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TEMA 1TEMA 1

LA BASE QUÍMICA DE LA VIDA:LA BASE QUÍMICA DE LA VIDA:

COMPONENTES ORGÁNICOS E INORGÁNICOSCOMPONENTES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS

EL AGUA Y LAS SALES MINERALESEL AGUA Y LAS SALES MINERALES

Biología Ciclos Formativos TEMA 1

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INDICE

1. LA BASE QUÍMICA DE LA VIDA: COMPONENTES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS

1.1. Bioelementos

1.1.1. Clasificación de los bioelementos

1.1.2. Características de los bioelementos

1.1.3. Principios inmediatos o biomoléculas

2. EL AGUA

2.1. Características del agua

2.2. Propiedades del agua

3. LAS SALES MINERALES

3.1. Sales minerales disueltas

3.1.1. Funciones de las sales minerales en disolución

3.2. Sales minerales precipitadas

3.2.1. Funciones de las sales precipitadas

4. LOS ENLACES: EL ENLACE COVALENTE

4.1. Enlaces covalentes simples, dobles y triples

4.2. Los enlaces covalentes de los bioelementos primarios

4.3. Enlaces covalentes del carbono

5. LAS CADENAS CARBONATADAS

6. FUNCIONES ORGÁNICAS

7. FÓRMULAS DE LAS BIOMOLÉCULAS

8. ENLACES INTER E INTRAMOLECULARES


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1. LA BASE QUÍMICA DE LA VIDA: COMPONENTES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS.

El examen espectroscópico de las estrellas y galaxias ha permitido comprobar que todo el

universo está formado por los mismos elementos químicos, agrupados de muy distintas proporciones.

Los seres vivos también están constituidos por los mismos elementos que el resto del cosmos: no

existen átomos exclusivos de lo viviente.

1.1. Bioelementos:

Los bioelementos o elementos biogénicos son los que forman parte de los seres vivos aunque

en proporciones muy variables. Se han identificado algo más de 70 bioelementos que se encuentran

formando parte de la materia viva en muy distintas proporciones a las que se encuentran en la

materia inerte.

1.1.1. Clasificación de los bioelementos:

a) Elementos biogénicos mayoritarios: son los que se encuentran siempre en la

materia viva. A su vez se pueden distinguir:

Elementos biogénicos primarios : carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y

fósforo. Constituyen los componentes esenciales con los que se construye la materia

viva para formar las biomoléculas o principios inmediatos.

Elementos biogénicos secundarios : magnesio, calcio, potasio, sodio y cloro. Son

elementos menos abundantes en la materia viva pero desempeñan funciones vitales

en la fisiología celular.

b) Oligoelementos esenciales: son esenciales para la vida, pero se encuentran en la

materia viva en cantidades muy pequeñas que no superan el 0,1%. Estos son: hierro,

manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio,

molibdeno y estaño.

c) Oligoelementos no esenciales: este grupo lo forman el resto de los elementos

químicos que aún no siendo esenciales para todos los organismos, a menudo

desempeñan importantes funciones (boro, aluminio, yodo, silicio..)

1.1.2. Características de los bioelementos:

Son abundantes en la biosfera

Presentan masa molecular pequeña y pueden compartir electrones de sus capas más

externas, por lo que pueden formar enlaces covalentes estables.

Los compuestos que forman los bioelementos primarios muestran generalmente una clara

polaridad, lo que facilita su disolución en el agua.


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El átomo de carbono posee cuatro electrones de valencia lo que le permite formar cuatro

enlaces covalentes muy estables.

1.1.3. Principios inmediatos o biomoléculas

Los principios inmediatos están formados por la combinación de los bioelementos. Existen

seis grupos de principios inmediatos: las sales minerales, agua, glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos

nucleicos.

2. EL AGUA

El agua es la molécula más abundante en la materia viva. La cantidad de agua en los seres

vivos oscila entre un 20% en tejidos óseos hasta un 85% en determinadas células. El contenido en

agua es superior en células embrionarias y va disminuyendo con el envejecimiento celular.

