1. Bioelementos

Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Son abundantes en la corteza y biosfera, tienen bajo peso atómico y densidad, y forman moléculas fácilmente; no obstante, no son exclusivos de los seres vivos.

• Primarios (96 %): C, H, O, N, P, S. Forman las biomoléculas orgánicas.
• Secundarios (4 %): Ca, Na, K, Mg, Cl. Intervienen en la contracción muscular, el impulso nervioso y la regulación osmótica.
  • Na⁺: equilibrio hídrico y transmisión nerviosa.
  • K⁺: potencial de membrana y actividad cardíaca.
  • Ca²⁺: contracción muscular y transmisión de señales celulares.
• Oligoelementos (0,1 %): Fe, Cu, Mn, Zn, I, Co, F, Si. Son necesarios en cantidades traza para el correcto funcionamiento metabólico.

Notas clínicas y fisiológicas:

• Paro cardíaco: alteraciones en las concentraciones de K⁺ o Ca²⁺ modifican la actividad eléctrica cardíaca.
• Agua con sal: constituye un medio hipertónico, por lo que el agua sale de las células por ósmosis.
• Hipertensión: el exceso de Na⁺ favorece la retención de agua y el aumento de la presión sanguínea.
• Homeostasis: proceso que mantiene constante y estable el medio interno.

2. El Agua y sus Propiedades Fisiológicas

El agua es una molécula polar capaz de formar puentes de hidrógeno entre sus moléculas.

Propiedades y Funciones del Agua

• Gran poder disolvente: transporta sustancias y facilita las reacciones metabólicas.
• Elevada fuerza de cohesión: mantiene las moléculas fuertemente unidas, generando una elevada tensión superficial.
• Elevada fuerza de adhesión: permite unirse a otras superficies, propiedad clave en los fenómenos de capilaridad.
• Elevado calor específico: actúa como amortiguador térmico regulando la temperatura biológica.
• Elevado calor de vaporización: permite refrigerar al evaporarse (termorregulación mediante el sudor).
• Densidad anómala: el hielo es menos denso que el agua líquida, flota y aísla térmicamente los ecosistemas acuáticos.
• Bajo grado de ionización: origina iones H⁺ y OH⁻, influyendo de manera directa en el pH.
• Transparencia: permite el paso de la luz, facilitando la fotosíntesis en medios acuáticos.
• Baja viscosidad: facilita el desplazamiento y movimiento de fluidos biológicos.
• Otras funciones: estructural, de transporte, amortiguadora, lubricante y metabólica.

3. Sales Minerales

• Precipitadas (insolubles): cumplen función estructural y protectora formando huesos, dientes y caparazones.
• Disueltas (iones):
  • Función catalítica: actúan como cofactores enzimáticos.
  • Función osmótica: regulan los gradientes y el movimiento del agua.
  • Función electroquímica: generación del impulso nervioso y contracción muscular.
  • Función reguladora del pH: forman disoluciones amortiguadoras o sistemas tampón.

4. Físico-Química Celular: Dispersiones y Transporte

• Homeostasis: mantenimiento de las condiciones estables del medio interno.
• Coloides: partículas dispersas que no sedimentan con facilidad ni forman disoluciones verdaderas; presentan viscosidad, adsorción y efecto Tyndall. Pueden presentarse en estado de sol o gel.
• Difusión: movimiento pasivo de partículas de una zona de mayor concentración a otra de menor concentración.
• Ósmosis: flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable hacia el medio que posee mayor concentración de solutos:
  • Medio hipertónico: el agua sale de la célula; la célula vegetal sufre plasmólisis y la célula animal experimenta crenación.
  • Medio hipotónico: el agua ingresa en la célula; la célula vegetal entra en estado de turgencia y la célula animal puede sufrir hemólisis (lisis celular).
  • Medio isotónico: ambas disoluciones presentan igual concentración de soluto, sin flujo neto de agua.
• Diálisis: separación de partículas coloidales y solutos de bajo peso molecular según su capacidad para atravesar una membrana semipermeable.

5. Isomería Química

Los isómeros son compuestos con la misma fórmula molecular pero distinta estructura o disposición espacial de sus átomos.

• Isomería plana o estructural:
  • De cadena: varía la distribución de la cadena carbonada.
  • De posición: cambia la ubicación de un mismo grupo funcional.
  • De función: presentan grupos funcionales completamente distintos.
• Estereoisomería: idéntica conectividad pero diferente disposición en el espacio tridimensional:
  • Geométrica: debida a la restricción de giro por la presencia de dobles enlaces (formas cis y trans).
  • Óptica: consecuencia de la presencia de carbonos asimétricos (Cα), que son aquellos unidos a cuatro sustituyentes diferentes.
    • Enantiómeros: estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles entre sí (invierten la configuración de todos los carbonos asimétricos).
    • Diastereoisómeros: estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí.
    • Epímeros: diastereoisómeros que se diferencian en la configuración de un único carbono asimétrico (por ejemplo, D-glucosa y D-galactosa).

