2012- t01-bioelementos biomoleculas inorg
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Tema 1:
Bioelementos y
biomoléculas inorgánicas
1. LOS BIOELEMENTOS SON LOS ELEMENTOS QUÍMICOS QUE
SE ENCUENTRAN EN LOS SERES VIVOS.
La materia que forma los seres vivos está
constituida por una serie de sustancias
químicas, las biomoléculas, en cuya
composición elemental encontramos alrededor
de 70 elementos químicos, que reciben la
denominación de bioelementos o elementos
biogénicos. Del estudio de bioelementos y
biomoléculas se ocupa la bioquímica.
1.1 Bioelementos primarios.
Los bioelementos más destacados son
carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno,
que constituyen más del 95% del peso de los
seres vivos. Estos cuatro elementos químicos forman parte de todas las biomoléculas, por lo
que son imprescindibles para todos los seres vivos, y comparten una serie de características
importantes:
I. Son accesibles, puesto
que abundan en las capas
externas de la Tierra
(atmósfera, hidrosfera y
litosfera).
II. Forman con facilidad
enlaces covalentes. Estos
enlaces son muy estables, y estos elementos son los más ligeros capaces de formar enlaces
de este tipo. Como son elementos ligeros, de poca masa atómica, los enlaces covalentes
resultantes son muy estables.
III. Con excepción del hidrógeno,
pueden establecer enlaces simples o
múltiples, dependiendo del número de
electrones que compartan. Esta capacidad
permite la formación de muchos grupos
funcionales (alcohol, aldehído, cetona,
etc.). Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C)
o triples (C = C) cosa que permite la formación de cadenas más o menos largas, las
cuales, posteriormente, se pueden ramificar y adoptar disposiciones tridimensionales o
bien cerrarse todo formando anillos.
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IV. Los átomos de
carbono son capaces de
unirse entre sí, formando
largas cadenas. Esta
característica, unida a la
anterior, permite que con
pocos elementos
diferentes puedan
construirse infinidad de
moléculas distintas. Un
detalle importante
respecto al C y al N es
que, debido a su posición central en el Sistema Periódico presentan la misma afinidad para
unirse con el O que con el H, es decir, pueden pasar con facilidad del estado oxidado
(CO2, NO3H) al reducido (CH4, NH3).
V. Las moléculas derivadas normalmente presentan una polaridad, por lo que forman
compuestos que se disuelven muy bien en agua o, cuanto menos, pueden formar
emulsiones o dispersiones coloidales1.
1.1.1 El papel central del carbono.
Como ya se ha dicho, es el elemento más
importante de los seres vivos, aunque no sea el
que se encuentra en más abundancia, por ello, a
la química orgánica se denomina química del
carbono. En la corteza terrestre es un elemento
relativamente raro. Lo encontramos en la
atmósfera en forma de CO2, disuelto en las
aguas formando carbonatos y en la corteza
constituyendo las rocas calizas (CO3Ca) el carbón y el petróleo.
El carbono es el elemento número 6 de la tabla periódica
(Z=6 y A=12). Su estructura electrónica es 1s2
2s2 2p
2.
El átomo de carbono tiene 4 electrones en la última capa.
Esto hace que pueda unirse a otros átomos mediante cuatro enlaces
covalentes pudiéndose formar tres estructuras distintas. Estas son:
- La hibridación tetraédrica: En la que el átomo de
carbono está unido mediante cuatro enlaces covalentes
simples a otros cuatro átomos. En este tipo de hibridación el
átomo de carbono ocupa el centro de un tetraedro y los
cuatro enlaces simples se dirigen hacia sus vértices.
- La hibridación trigonal: En la que el átomo de carbono
se une a otros tres átomos mediante dos enlaces simples y
uno doble.
En este caso los cuatro átomos forman un triángulo con el
átomo de carbono situado en el centro. Debe tenerse en
cuenta que el enlace doble es algo más corto que los enlaces simples, por lo que el
triángulo no será equilátero sino isósceles.
1 Dispersiones coloidales: ver disoluciones acuosas en el apartado dedicado al agua, en este
mismo tema.
Biología - 2º Bachillerato
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- La hibridación digonal: Cuando el
átomo de carbono está unido a otros
dos átomos mediante un enlace simple
y uno triple o mediante dos dobles.
