El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varía de una especie a otra, dependiendo también de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido. 1. Características de la molécula de agua: Está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes simples) La molécula del agua es un dipolo. Debido a la electronegatividad del oxígeno, los electrones de los hidrógenos se desplazan hacia éste, cargándose negativamente el polo de la molécula que ocupa el oxígeno y apareciendo dos polos positivos en los hidrógenos. Entre los dipolos se establecen fuerzas de atracción denominadas puentes de hidrógeno, de forma que se forman macromoléculas de hasta 9 moléculas, coexistiendo éstas con moléculas aisladas, lo que determina que el agua presente mayor peso molecular y se presente en estado líquido. Así, se forma una estructura ordenada, responsable del comportamiento característico del agua, así como de sus propiedades físicas y químicas. 1. Propiedades físico- químicas del agua: Acción disolvente: Se le considera el disolvente universal, ya que es capaz establecer interacciones con iones o moléculas polares, provocando su dispersión o disolución. Las moléculas de agua se disponen alrededor de los iones positivos con la parte negativa de su molécula hacia ellos y, en el caso de los iones negativos, enfrentando su parte positiva, consiguiendo así atraerlos. Se forma así una capa de solvatación alrededor de los mismos, que los independiza y dispersa en el seno acuoso. Capa de solvatación en torno a un ión positivo

La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: 1. Hace del agua el medio ideal para que se desarrollen las reacciones del metabolismo en el interior celular. 2. Se constituye como un eficaz medio de transporte de sustancias, aporte de nutrientes y eliminación de desechos. Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede tener la función en algunos animales de esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos, permite dar volumen a las células. También explica la función mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones (líquido sinovial) Elevada fuerza de adhesión: Se debe al establecimiento de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar (tubo de pequeño diámetro) en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos. Gran calor específico: El calor específico se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1ºC la temperatura de 1 gr. de agua. Esto hace que el agua almacene o libere una gran cantidad de calor al calentarse o al enfriarse; lo que permite que el agua actúe como amortiguador térmico, evitando bruscas alteraciones de la temperatura y evitando de esta forma que, por ejemplo, algunas moléculas como las proteínas, muy sensibles a los cambios térmicos, se alteren. Así se mantiene la temperatura constante (Función termorreguladora). Elevado calor de vaporación: El calor de vaporización es el que se necesita suministrar al agua para que cambie del estado líquido al gaseoso (evaporización). Para ello es necesario romper los puentes de hidrógeno, por lo que se necesita suministrar el calor suficiente para ello. De ahí que el agua cambie de estado a los 100ºC. El sudor que segregan los seres vivos, permite acumular el exceso de calor del organismo y, al evaporarse, eliminarlo con poca pérdida de agua, actuando así como regulador térmico. Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada y origina una “película superficial” que permite, por ejemplo, el desplazamiento sobre ella de algunos organismos. Densidad: El agua en estado líquido es mas densa que en estado sólido Esto permite la vida acuática en climas fríos, ya que al descender la temperatura se forma una capa de hielo en la superficie que flota y protege al agua líquida que queda bajo ella. 1. 3. Funciones del agua en los seres vivos:

Derivan de las propiedades físico-químicas anteriormente explicadas. - Función de disolvente universal, relacionada con su estructura dipolar. - Función estructural, - Función transportadora, en relación también con su estructura dipolar y su elevada fuerza de adhesión. - Función termorreguladora, condicionada por su gran calor específico y calor de vaporización. - Función amortiguadora, relacionada con la elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. - Función reactiva, lo que está relacionado con su estructura dipolar. LOS FLUÍDOS EN LOS SERES VIVOS: El estudio de las disoluciones es fundamental para comprender la mayor parte de los procesos biológicos que ocurren en el interior de los seres vivos. Los fluidos presentes en los seres vivos constan de una fase dispersante, que es acuosa y de una fase dispersa o soluto, formada por partículas de pequeño tamaño. Según el tamaño de las partículas de la fase dispersa, se pueden clasificar en: Disoluciones verdaderas: Si el tamaño es inferior a 5nm. Las partículas disueltas son iones, moléculas aisladas o pequeñas agrupaciones, que no sedimentan. Dispersiones coloidales: Si el tamaño está entre 5-200 nm. Las partículas no sedimentan, pero reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas. Un de los procesos físico-químicos más importantes que tienen lugar en las disoluciones verdaderas es la ósmosis. ÓSMOSIS: La ósmosis es un proceso físico-químico consistente en el paso del disolvente de una disolución (no del soluto), a través de una membrana semipermeable. El paso del disolvente se realiza siempre desde la solución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica), manteniéndose hasta que las dos soluciones separadas por la membrana tengan la misma concentración (sean isotónicas). Este proceso ocurre, por ejemplo, en las membranas celulares. El medio interno de las células es eminentemente acuoso y sus membranas plasmáticas son semipermeables, lo que favorece que el agua pase a su través e iguale las concentraciones de sales a ambos lados. Si la concentración de los fluidos extracelulares e intracelulares es la misma, ambas disoluciones son isotónicas y no se producen fenómenos osmóticos. Si por el contrario

el medio extracelular está más diluido, se dice que es hipotónico respecto a la célula y el agua tiende a entrar en la célula por ósmosis hasta igualar concentraciones. En este caso se produce turgescencia, es decir, la célula se hincha, corriendo el riego, incluso, de estallar. Si el medio externo está más concentrado, se dice que es hipertónico respecto al interior celular. En este caso, el agua sale de la célula para igualar las concentraciones, de forma que la célula pierde agua, se deshidrata y puede llegar a morir (plasmólisis). •

