Profesora: María Antonia Rojas Serrano

Todo el Universo está formado por los mismos elementos químicos.

Se denominan bioelementos a aquellos elementos que forman parte de los seres vivos.

Atendiendo a su abundancia se pueden clasificar:

Bioelementos primarios: constituyen el 98% y son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).

Bioelementos secundarios: forman prácticamente el 2% restante y son: calcio (Ca), potasio (K), sodio (Na), magnesio (Mg), cloro (Cl)…

Oligoelementos: aparecen en proporciones muy pequeñas, inferiores al 0,1% aunque son imprescindibles para el funcionamiento del organismo. Dentro de este grupo aparecen: hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), manganeso (Mn), yodo (I), cobalto (Co)...

Los bioelementos se agrupan formando las biomoléculaso principios inmediatos, que son las moléculas que forman la materia viva. Se dividen en:

Inorgánicas: son las moléculas que aparecen tanto en la materia viva como en la inerte. A este grupo pertenece el agua y las sales minerales.

Orgánicas: son las moléculas exclusivas de los seres vivos y son: los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

AGUAEs la molécula imprescindible para la vida, no existe vida sin agua.

Forma del 70 al 90% del peso de los organismos, aunque esa porción varía con las especies, la actividad, la edad, etc.

La incorporación de agua en el organismo se produce tanto por ingestión directa, como constituyente de los alimentos sólidos o líquidos o como resultado de reacciones metabólicas.

Estructura del agua

La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno (O) y dos de hidrógeno (H) unidos por enlaces covalentes simples que forman un ángulo de 104,5º.

Debido a la mayor electronegatividad del oxígeno, los electrones compartidos se encuentran más cerca de este que los átomos de hidrógeno.

Como consecuencia, aunque la molécula en su conjunto es eléctricamente neutra, dentro de ella aparece una zona con carga parcial positiva y otra con carga parcial negativa, originando un dipolo.

Presenta estructura dipolar y las partes positivas de los dipolos son atraídas por las negativas de otros dipolos.

El hidrógeno se une al oxígeno mediante enlaces por puentes de hidrógeno que son enlaces débiles que se forman y deshacen continuamente y que condicionan todas las propiedades del agua.

Estos enlaces hacen que el agua sea líquida a temperatura ambiente lo que es fundamental para la existencia de la vida (otras moléculas similares son gases a dicha temperatura, p.ej. SO2, CO2, NO2).

Propiedades del agua Elevada capacidad disolvente de sustancias polares o

hidrófilas (las sustancias apolares o hidrófobas no se disuelven en agua).

Elevado calor específico: cantidad de calor que hay que suministrar a 1 gramo de agua para aumentar 1 grado su temperatura.

Elevado calor de vaporización. Elevado punto de ebullición, ya que parte de la energía se emplea en romper los enlaces por puentes de hidrógeno.

Elevada cohesión, atracción entre las moléculas de agua y adhesión a otras moléculas.

Elevada tensión superficial: fuerte atracción entre las moléculas de agua de la superficie que forman una película.

Su densidad es menor en estado sólido que en estado líquido, por lo que el hielo flota en el agua.

Bajo grado de ionización.

El agua forma puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y también con otras moléculas polares o iones.

A las sustancias que interaccionan con el agua de esta manera se llaman hidrófilas (“ amigas del agua”)

Elevada capacidad disolvente

Por el contrario, los compuestos que no tienen carga ni son polares no interaccionan con el agua mediante puentes de hidrógeno, y no se disuelven en agua.

En vez de disolverse, interaccionan entre sí.

A las sustancias que no interaccionan con el agua se les denomina hidrófobas (“odio al agua”).

Cantidad de calor que hay que suministrar a 1 gramo de agua para aumentar 1 grado su temperatura. El calor específico del agua es alto porque los enlaces de hidrógeno deben romperse antes de que el calor pueda transferirse y las moléculas moverse más rápido, lo que requiere muchísima energía.Esto implica que el agua sea un buen estabilizante térmico de los seres vivos.

Elevado calor específico

Es la cantidad de energía calorífica necesaria para convertir 1 gramo de una sustancia en fase líquida a su fase gaseosa.

El agua posee un calor de vaporización elevado debido a que sus moléculas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno.

Cuando el agua alcanza su punto de ebullición, las moléculas escapan del líquido, llevándose consigo el calor, lo que provoca una disminución en la temperatura del líquido.