Como consecuencia de su
localización en la tabla periódica el átomo de
C posee una electronegatividad intermedia,
cosa que le permite unirse con elementos de
mayor electronegatividad como el S, O, N o
con otros más electropositivos como el H.
En general, una molécula orgánica
deriva su configuración final de la
disposición de sus átomos de carbono, que
constituyen el esqueleto o columna de la
molécula. La configuración de la molécula, a
su vez, determina muchas de sus propiedades
y su función dentro de los sistemas vivos.
En el siguiente modelo, las esferas
lilas representan a los átomos de
carbono y las esferas azules, más
pequeñas, representan a los átomos de
hidrógeno. Las varillas de los
modelos -y las líneas en las fórmulas
estructurales- representan enlaces
covalentes, cada uno de los cuales
está formado por un par de electrones.
Nótese que cada átomo de carbono
forma cuatro enlaces covalentes.
Como podemos observar, las
combinaciones del
carbono con otros
elementos, como el
oxígeno, el
hidrógeno, el
nitrógeno, etc.,
permiten la
aparición de una
grande variedad de
grupos funcionales
que dan lugar a las
diferentes familias
de sustancias
orgánicas.
Introducción: La Biología, ciencia de la vida
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1.2 Bioelementos secundarios.
Otros bioelementos que también encontramos en todos los seres vivos son azufre, fósforo,
magnesio, calcio, sodio, potasio y cloro. En conjunto pueden llegar a alcanzar el 4,5% del
peso del ser vivo.
- El azufre se encuentra en casi todas las proteínas, ya que forma
parte de los aminoácidos cisteína y metionina. También forma
parte de otras sustancias de gran interés biológico, como la
coenzima A (CoASH) y algunas vitaminas, entre otros. Azufre y
carbono forman entre sí, con cierta facilidad, enlaces covalentes.
- El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos, de los
fosfolípidos, y de muchas coenzimas (ATP, NAD+, etc.).
- El magnesio actúa como cofactor de muchas enzimas y,
además, forma parte de la molécula de clorofila.
- El calcio interviene en la división celular mitótica, la
transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular y la
coagulación sanguínea. También forma parte de numerosas
estructuras esqueléticas, así como de sistemas tampón
utilizados por el ser vivo para controlar su pH. Como carbonatos
y fosfatos de calcio, forma estructuras esqueléticas.
- Sodio, potasio y cloro también intervienen en numerosos
procesos, como el mantenimiento de la diferencia de potencial
entre ambos lados de las membranas biológicas (potencial de
membrana), la transmisión del impulso nervioso, etc.
1) El Silicio es un elemento muy abundante en la corteza terrestre. Busca datos referentes a sus propiedades físico-químicas y trata de explicar porqué el carbono y no el silicio, siendo tan abundante, ha permitido la formación de la materia viva.
2) Trata de explicar: a) ¿Por qué el oxígeno permite obtener tanta energía a
partir de la materia orgánica? b) ¿Por qué el fósforo permite almacenar energía de
pronto uso? c) ¿Por qué se cree que la vida apareció en el medio
acuoso?
1.3 Oligoelementos.
Los restantes bioelementos, hasta un total aproximado de 70,
se encuentran en proporciones bajísimas, no superando en conjunto el
0,5% del peso del ser vivo. Son los oligoelementos o elementos traza.
Individualmente se encuentran en cantidad inferior al 0,1% del peso,
y entre ellos destacaremos el grupo de los considerados
imprescindibles o esenciales, por encontrarse en prácticamente todos
los seres vivos: hierro, manganeso, flúor, yodo, cobalto, silicio,
cromo, zinc, molibdeno, boro y litio. Los demás oligoelementos ya
sólo son imprescindibles para grupos concretos de organismos vivos.
A pesar de su escasa presencia, los oligoelementos son
fundamentales. Por ejemplo, la ausencia de cualquiera de ellos
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origina en el ser humano enfermedades carenciales2. En el lado opuesto, un aumento excesivo
de ellos en el organismo ocasiona intoxicaciones y puede llegar a causar la muerte.
1. Hierro (Fe): Forma parte de la hemoglobina, pigmento rojo de la sangre de los
Vertebrados. También forma parte de los citocromos. El Fe apenas se elimina del
organismo y es utilizado varias veces cuando se destruyen los compuestos de que
forma parte y por ello sus necesidades alimenticias son mínimas. No obstante, su
escasez o carencia produce anemia.
