Propiedades del Carbono, Agua y Sales Minerales: Fundamentos de la Vida Celular

El carbono es el elemento más adecuado para construir la estructura básica de las biomoléculas orgánicas.

Propiedades del Carbono

1. Tiene la capacidad de formar más de 2 enlaces covalentes muy estables con otros átomos. Puede unirse consigo mismo formando largas cadenas o anillos.
2. Puede crear hasta 4 enlaces muy estables, dando lugar a estructuras de gran complejidad.
3. Junto con el O, H y N, el carbono abunda en la corteza terrestre, la atmósfera y la hidrosfera, facilitando que los seres vivos lo asimilen.
4. Es capaz de participar en las reacciones de óxido-reducción, que son la base del metabolismo.

Estructura y Propiedades del Agua

La molécula de agua está constituida por un átomo de oxígeno unido, mediante enlace covalente polar, a dos átomos de hidrógeno. Cada enlace se forma por solapamiento de un orbital híbrido 2sp3 del oxígeno con un orbital 1s del hidrógeno. Su carga neta es 0, aunque se comporta como un dipolo eléctrico a causa de la diferencia de electronegatividad entre el O y el H. Los electrones compartidos se encuentran más cerca del O que del H. El O tiene una carga negativa y el H una carga positiva.

Estructura del Agua Líquida

Debido a su comportamiento dipolar, las moléculas se encuentran unidas por enlaces de hidrógeno. El H de una molécula de agua es atraído por el O de otra molécula de agua. El agua en estado líquido se comporta como una red extensa y flexible en cuyo seno se producen agrupamientos transitorios de moléculas de agua. De este modo se alcanzan pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido en el rango de temperaturas en las que se desarrolla la vida.

Propiedades del Agua

• Alta capacidad disolvente: El agua es considerada como disolvente universal. Esto se debe a que establece fuerzas de solvatación con sustancias iónicas o enlaces de hidrógeno con moléculas polares.
• Elevada fuerza de cohesión: Las moléculas de agua están fuertemente cohesionadas entre ellas a causa de los enlaces de hidrógeno.
  • Gran incompresibilidad: Se requiere mucha energía para aproximar dos moléculas de agua.
  • Elevada tensión superficial: La superficie del agua opone una enorme resistencia a romperse.
• Alta fuerza de adhesión: El agua se adhiere a la superficie del recipiente que la sostiene.
• Alto calor específico y alto calor de vaporización: Se requiere mucha energía para elevar la temperatura del agua, así como para pasarla a estado gaseoso. La razón de esto es que se emplea una gran parte de la energía en romper los enlaces de hidrógeno, no en aumentar la temperatura por agitación molecular.
• Bajo grado de ionización: El pH del agua pura es igual a 7.
• Reducida viscosidad: La viscosidad es la resistencia que opone un líquido a fluir.
• Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido: El hielo, al ser menos denso que el agua líquida, flota sobre ella.

Funciones del Agua

• Función de transporte: El agua es el vehículo de entrada, circulación y salida de sustancias.
• Función metabólica: El medio acuoso es el lugar donde ocurren todas las reacciones metabólicas.
• Función estructural: El agua actúa como esqueleto hidrostático, proporcionando turgencia a las células.
• Flotabilidad: El agua forma una película superficial muy resistente que permite la vida en la superficie.
• Capilaridad: La adhesión, junto con la cohesión, determina la capacidad del agua de ascender por un capilar.
• Función termorreguladora: El agua puede absorber o perder gran cantidad de calor sin modificar su temperatura. Gracias a esto, actúa como tampón térmico y mantiene la temperatura del organismo dentro de unos límites.
• Función amortiguadora: El pH del agua es neutro, lo que resulta compatible con el pH celular.
• Función lubricante: El agua reduce el rozamiento, lo que facilita el desplazamiento.
• Función ecológica: En los ecosistemas acuáticos, el hielo forma una capa superficial termoaislante que impide que el agua subyacente se solidifique. Esto hace posible la existencia de vida acuática en zonas con climas muy fríos.

Sales Minerales

Sales Minerales Precipitadas

Llevan a cabo funciones estructurales:

• Conchas de moluscos y exoesqueletos de crustáceos, que están formados por carbonato de calcio.
• Caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas.
• Endoesqueletos de vertebrados, constituidos por fosfatos y carbonatos de calcio.
• Precipitados salinos de la pared de celulosa de las células vegetales.

Sales Minerales Disueltas

• Función catalítica: Actúan como factores enzimáticos, necesarios para el correcto funcionamiento de sus enzimas.
• Función electroquímica: Participan en la generación de gradientes electroquímicos, necesarios en los procesos de la sinapsis neuronal, en la transmisión del impulso nervioso y en la contracción muscular.
• Función osmótica: Regulan el equilibrio osmótico en las células.
• Función tamponadora: Regulan el pHi celular a través de los sistemas tampón, que actúan como dadores o aceptores de protones, según las necesidades fisiológicas de la célula, amortiguando las variaciones de pH.

Los sistemas tampón más importantes en la célula son el sistema carbonato-bicarbonato y el sistema monofosfato-bifosfato.

Procesos de Transporte a Través de Membranas

Difusión

Es la distribución homogénea de las partículas de soluto en un disolvente. Si se colocan dos disoluciones de diferente concentración, separadas por una membrana permeable, se produce el paso por difusión de soluto y de disolvente a favor de gradiente, hasta que ambas disoluciones igualan sus concentraciones. Es frecuente como forma de intercambio celular.

Diálisis

Permite separar las partículas coloidales de las no coloidales mediante una membrana permeable a las partículas no coloidales e impermeable a las coloidales. La diálisis es el fundamento de la hemodiálisis, que suple la función renal deteriorada.

Ósmosis

Dos disoluciones acuosas de diferente concentración, separadas por una membrana semipermeable que deja pasar el disolvente pero no el soluto, experimentan un cambio de agua desde la disolución más diluida a la más concentrada hasta que ambas alcanzan la misma concentración. En un medio hipertónico, las células perderían agua por ósmosis hasta deshidratarse. En un medio hipotónico, captarían agua por ósmosis hasta estallar.

Respuesta Celular a Diferentes Medios

Explicar la respuesta de una célula vegetal y de una célula animal cuando se encuentran en un medio hipertónico y un medio hipotónico.