LAS SALES MINERALES:

Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos en tres formas: Sustancias minerales precipitadas: constituyen estructuras sólidas, insolubles, con naturaleza esquelética, formando tanto exoesqueletos como endoesqueletos. Por ejemplo, el carbonato de calcio, fosfato de calcio, la sílice, etc. Sales minerales disueltas: Las sustancias minerales al disolverse en el medio interno acuoso, dan lugar a aniones y cationes. Estos iones mantienen constante el grado de salinidad dentro del organismo y ayudan a mantener el grado de acidez (pH), lo que es imprescindible para el correcto desarrollo de las reacciones metabólicas celulares. El medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas constantes, de hecho, cualquier variación provoca alteraciones importantes en la dinámica celular. La mayor o menor presencia de sales en el medio interno celular, determina que se produzcan fenómenos osmóticos que regulen las concentraciones a ambos lados de la membrana celular, con lo que se regula la presión osmótica y el volumen celular. Para evitar las variaciones de pH, que causarían trastornos graves en algunos procesos metabólicos y la pérdida de la capacidad funcional de muchas enzimas, algunas sales minerales disueltas cumplen esta función, formando disoluciones tampón o amortiguadoras, que compensan el exceso o el déficit de iones en el medio, manteniendo constante el pH. Estas disoluciones están formadas por un ácido débil y su base conjugada, que actúan como dadores o receptores de H+, regulando así el pH, ya que el pH= -log (H+). Un ejemplo es el sistema tampón fosfato: Acidifica H2PO4-

HPO4

2-

+ H+

Neutraliza

Sales minerales asociadas a moléculas orgánicas: normalmente

aparecen asociadas a proteínas o lípidos. Se recomienda consultar: http://www.youtube.com/watch?v=U6OwBwcL9A8&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=sdiJtDRJQEc&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=-HCRm5HX1hc BIOELEMENTOS: BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA Y SALES MINERALES Los bioelementos se encuentran en los seres vivos formando parte de las moléculas, que pueden ser inorgánicas u orgánicas. Biomoléculas orgánicas: Se encuentran formando parte de los seres vivos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Biomoléculas inorgánicas: Pueden encontrarse dentro y fuera de los seres vivos, son el agua y las sales minerales. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: •

EL AGUA:

El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varÍa de una especie a otra, dependiendo también de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido. 1. Características de la molécula de agua: Está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes simples) La molécula del agua es un dipolo. Debido a la electronegatividad del oxígeno, los electrones de los hidrógenos se desplazan hacia éste, cargándose negativamente el polo de la molécula que ocupa el oxígeno y apareciendo dos polos positivos en los hidrógenos. Entre los dipolos se establecen fuerzas de atracción denominadas puentes de hidrógeno, de forma que se forman macromoléculas de hasta 9 moléculas, coexistiendo éstas con moléculas aisladas, lo que determina que el agua presente mayor peso molecular y se presente en estado líquido. Así, se forma una estructura ordenada, responsable del comportamiento característico del agua, así como de sus propiedades físicas y químicas. 1. Propiedades físico- químicas del agua: Acción disolvente: Se le considera el disolvente universal, ya que es capaz establecer interacciones con iones o moléculas polares, provocando su dispersión o disolución. Las moléculas de agua se disponen alrededor de los iones positivos con la parte negativa de su molécula hacia ellos y, en el caso de los iones negativos, enfrentando su parte positiva, consiguiendo así atraerlos. Se forma así una capa de solvatación alrededor de los mismos, que los independiza y dispersa en el seno acuoso.

Capa de solvatación en torno a un ion positivo La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: 1. Hace del agua el medio ideal para que se desarrollen las reacciones del metabolismo en el interior celular. 2. Se constituye como un eficaz medio de transporte de sustancias, aporte de nutrientes y eliminación de desechos. Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede tener la función en algunos animales de esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos, permite dar volumen a las células. También explica la función mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones (líquido sinovial) Elevada fuerza de adhesión: Se debe al establecimiento de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar (tubo de pequeño diámetro) en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos. Gran calor específico: El calor específico se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1ºC la temperatura de 1 gr. de agua. Esto hace que el agua almacene o libere una gran cantidad de calor al calentarse o al enfriarse; lo que permite que el agua actúe como amortiguador térmico, evitando bruscas alteraciones de la temperatura y evitando de esta forma que, por ejemplo, algunas moléculas como las proteínas, muy sensibles a los cambios térmicos, se alteren. Así se mantiene la temperatura constante (Función termorreguladora). Elevado calor de vaporación: El calor de vaporización es el que se necesita suministrar al agua para que cambie del estado líquido al gaseoso (evaporización). Para ello es necesario romper los puentes de hidrógeno, por lo que se necesita suministrar el calor suficiente para ello. De ahí que el agua cambie de estado a los 100ºC. El sudor que segregan los seres vivos, permite acumular el exceso de calor del organismo y, al evaporarse, eliminarlo con poca pérdida de agua, actuando así como regulador térmico. Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada y origina una “película superficial” que permite, por ejemplo, el desplazamiento sobre ella de algunos organismos. Densidad: El agua en estado líquido es mas densa que en estado sólido Esto permite la vida acuática en climas fríos, ya que al descender la temperatura se forma una capa de hielo en la superficie que flota y protege al agua líquida que queda bajo ella.