2. Cobre (Cu): Forma parte de la hemocianina, pigmento rojo de la sangre de los
invertebrados, de papel semejante a la hemoglobina.
3. Manganeso (Mn): Actúa como catalizador de muchas reacciones metabólicas.
Participa en la fotolisis del agua durante la fotosíntesis.
4. Cinc (Zn): También importante como catalizador, ya que actúa como cofactor de
numerosos enzimas.
5. Yodo (I): Elemento básico para la formación
de la tiroxina, hormona producida por la
glándula tiroides cuya deficiencia origina la
enfermedad llamada bocio.
6. Cobalto (Co): necesario para sintetizar la
vitamina B12, necesario para la síntesis de hemoglobina.
Los elementos biogénicos
rara vez se encuentran en estado
libre. En general, se combinan
entre sí para formar sustancias
2 Enfermedades carenciales: ver el apéndice final del tema.
Introducción: La Biología, ciencia de la vida
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compuestas definidas. Estos compuestos, que se pueden aislar por medios puramente físicos
como la disolución, la filtración, la destilación, la centrifugación, etc., constituyen los llamados
principios inmediatos. Pueden ser inorgánicos (agua y sales minerales) u orgánicos
(glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos). En próximos temas desarrollaremos estos
compuestos orgánicos, en los que el carbono forma parte esencial.
3) ¿Qué es un Oligoelemento? Cita cinco ejemplos y su importancia en los seres vivos. 4) ¿Significa lo mismo materia viva y materia orgánica? ¿Las moléculas orgánicas se
encuentran solamente en los seres vivos? Razona la respuesta.
2. EL AGUA CONSTITUYE ENTRE UN 70% Y UN 90% DEL PESO
DE LOS SERES VIVOS.
El agua es el componente cuantitativamente más
importante de los seres vivos, de los que constituye, por
término medio, entre un 70% y un 90% de su peso. Lejos de
ser un líquido "para rellenar huecos", tanto el agua como sus
productos de ionización (H+ y OH
-) son factores importantes
de cara a la estructura y propiedades biológicas de muchos
otros principios inmediatos y de no pocos componentes
celulares.
En los seres vivos, el agua puede encontrarse
realizando papeles de disolvente y transportador, como en
sangre, savia, linfa, etc. (agua circulante); empapando
tejidos y células para que determinados componentes
mantengan su estado coloidal (agua de imbibición) o bien
combinada con otras sustancias como consecuencia de
reacciones metabólicas (agua ligada).
5) ¿Por qué la carne de ternera es más blanda que la de vaca, pero esta última, a igualdad de peso, proporciona más nutrientes?
6) Explica sucintamente si la proposición que sigue es verdadera o falsa: “Todas las células viven en un medio acuoso, excepto las de los reptiles, que prefieren ambiente seco”.
A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que
cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso
molecular (SO2, CO2, SO2, H2S…) son gases. Este
comportamiento se debe a que, aunque la molécula de agua no
posee carga neta, sí tiene un marcado carácter dipolar. El átomo
de oxígeno, al ser más electronegativo3 que los átomos de
hidrógeno a los que está unido, atrae fuertemente hacia él los
electrones de éstos, situación que convierte a la molécula de agua
en un dipolo en el que cada hidrógeno posee una carga parcial
positiva, mientras que el átomo de oxígeno posee una carga
parcial negativa.
3La electronegatividad de un átomo mide su capacidad para retener o atraer hacia sí electrones.
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Debido a ese carácter dipolar, cuando dos moléculas de agua
se aproximan mucho se establece una atracción entre la carga parcial
negativa del átomo de oxígeno de una de las moléculas y la carga
parcial positiva de uno de los hidrógenos de la molécula adyacente,
fuerzas que denominamos enlaces de hidrógeno o puentes de
hidrógeno. La efímera duración temporal de estos enlaces (10-11
segundos, aproximadamente) otorga al agua sus propiedades de
fluido, siendo también responsables de los elevados puntos de fusión
y de ebullición, así como del elevado calor de vaporización del agua.
7) ¿A qué se debe la fuerte cohesión entre las moléculas de agua?
8) ¿Por qué a temperatura ambiente el agua es un líquido, siendo el SO2, un gas?