El agua es el disolvente biológico por excelencia y es el medio en el que ocurren la mayoría

de las reacciones metabólicas. Los organismos pueden obtener el agua directamente de medio

ambiente (agua exógena) o generarla a partir de otras moléculas orgánicas mediante diferentes

reacciones bioquímicas (agua endógena o metabólica).

2.1. Características del agua

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por

enlaces covalentes simples. Es eléctricamente neutra, aunque sus átomos tienen diferentes valores

de electronegatividad. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno por lo que los

electrones de los enlaces entre estos dos átomos están desplazados hacia el oxígeno. Este

desplazamiento genera un exceso de carga negativa sobre el oxígeno y un exceso de carga positiva

sobre los hidrógenos. Esta distribución espacial de cargas eléctricas se define como momento bipolar

y da lugar a una molécula caracterizada por la ausencia de carga neta en la que se establece un

dipolo y que adquiere carácter polar.

Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí, mediante

atracciones electrostáticas estableciendo puentes de hidrógeno. Así cada molécula de agua puede

formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua o con otras moléculas polares

o iones.


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A pesar de la relativa debilidad de los enlaces de hidrógeno su presencia confiere una

estructura interna al agua que permite explicar algunas de sus características más importantes. Por

ejemplo que sea un fluido en estado líquido a temperatura ambiente o que posea un calor de

vaporización superior al que cabría esperar en moléculas covalentes con similar masa molecular. La

estabilidad de los enlaces de hidrógeno disminuye al aumentar la temperatura, pero en el caso del

agua a 100ºC todavía están presentes.

2.2. Propiedades del agua:

1. Elevada tensión molecular. El hecho de ser un fluido dentro de un amplio margen de

temperaturas permite al agua dar volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso

actuar como esqueleto hidrostático en algunos invertebrados. También explica las

deformaciones celulares del citoplasma y la función mecánica amortiguadora que ejerce en

las articulaciones de los animales vertebrados constituyendo el líquido sinovial de las

articulaciones.

2. Elevada tensión superficial . las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de

atracción netas 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.

3. Elevada fuerza de adhesión . Las moléculas de agua tienen gran capacidad para ascender por

capilaridad a través de conductos de pequeño diámetro.

Fuerza de adhesión

4. Elevado calor específico . Las moléculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor sin

elevar notablemente su temperatura ya que parte de la energía es empleada en romper los

enlaces de hidrógeno. Esta propiedad explica su capacidad termorreguladora manteniendo

constante la temperatura interna de los organismos.


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5. Densidad . El agua en estado líquido es más densa que en estado sólido. Esta propiedad

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 de los

efectos térmicos del exterior lo que permite la supervivencia de muchas especies.

6. Elevado calor de vaporización . Cuando el agua pasa de estado líquido a gaseoso necesita

absorber mucho calor para romper los puentes de hidrógeno. De esta manera cuando el agua

se evapora en la superficie de un ser vivo absorbe calor del organismo actuando como

regulador térmico. Gracias a esta propiedad se puede eliminar gran cantidad de calor con

poca pérdida de agua.

7. Elevada capacidad disolvente . Las moléculas de agua debido a su carácter polar tienden a

disminuir las atracciones electrostáticas entre los iones de las sales y otros compuestos

iónicos, facilitando su disociación en forma de aniones y cationes, rodeándolos por dipolos de

agua que impiden su unión. Este fenómeno se conoce como solvatación iónica.

Esta tendencia del agua viene determinada por su constante dieléctrica elevada que

favorece la disolución de las redes cristalinas.

El agua puede manifestar también su acción como disolvente mediante el

establecimiento de enlaces de hidrógeno con otras moléculas que contiene grupos

funcionales polares, como alcoholes, aldehídos o cetonas provocando su dispersión o

disolución.

8. Bajo grado de ionización . En el agua líquida existe una pequeñísima cantidad de moléculas

ionizadas. En los líquidos biológicos el agua posee sales minerales y proteínas ionizadas que

contrarrestan dicho efecto, luego son soluciones tamponadoras. La concentración de

protones en disoluciones acuosas mide el pH.

