1.1. Bioelementos, agua, sales minerales, glúcidos y lípidos

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

Los elementos químicos que forman parte de la materia viva reciben el nombre de Bioelementos. Para estudiarlos, los podemos clasificar en función de su abundancia en bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos.

Los bioelementos se unen, mediante enlaces químicos, para crear moléculas que formarán la materia viva, las llamadas biomoléculas. Las biomoléculas están formadas por seis elementos básicos o primarios: C (carbono), H (hidrógeno), O (oxígeno), N (nitrógeno), P (fósforo) y S (azufre). Estos elementos suman en conjunto el 96% de los seres vivos. Presentan una serie de ventajas:

  • Abundan en las capas más externas de la Tierra. Por lo que están fácilmente accesibles para los seres vivos.
  • Establecen entre sí enlaces estables, pero que se pueden romper con relativa facilidad dando lugar a otras moléculas.
  • El carbono forma grandes cadenas con facilidad, lo que permite una enorme diversificación y complejidad molecular.

Los siguientes elementos en abundancia son los secundarios. Constituyen el 3'9% de la materia viva. Son el Ca (calcio), Cl (cloro), I (iodo) K (potasio), Mg (magnesio) y Na (sodio). Estos bioelementos secundarios tienen funciones muy variadas como formar caparazones y esqueletos, transmitir el impulso nervioso o permitir la fotosíntesis.

Los elementos químicos que aparecen en cantidades menores, inferiores al 0,1%, se llaman oligoelementos. A pesar de su pequeña contribución a la composición de la materia viva, su papel puede ser muy importante, tal es el caso del Fe (hierro) que es parte esencial de la molécula de hemoglobina.

Las biomoléculas se agrupan en dos tipos fundamentales:

  • Biomoléculas inorgánicas. Son moléculas de estructura sencilla que están presentes en la corteza terrestre y en los seres vivos y que son indispensables para la vida por la función que desarrollan. Son el Agua y las Sales minerales.

  • Biomoléculas orgánicas. Son moléculas exclusivas de los seres vivos. Distinguimos dentro de ellas varios tipos: Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos nucleicos.
Puentes de hidrógeno en el agua.
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de Magasjukur2 bajo CC

EL AGUA Y SUS FUNCIONES BIOLÓGICAS

La molécula de agua, formada por dos átomos de hidrógeno unidos a uno de oxígeno, aun siendo neutra, es polar, es decir, tiene zonas parcialmente positivas (las de los átomos de hidrógeno) y zonas parcialmente negativas (la del átomo de oxígeno) Esto es resultado de la mayor atracción del oxígeno sobre los electrones compartidos con el hidrógeno.

  • Las propiedades del agua son el resultado de la estructura de su molécula y de las fuerzas que establecen las moléculas de agua entre sí y con moléculas del medio.

  • Las funciones que el agua realiza en la Naturaleza son consecuencias de sus propiedades.

La polaridad de la molécula de agua provoca la interacción de las zonas parcialmente positivas con las parcialmente negativas de otras moléculas contiguas, dando lugar a lo que se conoce como enlaces o puentes de hidrógeno. Estas uniones, dan lugar a que las propiedades del agua sean muy diferentes a las de otras moléculas parecidas.

 

Propiedades F¡sicoquímicas Funciones biológicas
Alto poder disolvente
El agua puede disolver una enorme variedad de sustancias que de esta forma pueden circular por el interior de los seres vivos. El agua es un buen transportador de sustancias.
Reactividad química
Debido a que el agua se puede disociar en forma iónica puede reaccionar neutralizando sustancias ácidas y básicas. Del mismo modo es capaz de reducir y oxidar una gran variedad de sustancias. El agua interviene en la mayor parte de las reacciones metabólicas.
Calor específico El agua es capaz de absorber grandes cantidades de energía sin aumentar apenas su temperatura. Por ello es un excelente amortiguador térmico.
Calor de vaporización

Cuando el agua se evapora es porque ha absorbido una enorme cantidad de energía. Los seres vivos utilizan esta capacidad para evitar sobrecalentarse, pierden agua por evaporación y con ella el calor. Esta propiedad en su capacidad de actuar como amortiguador térmico.

Si no diera lugar a puentes de hidrógeno, el agua tendría un calor de vaporización mucho más bajo y, en las condiciones de nuestro planeta, se encontraría en estado gaseoso exclusivamente; con lo que la vida, tal y como la conocemos, sería imposible.

Dilatación anómala del agua

La variación anómala de su densidad con la temperatura (es máxima a 4 ºC) provoca que el hielo flote en el agua, esto lo hace funcionar como aislante térmico y posibilita que se mantenga la gran masa de agua de los océanos (reserva de la mayor parte de la biosfera) en estado líquido, a 4ºC.


