Apuntes de Biología: Bioelementos y Biomoléculas Inorgánicas del Ies la Estrella

BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

TEMA 1: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: Agua y sales minerales

No es más inteligente el que más sabe, sino el que sabe dónde buscar lo que no sabe. Saber más para temer menos y elegir mejor Jesús Sánchez - IES LA ESTRELLA

TEMA 1: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

AGUA Y SALES MINERALES

1. BIOELEMENTOS.
   1. Definición.
   2. Clasificación: primarios, secundarios y oligoelementos.
2. BIOMOLÉCULAS.
   1. Definición.
   2. Clasificación: inorgánicas y orgánicas.
3. EL AGUA.
   1. Presencia en los seres vivos.
   2. Estructura del agua.
   3. Propiedades del agua.
   4. Funciones biológicas del agua.
4. LAS SALES MINERALES.
   1. Presencia en los seres vivos.
   2. Funciones de las sales minerales.
   3. Disoluciones (ósmosis, difusión y diálisis) y dispersiones coloidales.

TEMA 1: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

AGUA Y SALES MINERALES

1. BIOELEMENTOS

Los elementos de la vida

Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25-29 son componentes de los seres vivos.

CLASIFICACIÓN de Bioelementos

Se denominan elementos biogenicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

1. Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N, P, S Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total. Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
   1. Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones.
   2. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables.
   3. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico.
   4. El O y el N son muy electronegativos, lo que hace que se formen con facilidad moléculas polares que se disuelven facilmente en agua.
   5. El más abundante, el CARBONO. La configuración tetraédrica de los enlaces de carbono es responsable de la actividadbiológica. - - - 109,5° - - - -
   6. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc. permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a lasdiferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicasy químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.
   7. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples, lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.

BREVE REPASO DE QUÍMICA ORGÁNICA

Grupos Funcionales

R = cadena alifatica con cualquier número de carbonos

Nombre del Grupo Funcional Estructura General Estructura Ejemplo Nombre Gráfico Alcano -c- CH3-CH2-CH3 propano Alqueno CH2=CH-CH3 propeno Alquino -c=c- CH=C-CH, propino Alcohol R-OH CH3-CH2-CH2-OH propanol Éter R-O-R CH3-CH2-O-CH2-CH3 dietil éter Aldehído O R-C-H CH,-CHỊCH propanal Cetona O=C R-C-R CH-C-CH3 Propanona o acetona (o metil cetona -dimetil cetona es redundante-) Acido carboxílico O=U R-C-OH CH C-OH etanoico o ácido acético O O= e tanoato de metilo Ester R-O-C-R CHO-C-CH3 o acetato de metilo Amina R-NH2 0 R-NH-R CH3-CH2-CH2-NH2 propilamina Amida HO R-N-C-R HO metil etanamida o metil etil amida Grupo FENILO: R CHIN-C-CH3 O=0 O

Oxidación y reducción

OXIDACIÓN En química orgánica el aumento del número de enlaces con el oxígeno se considera una oxidación. Los alcanos se pueden oxidar a alcoholes (1 enlace con el oxígeno) H Los alcoholes se pueden oxidar a aldehídos o cetonas (2 enlaces con el oxígeno). H H alcano alcohol secundario un enlace con O cetona dos enlaces con O H OH R-C-R' > R- C-R' (generalmente no hay oxidación posterior) R" R" alcano alcohol terciario un enlace con O REDUCCIÓN Los aldehidos se pueden oxidar al ácido carboxílico (3 enlaces con el oxígeno). La reducción del número de enlaces con el oxígeno. sin enlaces con O [0] H [O] OH O 0= R R-C-H -0-I [0] > R-C-H > R-C-H + HO [0] > R-C-OH alcano sin enlaces con O alcohol primario un enlace con O aldehído dos enlaces con O ácido carboxílico tres enlaces con O OH O [0] R-C-R' > R-C-R' [0], R-C-R' (sin oxidación + HO posterior)

1. Bioelementos secundarios: Mg, Ca, Na, K, Cl. Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%. Suelen aparecer como iones. Magnesio Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo. Calcio Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso. Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. Potasio Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. Cloro Anion más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluidos intersticial
2. Oligoelementos Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma testimonial, pero que son indispensables para el correcto funcionamiento del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos. Hierro Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene enel transporte de oxígeno. Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas. Yodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos. Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina . Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas. Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo. Litio Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones. Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

4. LAS BIOMOLÉCULAS

Clasificación de Biomoléculas

Las biomoléculas (o, antiguamente, principios inmediatos) son las moléculas que forman parte de los seres vivos. Se clasifican en:

• BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: Son las que además de estar presentes en los seres vivos estántambien en la materia inorganica. Son el AGUA y las SALES MINERALES.
• BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS: Se encuentran exclusivamente en los seres vivos. Son los GLÚCIDOS, LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOS

2.1. EL AGUA

Presencia del agua en los seres vivos

El agua puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65% y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. Estos porcentajes varían según la edad y la actividad fisiológica del tejido o estructura. El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño comportamiento que la convierte en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee una manifiesta reactividad y posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su importancia biológica. Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua.

ESTRUCTURA DEL AGUA: POLARIDAD

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104,5º; además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

+ H -- zonas parcialmente positivas - 8- 8+ + H Puente de hidrógeno 8- zonas de electrones no compartidos

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que laconvierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo

+ + + DIPOLO puentes de H

Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro moléculas unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) unaestructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.

PROPIEDADES DEL AGUA

1. Acción disolvente

El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esto se debe a su alta constante dieléctrica (capacidad de ionizar moléculas polares y de mantener separadas moléculas con carga opuesta). Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida se debe al carácter dipolar del agua que le permite disolver los compuestos polares y los compuestos iónicos.

• Los compuestos iónicos, como las sales minerales, se disuelven gracias a las atracciones electrostaticas que se establecen entre los dipolos del agua y los iones, formándose iones solvatados, o sea, rodeados de una capa de moléculas de agua o capa de solvatación (figura 6). El agua se interpone entre los compuestos iónicos disminuyendo considerablemente la fuerza de atracción entre los iones, provocando su separación y, por tanto, su disolución.
• Los compuestos polares (alcoholes, aldehidos, aminoácidos ... ) establecen enlaces o puentes de hidrógeno entre el agua y los grupos polares de estos compuestos (figura 7). Recuerda que los compuestos polares no tienen carga eléctrica neta, pero tienen cargas eléctricas parciales debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos.

Capa de solvatación iones de Na + iones de CI- Molécula polar con grupos OH p. de hidrógeno Agua grupo OH Fig.7 Fig.6