Otras propiedades destacadas del agua son las siguientes:
I. Dilatación anómala: Cuando la temperatura
del agua disminuye por debajo de 4 ºC, cada
molécula de agua puede formar enlaces de
hidrógeno con otras cuatro, y cuando la
temperatura alcanza los O ºC se forma una red
espacial de moléculas de agua que ocupa un
mayor volumen que el agua líquida, por lo que
el hielo formado es menos denso y flota en ella.
Esta propiedad permite la vida acuática en los
climas fríos, ya que se forman capas de hielo
superficiales que actúan como aislante
térmico, lo que permite la supervivencia de las
especies acuáticas en invierno.
II. Elevada constante dieléctrica. La constante
dieléctrica, D, expresa la oposición de un
disolvente a la atracción electrostática entre
iones positivos y negativos de un soluto:
siendo F la fuerza de atracción entre dos iones de carga opuesta, e1 y e2 las cargas de
los iones y r la distancia que hay entre ellos.
Por esta razón, el agua es mucho mejor
disolvente que la mayoría de los líquidos
corrientes, ya que sus moléculas se colocan
alrededor de los grupos polares del soluto,
llegando a desdoblar los compuestos iónicos en
cationes y aniones que, al estar rodeados por
moléculas de agua, no pueden volver a unirse
(solvatación iónica).
F =e e
Dr
1 2
2
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9) ¿Por qué el agua es un gran disolvente? ¿Por qué no disuelve los hidrocarburos?
III. Elevado calor específico. El calor específico de una sustancia (Ce) es la cantidad de
calor (medida en calorías) necesaria para elevar 1º C la temperatura de un gramo de
dicha sustancia. A unos 15 ºC, el Ce del agua es de 1 cal/g ºC, lo que comparado con
otros compuestos es muy elevado. Esto se debe a que parte de la energía comunicada al
agua se emplea en romper los puentes de hidrógeno y no en elevar la temperatura. Esto
permite que el agua sea un amortiguador térmico, o sea, el agua absorbe o libera
grandes cantidades de calor sin que haya grandes variaciones en su temperatura.
IV. Alta conductividad: La conductividad del calor del agua es relativamente alta y evita
la acumulación local de calor.
V. Elevado calor de vaporización: Para pasar del estado líquido al gaseoso es necesario
que los puentes de hidrógeno se rompan, lo que requiere un aporte considerable de
energía. Esta energía se toma del entorno, por lo que la evaporación del agua absorbe
mucho calor y disminuye la temperatura de su entorno. Por eso, la formación y
evaporación del sudor en los humanos y el jadeo en los perros son mecanismos
refrigerantes que ayudan a regular la temperatura corporal.
VI. Elevada tensión superficial: En la superficie de contacto con otro
medio, la polaridad de las moléculas de agua no se equilibra y la
cohesión entre ellas es mayor, lo que proporciona una especie de
película superficial bastante resistente. Esta propiedad es la
causante de la mayoría de las deformaciones celulares y de los
movimientos citoplasmáticos.
VII. Capilaridad: La unión entre las moléculas de agua
mediante puentes de hidrógeno les confiere un
grado de cohesión muy alto, lo que combinado con
la adhesión a la superficie de otras estructuras
(debida a su polaridad), permite que el agua pueda
ascender a lo largo de conductos estrechos. Esta
propiedad resulta fundamental para el ascenso de
la savia bruta por los tubos del xilema en las
plantas.
10) Explica: a) ¿Por qué las regiones costeras tienen un clima más suave que las zonas interiores
de los continentes? ¿Qué relación tiene esta pregunta con los seres vivos? b) ¿Por qué al depositar suavemente una hoja de afeitar sobre la superficie del agua
esta no se hunde?
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VIII. Bajo grado de ionización. Dada la pequeña masa del átomo de hidrógeno, y puesto que
su único electrón se halla fuertemente retenido por el átomo de oxígeno, es
relativamente difícil que alguno de los hidrógenos se disocie y "salte" a la molécula de
agua adyacente (a la que está unido por enlace de hidrógeno). Por esta razón, la
concentración de iones OH- y H
+ es bajísima en el agua pura.