1. 3. Funciones del agua en los seres vivos: Derivan de las propiedades físico-químicas anteriormente explicadas. - Función de disolvente universal, relacionada con su estructura dipolar. - Función estructural, - Función transportadora, en relación también con su estructura dipolar y su elevada fuerza de adhesión. - Función termorreguladora, condicionada por su gran calor específico y calor de vaporización. - Función amortiguadora, relacionada con la elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. - Función reactiva, lo que está relacionado con su estructura dipolar. LOS FLUÍDOS EN LOS SERES VIVOS: El estudio de las disoluciones es fundamental para comprender la mayor parte de los procesos biológicos que ocurren en el interior de los seres vivos. Los fluídos presentes en los seres vivos constan de una fase dispersante, que es acuosa y de una fase dispersa o soluto, formada por partículas de pequeño tamaño. Según el tamaño de las partículas de la fase dispersa, se pueden clasificar en: Disoluciones verdaderas: Si el tamaño es inferior a 5nm. Las partículas disueltas son iones, moléculas aisladas o pequeñas agrupaciones, que no sedimentan. Dispersiones coloidales: Si el tamaño está entre 5-200 nm. Las partículas no sedimentan, pero reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas. Un de los procesos físico-químicos más importantes que tienen lugar en las disoluciones verdaderas es la ósmosis. ÓSMOSIS: La ósmosis es un proceso físico-químico consistente en el paso del disolvente de una disolución (no del soluto), a través de una membrana semipermeable. El paso del disolvente se realiza siempre desde la solución más diluída (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica), manteniéndose hasta que las dos soluciones separadas por la membrana tengan la misma concentración (sean isotónicas). Este proceso ocurre, por ejemplo, en las membranas celulares. El medio interno de las células es eminentemente acuoso y sus membranas plasmáticas son semipermeables, lo que favorece que el agua pase a su través e iguale las concentraciones de sales a ambos lados.

Si la concentración de los fluidos extracelulares e intracelulares es la misma, ambas disoluciones son isotónicas y no se producen fenómenos osmóticos. Si por el contrario el medio extracelular está más diluido, se dice que es hipotónico respecto a la célula y el agua tiende a entrar en la célula por ósmosis hasta igualar concentraciones. En este caso se produce turgescencia, es decir, la célula se hincha, corriendo el riego, incluso, de estallar. Si el medio externo está más concentrado, se dice que es hipertónico respecto al interior celular. En este caso, el agua sale de la célula para igualar las concentraciones, de forma que la célula pierde agua, se deshidrata y puede llegar a morir (plasmólisis). •

LAS SALES MINERALES:

Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos en tres formas: Sustancias minerales precipitadas: constituyen estructuras sólidas, insolubles, con naturaleza esquelética, formando tanto exoesqueletos como endoesqueletos. Por ejemplo, el carbonato de calcio, fosfato de calcio, la sílice, etc. Sales minerales disueltas: Las sustancias minerales al disolverse en el medio interno acuoso, dan lugar a aniones y cationes. Estos iones mantienen constante el grado de salinidad dentro del organismo y ayudan a mantener el grado de acidez (pH), lo que es imprescindible para el correcto desarrollo de las reacciones metabólicas celulares. El medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas constantes, de hecho, cualquier variación provoca alteraciones importantes en la dinámica celular. La mayor o menor presencia de sales en el medio interno celular, determina que se produzcan fenómenos osmóticos que regulen las concentraciones a ambos lados de la membrana celular, con lo que se regula la presión osmótica y el volumen celular. Para evitar las variaciones de pH, que causarían trastornos graves en algunos procesos metabólicos y la pérdida de la capacidad funcional de muchas enzimas, algunas sales minerales disueltas cumplen esta función, formando disoluciones tampón o amortiguadoras, que compensan el exceso o el déficit de iones en el medio, manteniendo constante el pH. Estas disoluciones están formadas por un ácido débil y su base conjugada, que actúan como dadores o receptores de H+, regulando así el pH, ya que el pH= -log (H+). Un ejemplo es el sistema tampón fosfato: Acidifica H2PO4-

HPO4

2-

+ H+

Neutraliza

Sales minerales asociadas a moléculas orgánicas: normalmente

aparecen asociadas a proteínas o lípidos. Se recomienda consultar: http://www.youtube.com/watch?v=U6OwBwcL9A8&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=sdiJtDRJQEc&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=-HCRm5HX1hc