Tensión superficial

Debido a la fuerza de cohesión de las moléculas de agua provocada por los puentes de hidrógeno, el agua se une a otras moléculas cargadas originando fuerzas de adhesión. Ambos fenómenos son responsables de la capilaridad o movimiento de una disolución acuosa a través de los conductos microscópicos que presentan muchos seres vivos. 

Esto influye también, por tanto, en la función de transporte ya que es el vehículo en el que se transportan las sustancias en el interior de los organismos y desde el medio externo hasta su interior.

SALES MINERALES

Las sales minerales son moléculas inorgánicas que aparecen en todos los seres vivos en cantidades variables (no superiores al 5%). Aparecen de tres formas:

  • Insolubles: en estado sólido, originando un precipitado que constituye las estructuras esqueléticas (conchas, caparazones, huesos) de muchos seres vivos: las más importantes son el carbonato cálcico (CaCO3) que forma la concha de los moluscos, el fosfato cálcico [Ca3(PO4)2] que forma los huesos y la sílice (SiO2) que forma el caparazón de las algas diatomeas.

  • Solubles: en forma iónica disueltas en agua, donde realizan funciones de regulación del pH, procesos osmóticos y algunos fenómenos biológicos como: la contracción muscular (en la que participan iones de calcio), la transmisión del impulso nervioso (iones de sodio y potasio), activación de procesos enzimáticos, etc.

  • Formando parte de moléculas orgánicas: los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina transporta oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe2+. Los citocromos transportan electrones porque poseen un ión Fe3+. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg2+ en su estructura.

GLÚCIDOS: CONCEPTO, CLASIFICACIÓN Y FUNCIONES

Los glúcidos son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno que presentan al menos un grupo carbonilo (-C=O) y varios hidroxilo (-OH). Dependiendo de la complejidad de estas moléculas, nos encontramos tres tipos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

  • Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos. Son dulces, solubles en agua, cristalinos y de color blanco. Forman las estructuras básicas de las que se compondrán los glúcidos más complejos pero además cumplen una función biológica importante: son la principal fuente de energía en los organismos. Ejemplos: glucosa, fructosa, ribosa y desoxirribosa (estas dos últimas son pentosas -cinco átomos de carbono- que forman parte de los ácidos nucleicos).

  • Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos, y conservan sus mismas propiedades. Su principal función es energética. Ejemplos: lactosa (azúcar de la leche) y sacarosa (azúcar común).

  • Los polisacáridos son moléculas muy grandes formadas por un número elevado de monosacáridos. Estos glúcidos no son dulces ni solubles en agua.  Algunos tienen función de reserva energética y otros estructural. Sus funciones principales son servir de reserva energética (almidón y glucógeno) y la formación de estructuras celulares fundamentales para algunos seres vivos como los vegetales (caso de la celulosa). Estos tres polisacáridos citados, están formados por cientos y miles de monosacáridos de glucosa. 

LÍPIDOS: CONCEPTO, CLASIFICACIÓN Y FUNCIONES

Los lípidos son un grupo de biomoléculas constituidas por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque es frecuente la presencia de fósforo, azufre o nitrógeno, que se caracterizan por:

  • Ser biomoléculas insolubles en agua y otros disolventes polares, pero solubles en otros disolventes como acetona, metanol o éter.
  • Poseer brillo y tacto untuoso.

  • Desde el punto de vista de la estructura química, ser un grupo muy heterogéneo y diverso.
Los lípidos se clasifican en:
Lípidos

Saponificables

Contienen en su molécula un ácido graso: CH3-(CH2)n-COOH

Grasas Energéticos
Ceras Protectoras e impermeabilizantes
Fosfolípidos Estructurales (membranas celulares)

Insaponificables

Derivan del isopreno: CH2=C(CH3)-CH=CH2

Terpenos Funciones variadas: fotosíntesis, vitaminas, hormonas,...
Esteroides Estructurales (colesterol) y reguladores (hormonas y vitamina D)

Funciones

Entre las múltiples funciones que desempeñan los lípidos cabe destacar las siguientes:

  • Función energética. Constituyen una importante fuente de energía (producen el doble de calorías que glúcidos y proteínas). Cuando ingerimos más alimento de los necesarios el exceso se acumula en las células adiposas.

  • Función estructural. Pueden depositarse formando importantes depósitos en los organismos. En algunos casos estos depósitos actúan como aislantes térmicos o como protección de órganos como el riñón. Al ser insolubles en agua también se utilizan como impermeabilizantes.

  • Función reguladora. Algunos lípidos constituyen moléculas de gran actividad biológica, siendo precursores de vitaminas y hormonas.