La disociación iónica del agua se produce
de acuerdo con la ecuación:
H2O ↔ H+ + OH
-
En este equilibrio se cumple la relación
(los H3O+ suelen representarse
simplemente como H+):
Que recibe el nombre de producto iónico del agua (Kw). En el agua pura, las
concentraciones de H+ y OH
- son exactamente iguales, y entonces:
[H+] = [OH
-] = 1,0 · 10
-7
Cuando en una disolución sucede que, como en el agua pura, las concentraciones de H+
y OH- son iguales, entonces se dice que tal disolución es neutra. No obstante, muchas
sustancias, al ser disueltas en agua, provocan un aumento de la [H+] (con la
consiguiente disminución de la [OH-]). Estas sustancias son los ácidos. Con otras
sustancias sucede lo contrario, es decir, aumenta la [OH-], disminuyendo la [H
+]; estas
sustancias son las bases.
La medida de la acidez o basicidad de una disolución se realiza mediante la escala de
pH, siendo:
pH = -log [H+]
La escala de valores de pH comprende entre 0 y 14. El valor 7 representa el pH neutro,
mientras que los valores menores que 7 son ácidos y los mayores que 7 son básicos.
11) ¿Cuál es el pH de dos disoluciones en las que [H+] es 1,4·10-8 y 4·10-6?
12) Hasta hace poco tiempo, cuando una comida copiosa provocaba acidez de estómago, al segregarse gran cantidad de ClH, se tomaba bicarbonato sódico (HCO3Na) para su digestión. a) Explica cómo tiene lugar el proceso de neutralización en el estómago b) Actualmente no se aconseja abusar del bicarbonato, ¿sabes por qué?
Gracias a sus propiedades físico-químicas, el agua desempeña importantes funciones
biológicas, destacando:
a) Medio de transporte de sustancias: Debido a su poder disolvente y dispersante,
puede transportar sustancias de una zona a otra de los organismos (ejemplo: sangre y
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savia). Además, gracias al transporte de sustancias las células pueden intercambiar
materia con el medio a través de las membranas celulares.
b) Medio de reacción: Gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están
disueltas en el agua y pueden reaccionar entre sí.
c) Reactivo químico: Participa en algunas reacciones químicas, como las reacciones de
hidrólisis, en las que se rompen enlaces introduciendo la molécula de agua.
d) Termorregulador: El agua es un excelente amortiguador térmico, debido al elevado
calor específico, evitando cambios bruscos de temperatura en los organismos. Las
reacciones biológicas generan calor, pero no se produce un aumento de temperatura ya
que el agua lo absorbe.
Además la alta conductividad térmica evita la acumulación de calor en un determinado
punto del organismo. Asimismo, el elevado calor de vaporización facilita la regulación de la
temperatura corporal, refrigerando el organismo al evaporarse el sudor.
Otras funciones del agua son:
Función estructural: proporciona turgencia a las células debido a su carácter
incompresible. Algunos animales (como gusanos perforadores), presentan esqueletos
hidrodinámicos, que al hincharse les permite perforar el fondo marino.
Amortigua los golpes, como el líquido cefalorraquídeo que protege al cerebro de los
golpes que sufre el cráneo.
Lubrica las articulaciones, como el líquido sinovial, que evita el rozamiento de los
huesos en la articulación.
Todo ello explica la relación directa que existe entre el contenido acuoso de un
organismo y la actividad fisiológica de éste, resaltando la importancia del agua como
componente de los seres vivos.
2.1. Dispersiones y disoluciones acuosas.
Ya se ha dicho que el agua es el medio en que tienen lugar todas las reacciones que
realizan las células vivas. Esto quiere decir que todas las reacciones bioquímicas se realizan en
un medio acuoso, ya sea el medio interno celular (citosol) o alguno de los líquidos orgánicos
que forman parte del medio interno de los organismos pluricelulares (linfa, sangre, etc.).
Todos estos medios no son sino
dispersiones, es decir, mezclas homogéneas de
moléculas distintas, ya que constan de una
fase dispersante o disolvente, constituida por
el agua, y de una fase dispersa o soluto, en la
que entran a formar parte todas aquellas
sustancias que acompañan al agua. Los solutos
pueden ser de bajo peso molecular, como las
sales minerales (como el NaCl, p.m. 58.5) o
las moléculas orgánicas pequeñas (como la
glucosa, p.m. 180), o bien de elevado peso
molecular (varios miles).
