Bioelementos y Biomoléculas: Fundamentos de la Vida

Enlaces Químicos en Biología

Enlace covalente: Los elementos comparten electrones, un enlace muy estable y versátil. Se establece principalmente entre C, H, O, N, formando cadenas hidrocarbonadas. Existen 3 tipos:

• Enlace Covalente Simple: Comparten un par de electrones.
• Enlace Covalente Doble: Comparten dos pares de electrones.
• Enlace Covalente Triple: Comparten tres pares de electrones.

La electronegatividad es la capacidad que tiene un elemento de atraer los electrones del elemento con el que comparte.

Enlace iónico: Enlaces entre iones con cargas distintas, más débiles. No se forman moléculas, sino redes cristalinas, como en los minerales, que se encuentran en estructuras sólidas.

Fuerzas intermoleculares: Enlaces entre moléculas.

• Fuerzas de Van der Waals: Fuerzas débiles que se separan con facilidad, producidas entre zonas de las moléculas que tienen cargas con atracción electrostática.
• Puente de hidrógeno: Se produce por atracción eléctrica entre la carga parcial positiva del H y la parcial negativa de otro elemento (O, F, N). Es muy importante en el agua y en el mantenimiento de la estructura de las proteínas.

Bioelementos: Componentes Esenciales de la Vida

Bioelementos: Elementos químicos que constituyen la materia de los seres vivos.

• Primarios: 99%, C, H, O, N, S, P. Se caracterizan por presentar capas externas de electrones incompletas y necesitan electrones para completarlas. Tienden a establecer enlaces covalentes, tienen una masa atómica baja, lo que contribuye a que las moléculas sean estables y grandes. C, H, O, N son constituyentes básicos de las moléculas de los seres vivos. S forma parte de proteínas, presente en aminoácidos. P forma parte de fosfolípidos, ácidos nucleicos y ATP. Los fosfatos aparecen en esqueletos, dientes y actúan como tampón.
• Secundarios: 1%, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^–. Se caracterizan por aparecer de forma iónica. Na, K, Cl crean gradientes de membrana, imprescindibles para la transmisión del impulso nervioso y mantienen el equilibrio osmótico. Ca participa en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso. Mg aparece en moléculas de clorofila y actúa como catalizador en muchas reacciones.
• Oligoelementos: Pequeñas cantidades < 0.01%. Si constituye el esqueleto de muchas algas y da consistencia al tejido conjuntivo. Fe es importante para la hemoglobina. I es necesario para la síntesis de hormonas tiroideas. Co forma parte de la vitamina B12. Mn es catalizador en reacciones.

Características del Carbono

El carbono permite la formación de cadenas carbonadas, formadas por carbonos unidos por enlaces covalentes.

• Estructura tetraédrica: Posee 4 electrones desapareados, el núcleo en el centro, cada vértice corresponde a 1 electrón.
• Forma cadenas muy estables formadas por enlace covalente, muy unidas porque puede formar distintos tipos de enlace gracias a las valencias. Las cadenas pueden ser simples o ramificadas. Las cadenas lineales se cierran sobre sí mismas formando una estructura cíclica.
• Forma enlaces covalentes con otros átomos y moléculas. Los grupos funcionales, que se unen a una cadena carbonada, determinan el tipo de molécula orgánica que es.

Biomoléculas: Principios Inmediatos

Las biomoléculas, o principios inmediatos, son moléculas que componen o están presentes en la materia viva, formadas por la combinación de bioelementos.

• Inorgánicas: Se encuentran tanto en la materia viva como en la no viva (agua y sales minerales).
• Orgánicas: Exclusivas de la materia viva, la mayoría son polímeros, constituidos por cadenas hidrocarbonadas. Las características de las moléculas dependen de los grupos funcionales que tengan.

Agua

Formada por 2 átomos de H y 1 de O, unidos por enlace covalente que forma un ángulo de 104.5º. Es eléctricamente neutra pero presenta carácter dipolar debido a la asimetría eléctrica que se produce al ser el oxígeno más electronegativo. El carácter dipolar favorece la creación de puentes de hidrógeno. El máximo número de puentes de hidrógeno que puede formar una molécula de agua es 4, solo se consigue con el hielo. Pueden formar puentes de hidrógeno con otras moléculas polares, lo que confiere gran adhesión al agua.

Funciones del Agua

1. Gran poder disolvente: Funciona como medio de transporte y es un medio donde se producen reacciones químicas.
2. Elevado calor de vaporización: Actúa como medio refrigerante (sudor).
3. Elevada adhesión molecular: Fluida a temperatura ambiente y funciona como vehículo de transporte y disolvente.
4. Presenta elevada tensión superficial: Permite el desplazamiento de algunos animales por su superficie.
5. Elevada adhesión: Cohesión de las moléculas de agua a las paredes de los recipientes que lo contienen.
6. Elevado calor específico: Función termorreguladora, amortiguador térmico.
7. Dilatación: Actúa como aislante.

Sales Minerales

Se pueden encontrar en estado sólido (función estructural que dan consistencia a huesos y caparazones) o disueltas (función que da origen a cationes y aniones con importante funcionamiento regulador).

• Sales Precipitadas: Forman estructuras de protección y sostén.
• Carbonato Cálcico (CaCO₃): Forma caparazones de protozoos, esqueletos externos y conchas, espinas, huesos, dientes, picos.
• Silicatos: Se encuentran en algunas algas, como estructura de sostén.
• Fosfato Cálcico (Ca₃(PO₄)₂): Matriz mineral de los tejidos óseos de los vertebrados.

Sales Disueltas: Aparecen disociadas en sus iones y tienen importantes funciones reguladoras tanto de forma extracelular como intracelular. Aniones: Cl^–, cationes: Na⁺, K⁺.

Funciones de las Sales Minerales

1. Mantener la homeostasis.
2. Regular la actividad enzimática.
3. Generar potenciales eléctricos.
4. Participar en la contracción muscular.
5. Regular el pH: Para que los valores del pH no tomen números ácidos o básicos, se crean unos sistemas, formados por sales, llamados sistemas tampón. Evitan que se produzcan cambios bruscos en el pH. Los principales son el sistema tampón bicarbonato (extracelular, actúa especialmente en la sangre) y el tampón fosfato (actúa a nivel intracelular, encargándose de mantener el pH del citoplasma de la célula).

Difusión y Ósmosis

Difusión: Es el reparto equitativo de una sustancia en un medio.

Diálisis: Las partículas coloidales se reparten a través de una membrana dializadora.

Ósmosis: Hay un paso de agua a través de una membrana semipermeable de una disolución más diluida a una más concentrada. Hay 3 tipos de medios:

• Hipotónico: Entra el agua en la célula para equilibrar las concentraciones. La célula aumenta de volumen (si la célula estalla se ha producido una lisis, solo si el medio es hipotónico. En las plantas hay una pared celular que contiene a la membrana, por lo tanto no se rompe y se produce turgencia).
• Hipertónico: Hay más concentración salina afuera, el agua de la célula tiende a diluir la concentración salina, la célula se arruga y pierde su volumen (proceso llamado plasmólisis).
• Isotónico: La concentración no cambia, no ocurre nada, ni entra agua ni sale agua, la célula mantiene su volumen.