Bioelementos: Fundamentos de la Materia Viva

Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen la materia viva.

Clasificación de los Bioelementos

• Primarios (95%): Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N).
• Secundarios (4.5%): Fósforo (P), Azufre (S), Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K), Magnesio (Mg), Cloro (Cl).
• Oligoelementos (0.5%): Manganeso (Mn), Cobre (Cu), Zinc (Zn), Hierro (Fe).

Biomoléculas: Componentes Esenciales de la Vida

Las biomoléculas se clasifican en:

• Inorgánicas: Agua y sales minerales.
• Orgánicas: Glúcidos, lípidos, prótidos, ácidos nucleicos y biocatalizadores (enzimas, vitaminas y hormonas).

El Agua: Estructura, Propiedades e Importancia Biológica

Características de la Molécula de Agua

• Formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes simples.
• Eléctricamente neutra.
• Las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí, estableciendo puentes de hidrógeno.
• La estabilidad de los enlaces de hidrógeno disminuye al aumentar la temperatura. En el caso del agua, hasta los 100ºC están presentes.

Propiedades del Agua

• Elevada cohesión molecular: Es un líquido incompresible y puede mantener constante su volumen aunque se apliquen fuertes presiones.
• Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie sufren fuerzas de atracción, formando una película superficial que actúa como membrana.
• Elevado calor latente: Necesita absorber gran cantidad de calor para cambiar de estado.
• Elevado calor específico: Puede absorber mucho calor sin cambiar de temperatura.
• Elevado calor de vaporización: Necesita absorber mucho calor para romper los enlaces de hidrógeno.
• Elevada constante dieléctrica: Indica la tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas entre iones positivos y negativos.

Importancia Biológica del Agua

• Principal disolvente biológico.
• Función metabólica.
• Función estructural.
• Función mecánico-amortiguadora.
• Función de transporte.
• Termorreguladora.
• Permite la vida acuática en climas fríos.

Sales Minerales: Funciones Vitales en el Organismo

Funciones de las Sales Minerales

• Mantener el grado de salinidad del organismo.
• Regular la actividad enzimática: La presencia de determinados iones activa o inhibe reacciones bioquímicas.
• Regular la presión osmótica y el volumen celular: Los medios con alta concentración salina son hipertónicos, y los contrarios, los hipotónicos. Si el medio es hipertónico, entra agua; de lo contrario, si es hipotónico, sale.
• Estabilizar las dispersiones coloidales: Las sales mantienen su grado de hidratación y su disociación en iones contribuye al mantenimiento en suspensión de las partículas coloidales.
• Generar potenciales electrónicos.
• Regular el pH: Para mantenerlo, existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biológicos. Las más importantes son el tampón bicarbonato y el tampón fosfato.

La Ósmosis: Movimiento de Agua a Través de Membranas

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable, desde la disolución más diluida a otra más concentrada. Las moléculas de agua se difunden desde los medios hipotónicos hasta los hipertónicos, aumentando la presión en la cara de la membrana del compartimento hipotónico. Esta presión es la presión osmótica.

Los Glúcidos: Estructura, Clasificación y Funciones

Químicamente, los glúcidos son aldehídos y cetonas con múltiples grupos hidroxilo. Los más complejos contienen, además, otros grupos funcionales orgánicos. Los más simples son los monosacáridos.

Los monosacáridos son sólidos cristalinos de color blanco y solubles en agua. Presentan un característico sabor dulce, por lo que también reciben el nombre de azúcares.

• Los carbonos asimétricos son carbonos unidos a cuatro radicales diferentes entre sí.
• Se denominan epímeros a aquellos que se diferencien en la posición del grupo -OH de un único carbono asimétrico.
• El carbono anomérico es el que designa la fórmula cíclica y queda unido a un grupo -OH.

Tipos de Monosacáridos

Triosas

El gliceraldehído y la dihidroxiacetona se encuentran en forma de ésteres fosfóricos en el interior de las células de la mayoría de los organismos, donde participan como intermediarios en el metabolismo de la glucosa y otros. No forman estructura cíclica.

Pentosas

• Ribosa: Es un componente estructural de nucleótidos en estado libre como el ATP y de ácidos nucleicos como el ácido ribonucleico.
• Ribulosa: Actúa como intermediario activo en la fijación del CO₂ en los organismos.

Hexosas

• Glucosa: También llamada azúcar de la uva. Es el principal nutriente de los seres vivos que, mediante la respiración celular, es degradado parcial o totalmente para obtener energía. Además, es el constituyente de los polisacáridos más comunes: almidón y celulosa en vegetales, y glucógeno en animales.
• Galactosa: No se encuentra libre; forma parte de la lactosa.
• Fructosa: Se encuentra en las frutas, libre o unida a la glucosa.

Disacáridos: Enlace O-glucosídico

Los disacáridos se forman mediante un enlace O-glucosídico.

Maltosa

Llamado azúcar de malta, es producto de la hidrólisis del almidón o del glucógeno. Está formado por dos moléculas de α-D-glucosa unidas por enlace monocarbonílico fácilmente hidrolizable. Posee carácter reductor.

Lactosa

Es el azúcar de la leche en mamíferos. Está formada por la unión monocarbonílica de β-D-galactosa y β-D-glucosa. Posee carácter reductor y es libre.

Sacarosa

Es el azúcar de consumo habitual. Se extrae de la caña de azúcar y de la remolacha. Para establecer el enlace, la fructosa sufre un giro a la vez que rotan todos los radicales. No tiene carácter reductor.

Celobiosa

No existe en estado libre en la naturaleza, pues resulta de la hidrólisis de la celulosa. Posee carácter reductor y se hidroliza con dificultad.

Polisacáridos

La Celulosa

Es un polímero lineal de moléculas de β-D-glucosa. Entre las moléculas de glucosa de una misma cadena se establecen enlaces de hidrógeno intracatenarios; además, se disponen en paralelo y con puentes de hidrógeno intercatenarios, dando una estructura de gran resistencia a la celulosa. La celulosa solo puede ser hidrolizada totalmente a glucosa por algunas enzimas (celulasas).

Polisacáridos de Reserva

Se acumulan en gránulos insolubles en el citoplasma celular. No aumentan la presión osmótica como ocurriría si se almacenaran moléculas libres de glucosa.

Almidón

Formado por amilosa (moléculas de α-D-glucosa que adoptan un enrollamiento helicoidal) y amilopectina. El almidón se encuentra en tubérculos o raíces y en las semillas. Se hidroliza con las enzimas llamadas amilasas, que se sintetizan en la mayoría de los organismos y rinden glucosa y maltosa.

El Glucógeno

Es el homopolisacárido de reserva de las células animales. Su constitución es similar a la de las cadenas de amilopectina. Se almacena en forma de gránulos en el hígado y en el músculo esquelético, donde se hidroliza fácilmente y rinde gran cantidad de glucosa cuando es necesario.