Podemos clasificar las dispersiones en tres grandes grupos:
a. Disoluciones verdaderas o dispersiones moleculares. Son transparentes y estables, por
lo que no sedimentan. El soluto sólo puede separarse eliminando el disolvente, por
ejemplo por evaporación.
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b. Dispersiones coloidales o falsas disoluciones. Las dispersiones coloidales no
sedimentan y presentan cierta opalescencia, pudiendo separarse el soluto si se las
somete a ultracentrifugación. Si el soluto es sólido se denominan suspensiones
coloidales, y si es líquido emulsiones coloidales. Las dispersiones coloidales pueden
presentarse fluidas (sol) o con aspecto
gelatinoso semisólido (gel); siempre es
posible pasar de sol a gel, aunque no a la
inversa.
c. Dispersiones groseras. En ellas el soluto
tiene un tamaño mayor, pudiéndose
distinguir sus partículas a simple vista.
Presentan opalescencia y no son estables,
por lo que sedimentan al cabo de un
tiempo.
2.2. Propiedades de las dispersiones.
Podemos destacar las siguientes:
a. Adsorción (no confundir con absorción), proceso por el que
las partículas de una sustancia son atraídas hacia la
superficie de un sólido o de una partícula coloidal en
suspensión.
b. Diálisis. Proceso que permite separar las partículas
coloidales de las que no lo son, lo que se consigue gracias a
una membrana que sólo permite el paso de las partículas no
coloidales. Es decir, la diálisis permite el paso de las
moléculas pequeñas, pero no de las grandes.
c. Difusión. Proceso por el que se consigue una mezcla
homogénea entre dos fluidos o entre un fluido y una
sustancia sólida, gracias al continuo movimiento en que se
encuentran las partículas de los líquidos y gases.
d. Ósmosis. Fenómeno por el cual el agua, y no las sustancias
que lleva disueltas, es capaz de atravesar una membrana
semipermeable4 del lado de menor concentración
(hipotónico) salina hacia el lado en que ésta es mayor (hipertónico), tendiendo a igualar
las concentraciones a ambos lados de la membrana (isotónicas). Se llama presión
osmótica a la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la
membrana semipermeable.
4Membrana semipermeable: permite el paso de agua, pero no de las sustancias disueltas en
ésta.
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Las membranas celulares funcionan, hasta cierto punto, como si fuesen
semipermeables. Por ello, la ósmosis provoca intercambios acuosos entre el interior de la
célula y el exterior. El agua atravesará la membrana celular siempre del lado hipotónico hacia
el hipertónico.
13) Busca información sobre las diferencias entre ósmosis y diálisis. 14) Lee atentamente estos experimentos y responde a las siguientes cuestiones:
a) Experimento 1. Extraemos un fragmento de tejido y lo introducimos en un recipiente con un medio acuoso (medio A), dejándolo reposar cinco minutos. Retiramos el tejido del medio y al observar el microscopio, vemos que sus células presentan un aspecto arrugado.
b) Experimento 2. Realizamos un experimento similar, introduciendo esta vez el tejido en otro medio (medio B). Al observar las células al microscopio aparecen hinchadas. i) ¿Cómo sería el medio A y el medio B? ii) ¿Cómo se denomina el fenómeno que sufren las células en cada experimento? iii) Explica el proceso físico que ha sucedido en cada uno de los experimentos.
15) ¿Por qué las hojas de lechuga se ponen turgentes cuando se dejan en agua y luego al aliñar se arrugan?
16) ¿Por qué las soluciones que se administran en inyección endovenosa deben ser isotónicas para los glóbulos rojos? ¿Qué podría ocurrir si así no fuera?
3. LAS SALES MINERALES DESEMPEÑAN FUNCIONES MUY
IMPORTANTES EN LOS SERES VIVOS.
En todos los seres vivos se encuentran ciertas cantidades
de sales minerales, en porcentajes muy variables. Por ejemplo,
el tejido óseo de los vertebrados es uno de los más ricos, con un
20% en peso fresco y hasta un 70% en peso seco y eliminando
la médula.