Configuración D/L y Actividad Óptica:

• Las formas D y L se determinan observando en la proyección de Fischer la posición del grupo –OH del último carbono asimétrico.
• La actividad óptica es la capacidad de desviar el plano de la luz polarizada debida a los centros quirales. Las letras D/L indican configuración absoluta, mientras que (+) y (−) indican el sentido del giro óptico (dextrógiro o levógiro).

6. Glúcidos: Monosacáridos

Los monosacáridos son los glúcidos más simples, con fórmula general CₙH₂ₙOₙ. No son hidrolizables, son solubles en agua, cristalizables, poseen poder reductor, actividad óptica y estereoisomería.

• Función: fuente primaria de energía inmediata y precursores biosintéticos de moléculas complejas.
• Clasificación según el grupo funcional:
  • Aldosas: contienen un grupo aldehído (–CHO).
  • Cetosas: contienen un grupo cetona (C=O).
• Ciclación: las moléculas de menos de 5 carbonos suelen adoptar formas lineales; aquellas de 5 o más carbonos se ciclan en disolución acuosa mediante enlaces hemiacetal o hemicetal.
  • Carbono anomérico: nuevo carbono asimétrico generado tras la ciclación:
    • Forma α: el grupo –OH anomérico se orienta hacia abajo en la proyección de Haworth.
    • Forma β: el grupo –OH anomérico se orienta hacia arriba.
  • Formas cíclicas: piranosa (anillo de 6 vértices) y furanosa (anillo de 5 vértices).
  • Proyecciones: de Fischer para estructuras lineales y de Haworth para estructuras cíclicas.

7. Disacáridos

Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. En su formación se libera una molécula de agua (reacción de condensación). Son hidrolizables, solubles en agua, cristalizables y presentan poder reductor, a excepción de la sacarosa.

• Maltosa: α-D-glucopiranosil-(1→4)-α-D-glucopiranosa (Glucosa + Glucosa). Procede de la degradación del almidón.
• Lactosa: β-D-galactopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa (Galactosa + Glucosa). Es el azúcar característico de la leche.
• Sacarosa: α-D-glucopiranosil-(1→2)-β-D-fructofuranósido (Glucosa + Fructosa). Es el azúcar de consumo común y carece de poder reductor.
• Celobiosa: β-D-glucopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa (Glucosa + Glucosa). Procede de la hidrólisis de la celulosa.

8. Polisacáridos

Polímeros constituidos por más de 10 unidades de monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos con liberación de agua. Carecen de sabor dulce, son hidrolizables, insolubles en agua (algunos forman dispersiones coloidales), no son cristalizables y presentan únicamente un extremo reductor libre.

Homopolisacáridos

Formados por un único tipo de monosacárido.

De reserva energética:

• Almidón: reserva energética propia de los vegetales, formado exclusivamente por unidades de α-D-glucosa:
  • Amilosa: cadena lineal con enlaces α(1→4), dispuesta en conformación helicoidal.
  • Amilopectina: cadena ramificada con enlaces α(1→4) y puntos de ramificación α(1→6).
• Glucógeno: polisacárido de reserva en animales y hongos. Formado por α-D-glucosa muy ramificada, con enlaces α(1→4) y frecuentes ramificaciones α(1→6).

Estructurales:

• Celulosa: componente esencial de la pared celular vegetal. Formada por cadenas lineales de β-glucosa con enlaces β(1→4), unidas entre sí por puentes de hidrógeno intramoleculares e intercatenarios. Es indigerible para el aparato digestivo humano.
• Quitina: componente del exoesqueleto de artrópodos y de la pared celular de hongos. Polímero no ramificado de N-acetilglucosamina con enlaces β(1→4).

Heteropolisacáridos

Polisacáridos formados por la polimerización de diferentes tipos de monosacáridos o sus derivados mediante enlaces O-glucosídicos. Tienen función estructural, protectora, lubricante y de soporte:

• Hemicelulosa: componente estructural de la pared celular vegetal junto a la celulosa.
• Pectinas: forman la lámina media de la pared celular vegetal; retienen agua y facilitan la cohesión intercelular.
• Agar-agar: extraído de algas rojas, utilizado ampliamente como agente gelificante.
• Glicosaminoglicanos (GAG): biomoléculas con función de soporte y lubricación:
  • Ácido hialurónico: componente lubricante del líquido sinovial articular y del humor vítreo.
  • Heparina: anticoagulante fisiológico y farmacológico.

9. Heterósidos y Complejos Glucídicos

Moléculas compuestas por una fracción glucídica (uno o más monosacáridos) unida covalentemente a una fracción no glucídica (aglucón):

• Glucolípidos: unión de glúcido y lípido, presentes en la membrana plasmática.
• Glucoproteínas: conjugados de glúcido y proteína (incluyen proteoglucanos, peptidoglucanos o mureína bacteriana).
• Glucocálix: cubierta rica en carbohidratos de la superficie celular animal que interviene en el reconocimiento y la identidad celular (como los antígenos del grupo sanguíneo).