Por esta razón el cuerpo humano puede disipar el calor excesivo, cuando el calor se evapora de la piel y una hoja de un vegetal puede mantenerse fresca bajo la luz solar intensa, cuando el agua se evapora de su superficie.

Elevado calor de vaporación

Cohesión :atracción entre las moléculas de agua.

Adhesión: atracción de las moléculas de agua con otras moléculas.

Elevada cohesión y adhesión

Dado que los enlaces de hidrógeno de las moléculas situadas en la superficie de una masa de agua ejercen una fuerza (o tensión) hacia abajo, cualquier fuerza que intente descender la superficie de agua se encontrará con una resistencia.

Esta resistencia hace que una superficie de agua se comporte como una membrana elástica, propiedad denominada tensión superficial.

Elevada tensión superficial

Esta propiedad permite que el hielo flote sobre el agua líquida.

Cuando los obreros vierten metal o plástico fundido en un molde y lo dejan enfriar hasta solidificarse, el material se encoge. Cuando la lava fundida sale de un volcán y se enfría en rocas sólidas, se encoge.

Pero cuando se llena una bandeja de hielo con agua y se pone en el congelador para hacer hielo, este se expande.

Al contrario que la mayoría de moléculas, el agua es más densa en estado líquido que en estado sólido.

El agua es más densa en estado líquido que en estado sólido

En el hielo cada molécula de agua participa en cuatro enlaces de hidrógeno. Estos enlaces provocan que las moléculas de agua forman una estructura, regular y abierta, quedando mucho espacio entre las moléculas.

En el agua líquida los enlaces de hidrógeno están constantemente formándose y rompiéndose y las moléculas pueden estar más próximas entre sí, por lo que, en el mismo volumen hay mayor número de moléculas en estado líquido (mayor densidad).

Bajo grado de ionización

Las moléculas de agua tienen una leve tendencia a ionizarse, es decir, disociarse en iones hidrógeno (H+) e iones hidróxido (OH-).

Un ion de hidrógeno, sólo es un protón. En realidad, los protones nunca existen solos, estos se unen con moléculas de agua formando el ion hidronio (H3O+).

Por tanto la representación más exacta de la ionización del agua es:

Aunque, para simplificar emplearemos la primera.

El producto de las concentraciones de iones ( H+ y OH- ) es constante y se denomina producto iónico. Su valor para el agua a 25ºC es: 10-14

Kw = producto iónico del agua = [H+][OH-] = 10-14

En agua pura [H+] = [OH-] = 10-7

En función de la concentración de protones (pH), las disoluciones acuosas pueden ser:

NEUTRAS: la concentración de protones e iones hidróxido es igual.

ÁCIDAS: la concentración de protones es mayor que la de iones hidróxido.

BÁSICAS: la concentración de protones es menor que la de iones hidróxido.

El pH de la mayoría de las células animales y vegetales se acerca a la neutralidad, oscilando entre 7,2 y 7,4.

Funciones del agua Transporte de sustancias dentro de los organismos (sangre o

savia) e intercambios con el medio (orina, sudor…)

Termorreguladora, el agua necesita mucho calor para aumentar su temperatura (tarda mucho en calentarse y también en enfriarse); los mamíferos al sudar expulsan agua que para evaporarse toma calor del cuerpo de modo que este se enfría.

Capilaridad o capacidad de moverse por espacios pequeños. De esta forma asciende la savia bruta desde la raíz a las hojas.

Su elevada tensión superficial permite a algunos organismos desplazarse sobre su superficie.

Lubricante como el líquido sinovial de las articulaciones o el líquido pleural.

El hielo flota y permite la vida por debajo en lagos y mares helados.

Sus iones participan en reacciones del metabolismo como las de hidrólisis.

SALES MINERALESLas sales minerales las podemos encontrar de dos formas: precipitadas o disueltas.

Sales precipitadas: constituyen estructuras sólidas insolubles con funciones esencialmente esqueléticas. Entre ellas son particularmente abundantes:

• Carbonato cálcico (CaCO3), forma conchas de moluscos, esqueletos de erizos y estrellas de mar, etc.

• Fosfato cálcico Ca(PO4)2 , forma huesos y dientes de vertebrados.

• Sílice SiO2 , forma el esqueleto de foraminíferos.

Sales disueltas: disociadas en iones y cationes.