Las sustancias minerales pueden encontrarse en los seres
vivos de las siguientes maneras:
a. Precipitadas. En estado sólido, desempeñando funciones
esqueléticas: esqueletos, caparazones, conchas...
b. Disueltas en los líquidos biológicos, en los que se
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encuentran disociadas en aniones y cationes que desempeñan funciones específicas.
c. Asociadas a diversas moléculas orgánicas, formando complejos: fosfolípidos,
fosfoproteínas, etc.
Las funciones biológicas más destacadas de las sales minerales son las siguientes:
I. Funciones estructurales, formando esqueletos y/o estructuras de protección o
sostén.
II. Regulación del pH (tampones) en el medio interno celular, en los líquidos
biológicos, etc.
III. Regulación de la presión osmótica.
IV. Estabilización de dispersiones coloidales.
V. Algunos iones desempeñan funciones específicas, como el calcio en la
contracción muscular, el sodio y el potasio en la transmisión del impulso
nervioso, etc., como ya estudiamos en el apartado dedicado a bioelementos.
3.1. Regulación del grado de acidez o pH.
Para las células vivas es fundamental
mantener constante el pH de su medio interno, muy
próximo al neutro. De ello se encargan las sales
minerales disueltas que forman las denominadas
soluciones tampón o tampones, constituidas por un
ácido débil y una sal del mismo. El tampón
intracelular más importante es el sistema tampón
fosfato, que mantiene constante el pH intracelular
próximo a 6,86:
H2PO4-1
↔ HPO4-2
+ H+
Si aumenta la concentración de H+ como
consecuencia de cualquier reacción química, el
equilibrio anterior se desplaza hacia la izquierda, con
lo que se produce un efecto tampón y se evita un
descenso del pH.
Otro sistema importante es el tampón
bicarbonato, que mantiene el valor del pH en torno a
7,4 gracias al siguiente equilibrio:
Si aumenta en el medio la concentración de H+, el
equilibrio se desplaza hacia la derecha,
eliminándose fuera del organismo el exceso de
dióxido de carbono. Si, por el contrario, disminuye
la concentración de H+, entonces el equilibrio se
desplaza a la izquierda, para lo que se toma CO2
del medio externo.
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ACTIVIDADES
a. ¿Por qué es necesario, en biología, estudiar los componentes químicos de los seres
vivos?
b. Distingue entre bioelementos y biomoléculas. ¿Qué es la bioquímica?
c. ¿Por qué son imprescindibles para los seres vivos el carbono, hidrógeno, oxígeno y
nitrógeno? ¿Qué características tienen estos elementos químicos?
d. ¿Qué es un enlace covalente?, ¿qué otros tipos de enlace químico conoces?
e. ¿Qué otros bioelementos encontramos en todos los seres vivos y qué funciones
desempeñan? ¿Qué son los oligoelementos o elementos traza?
f. ¿En qué tres formas podemos encontrar el agua en los seres vivos? ¿Qué importancia
tienen los puentes de hidrógeno en las propiedades del agua?
g. ¿Cuáles son las funciones biológicas del agua? ¿Por qué es tan buen disolvente? ¿Qué
importancia tiene su bajo grado de ionización?
h. ¿Qué es la ósmosis? Explica en qué consisten los fenómenos osmóticos.
i. ¿En qué formas encontramos las sales minerales en los seres vivos? ¿Qué funciones
biológicas desempeñan estas sustancias?
j. ¿Qué es el pH? Explica en qué consiste un sistema tampón y cómo funciona alguno.
BIBLIOGRAFIA:
Recursos del Instituto Nacional de Tecnologías Educativas:
Proyecto Biología: http://recursostic.educacion.es/ciencias/proyectobiologia/web/
Proyecto Biosfera: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/2bachillerato/1.htm
Curso abierto de Biología (UNED): http://ocw.innova.uned.es/biologia/indice_general.htm
Apuntes adaptados a partir de las páginas web de los siguientes profesores de biología:
Aula Virtual de Biología de la UM: http://www.um.es/molecula/sales.htm
José Antonio Cortés: http://www.joseacortes.com/biologia/index.htm
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José Luis Sánchez Guillén:
http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B1_BIOQUIMICA/t11_BIOM
OLECULAS/INDICE.htm
Toni Casany (valencià): http://es.geocities.com/tonicasany/
Lourdes Luengo: http://www.arrakis.es/~lluengo/biologia.html
También se ha utilizado El Cuarto Blanco:
http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Indice%20de%20s
ecciones.htm
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