Ión Ión Hidroxilo hidróxido

Ionización del agua


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9. Permite regular la presión osmótica celular ya que las moléculas de agua pueden traspasar la

membrana celular (semipermeable) a favor de gradiente de concentración.

3. SALES MINERALES

Las sales minerales son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos que se

encuentran disueltas o en estado sólido (precipitadas) y que también pueden asociarse con otras

moléculas orgánicas.

3.1. Sales minerales disueltas:

Son las sales solubles en agua, se encuentran disociadas en sus iones y forman parte de los

medios intra y extracelulares.

Aniones: cloruros, fosfatos, fosfatos monoácidos, carbonatos, bicarbonatos y nitratos

Cationes: sodio, calcio, magnesio, hierro y potasio.

3.1.1. Funciones de las sales en disolución:

Las sales minerales hidrosolubles, a través de sus iones, cumplen diversas funciones de tipo

general, colaborando en el mantenimiento de la homeostasis o de tipo específico, que dependen del

sistema biológico en el que se encuentran. Además pueden asociarse con otras moléculas orgánicas

como lípidos, proteínas o glúcidos.

Algunas funciones generales son:

Mantener el grado de salinidad de los organismos. Las concentraciones iónicas de sales

minerales se mantienen constantes, dentro de unos ciertos límites, en los distintos organismo.

Regular la actividad enzimática. La presencia de determinados iones activa o inhibe

reacciones metabólicas, asociándose a la sustancia reaccionante o a las enzimas.

Regular la presión osmótica y el volumen celular. La presencia de sales en el medio interno

celular es determinante para que se verifique la entrada o salida de agua a través de la


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membrana. Los medios con alta concentración salina son hipertónicos con respecto a los que

tienen una concentración salina menor, e hipotónicos en el caso contrario. Si el medio interno

es hipertónico con respecto al exterior se producirá entrada de agua, que ocasionará

aumento del volumen celular. Si la concentración iónica en el interior es menor, se producirá

el efecto contrario.

Generar potenciales eléctricos. Los iones que se encuentran en el interior de las células no

son los mismos que los del medio externo. por esto a ambos lados de la membrana existe

una diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribución de iones provoca la existencia

de un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga

eléctrica.

Regular el pH. La actividad biológica en el medio interno celular se produce a un determinado

valor de pH. Las reacciones químicas que se verifican en los organismo producen variaciones

del pH y algunas sales minerales disueltas contribuyen a disminuir estas variaciones,

manteniendo el pH constante. Las disoluciones de sales que tienen esta función se

denominan tampones o disoluciones amortiguadoras.

3.2. Sales minerales precipitadas

Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado sólido. En cada

organismo se forman diversos cristales de una o varias especies minerales con formas y tamaños

específicos. Las sales minerales precipitadas que se encuentran en los seres vivos presentan

diferencias importantes con respecto a las que se encuentran en la materia inorgánica. Se pueden

asociar a macromoléculas generalmente de tipo proteico, con las que interaccionan a través de

grupos iónicos comunes y regulan el crecimiento de los cristales. Los cristales más abundantes en los

organismos son los silicatos, carbonatos y fosfatos de calcio y magnesio.

3.2.1. Funciones de las sales precipitadas:

Las sales minerales precipitadas tienen principalmente la función de formar estructuras de

protección y sostén.

Carbonato cálcico

- Forma parte de los caparazones de protozoos marinos (foraminíferos)

- Constituye el esqueleto externo de los corales, forma las conchas de los moluscos e

impregna el exoesqueleto de algunos artrópodos.

- Confiere rigidez a la estructura de algunas esponjas y forma estructuras como las

espinas de los erizos de mar

- En vertebrados, endurece huesos y dientes. También constituye los otolitos, (cristales del

oído interno que permiten el equilibrio)


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Silicatos

- Endurecen estructuras de sostén de algunos vegetales como gramíneas y equisetos.

- Forman parte de los caparazones de protección que presentan algunos microorganismos

como los radiolarios y diatomeas.

- Constituyen las espículas de algunas esponjas.

Fosfato cálcico

Forma parte de la matriz mineral que componen los tejidos óseos en vertebrados.

4. LOS ENLACES


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