• Cationes: sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca+), magnesio (Mg+)…

• Aniones: cloruro (Cl-), fosfato (PO4-2), carbonato ( CO3

-2), bicarbonato (HCO3

-), nitrato (NO3-)…

Estos iones mantienen la salinidad del medio interno constante, ayudan a mantener el pH, intervienen en diversas funciones como el ion calcio en la contracción muscular, el ion magnesio en la síntesis de proteínas, los iones sodio y potasio en la transmisión del impulso nervioso, etc.

Funciones de las sales minerales

Las sales minerales realizan múltiples funciones en los organismos vivos, tales como:

Formar estructuras esqueléticas.

Llevar a cabo funciones específicas como: transmisión del impulso nervioso, contracción muscular, etc.

Mantener el grado de salinidad constante en el medio interno.

Regular el pH, mediante soluciones amortiguadoras (tampón).

Regular la ósmosis.

Regular el pH mediante soluciones amortiguadoras (tampón o buffer)

Estas disoluciones mantienen el pH constante cuando se le añade un ácido o una base.

Consisten en dos sustancias iónicas en equilibrio formadas por ácidos débiles y sus bases conjugadas o bases débiles y sus ácidos conjugados.

La alteración del pH del medio se contrarresta debido al desplazamiento del equilibrio entre estas sustancias.

Los sistemas amortiguadores más comunes son el tampón fosfato y el tampón bicarbonato.

Tampón bicarbonato

Cuando se produce un aumento de la concentración de iones hidrógeno, el equilibrio se desplaza hacia la derecha y se elimina al exterior el exceso de dióxido de carbono producido. Si , por el contrario, disminuye la concentración de protones, el equilibrio se desplaza en sentido contrario tomando dióxido de carbono del exterior.

Sistema tampón carbonato

El tampón fosfato actúa intracelularmente y el carbonato, extracelularmente.

Regular la ósmosis

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente (líquido) a través de una membrana semipermeable (permite el paso de disolventes pero no de los solutos) desde una disolución más diluida (hipotónica) a otra más concentrada (hipertónica).

Este proceso es especialmente importante en las células ya que la membrana plasmática es semipermeable y a través de ella, la célula intercambia agua con el medio.

Si el medio extracelular es hipertónico con respecto al contenido celular, las células pierden agua y se arrugan. Si se trata de una célula vegetal, la membrana se despega de la pared celular rígida y se rompe provocando la muerte de la célula o plasmólisis.

Si el medio extracelular es hipotónico entrará agua dentro de la célula hasta igualar las concentraciones. Si se trata de una célula vegetal se produce turgencia pero la célula no llega a romperse porque la pared celular rígida frena la entrada de agua mientras que las células animales pueden llegar a estallar (lisis osmótica).

En cambio si el medio es isotónico (misma concentración) con respecto a la célula, no habrá entradas ni salidas de agua.

La diálisis es un proceso relacionado con la ósmosis. En este caso, además del agua, la membrana semipermeable permite el paso de los solutos de baja masa molecular desde la disolución donde se encuentre en mayor concentración hasta la que los contiene en menor concentración.

En realidad estas moléculas pasan por una difusión simple a favor de un gradiente de concentración. De esta forma, si se tiene una disolución de dos tipos de sustancias, una de ellas de alta masa molecular y la otra de baja, se puede conseguir una separación parcial de esta última.

Para ello se dispone esta disolución en un recipiente separado, por medio de una membrana semipermeable, de otro que contiene agua destilada. El soluto de baja masa molecular se distribuye a través de la membrana hasta que se alcanza la misma concentración en ambos recipientes. Por el contrario la sustancia de alta masa molecular permanece íntegramente en el recipiente original.

La hemodiálisis es una técnica basada en este proceso y se aplica para eliminar moléculas tóxicas de la sangre (como la urea) en casos de insuficiencia renal grave, o sustancias tóxicas en casos de envenenamiento.

DIÁLISIS

COMPUESTOS ORGÁNICOS

Se denominan compuestos orgánicos a aquellos formados por carbono en combinación con hidrógeno y otros elementos como oxígeno, nitrógeno y azufre.

El átomo de carbono posee cuatro electrones en su capa externa, lo que le permite formar cuatro enlaces covalentes.

Estos enlaces puede ser sencillos, dobles y triples, y pueden unir átomos de carbono entre sí y con otros elementos.

Grupos funcionales

Los grupos funcionales son grupos de átomos que forman parte de una molécula más grande y tienen propiedades particulares (forma, polaridad, reactividad, solubilidad, etc.)

Los mismos grupos funcionales pueden formar parte de moléculas muy diferentes.