Bioelementos: Átomos de la Vida
Los bioelementos son los átomos de los elementos químicos presentes en los sistemas vivos. Se clasifican por su abundancia de la siguiente manera:
Clasificación por Abundancia
- Primarios: C, H, O, N, P y S. Constituyen las biomoléculas. Son ligeros y tienen tendencia a completar su nivel energético más exterior compartiendo electrones, mediante enlaces covalentes, con uno o más átomos, para formar moléculas muy estables, variadas y complejas. El átomo de Carbono, con 4 electrones en su capa externa, es esencial para formar la estructura básica de las moléculas orgánicas. Sus compuestos son solubles en agua (a diferencia de la corteza terrestre, compuesta mayoritariamente por silicatos).
- Secundarios: Mg, Ca, K, Na, Cl. Se encuentran en menor cantidad, pero son imprescindibles para el metabolismo celular. Existen dos tipos:
- Indispensables: No pueden faltar en la vida celular (K, Cl, Na).
- Variables: Zn, Ti, V, Pb.
- Oligoelementos: Se presentan en cantidades inferiores al 0,1%. Los esenciales son 14, como el Fe, Mn, Cu, Zn e I. El resto no son esenciales. Se dividen en:
- Indispensables: Fe, Mn, Cu, Zn.
- Variables: B, V, Ni, Si.
Funciones de los Bioelementos
- Estructural o plástica: (C, H, O, N, P, S).
- Catalítica específica: Como el Fe (transferencia de oxígeno), Mg (forma parte de la clorofila), Co (componente de la vitamina B12), Ca (interviene en la coagulación de la sangre) y Mn (interviene en la fotosíntesis del agua).
- Función osmótica: Realizada por varios elementos en forma iónica (cuando están disueltos).
Biomoléculas: Clasificación y Funciones
Las biomoléculas son las moléculas integrantes de los seres vivos. Se dividen en:
- Inorgánicas: Pobres en energía (O₂, CO₂, N₂), gases, agua y sales minerales.
- Orgánicas: Ricas en energía y su esqueleto es el átomo de Carbono (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos).
Sus funciones principales son: estructural, energética y bicatalizadora.
El Agua: El Líquido de la Vida
El agua es una sustancia simple considerada el líquido de la vida. Es el compuesto mayoritario en los seres vivos (del 65% al 95%). Se encuentra en tres formas:
- Circulante: En la sangre.
- Intercelular: Entre las células.
- Intracelular: En el citosol.
Su abundancia varía según:
- La actividad metabólica: Los tejidos con gran actividad bioquímica contienen más agua.
- La edad: Los individuos más jóvenes tienen más agua.
- Composición del medio: Los organismos acuáticos tienen mayor proporción.
Estructura de la Molécula del Agua
Está formada por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno unidos mediante enlaces covalentes polares. Es eléctricamente neutra por tener igual número de protones y electrones. La molécula es un dipolo con dos cargas negativas y una positiva en cada átomo de hidrógeno, haciendo que las moléculas de agua se unan a otras mediante enlaces por puentes de hidrógeno.
Propiedades Fisicoquímicas del Agua
- Gran fuerza de cohesión: Favorece la circulación y la turgencia debido a su elevada fuerza de atracción entre moléculas.
- Gran fuerza de adhesión: Favorece los fenómenos de capilaridad.
- Elevado calor específico: Actúa como un amortiguador térmico.
- Elevado punto de evaporación: Le otorga una función termorreguladora.
- Gran medio disolvente: Especialmente para compuestos iónicos.
- Poca densidad en estado sólido: A 0°C se forma un retículo que disminuye su densidad, permitiendo que el hielo flote.
- Bajo grado de ionización.
- Elevada tensión superficial: La superficie libre se comporta como una membrana elástica tensa, lo que causa deformaciones celulares y movimientos citoplasmáticos.
- Alta conductividad térmica: Permite que el calor se reparta uniformemente.
Funciones del Agua
- Capacidad disolvente: Para ácidos, bases, sales y sustancias orgánicas polares (glúcidos).
- Amortiguador térmico y termorregulación.
- Transportador de sustancias: Tanto alimenticias como de desecho.
- Intervención en la Hidrólisis: Una molécula de agua rompe una orgánica.
- Intervención en la Fotosíntesis: Proporciona H+ y electrones.
- Soporte estructural: Da forma y volumen a las células sin membrana rígida. Si pierden agua, pierden su turgencia natural, se arrugan o sufren lisis (rotura).
Sales Minerales
Se encuentran en la materia viva de las siguientes maneras:
- Precipitadas: Son insolubles en agua y forman estructuras sólidas como huesos, caparazones de CaCO₃ (moluscos) y de sílice (algas diatomeas).
- Disueltas: Constituyen plasmas intracelulares e intercelulares, aportando cationes (+) y aniones (-).
- Asociadas a sustancias orgánicas: Formando parte de fosfoproteínas, fosfolípidos, etc.
Funciones de las Sales Minerales
- Estructural: Huesos y conchas formados por sales precipitadas (fosfatos, carbonato cálcico, sílice).
- Fisiológica y bioquímica: Intervienen en procesos biológicos mediante iones de sales disueltas.
- Estabilización de dispersiones coloidales.
- Mantenimiento de la salinidad: Debe permanecer constante en el medio interno.
- Homeostática: Regulación del pH. Los sistemas tampón (como el tampón fosfato) se oponen a los cambios de acidez captando o cediendo H+.
- Osmótica: Regulación de la presión osmótica.
Ósmosis y Presión Osmótica
La ósmosis es un tipo de difusión pasiva donde el agua pasa a través de una membrana semipermeable desde la solución más diluida a la más concentrada. La presión osmótica es la fuerza necesaria para detener este flujo.
El comportamiento celular varía según el medio:
- Medio Isotónico: Igual concentración; la célula no se deforma.
- Medio Hipertónico: Mayor concentración externa; la célula pierde agua, se deshidrata y muere (plasmólisis).
- Medio Hipotónico: Menor concentración externa; el agua entra en la célula, esta se hincha (turgencia) y puede llegar a estallar (lisis) si no tiene pared celular.