Los bioelementos, el agua y las sales minerales

La biología moderna no puede comprenderse sin cierto conocimiento de química. En este apartado se introducen algunos conceptos básicos, como el enlace químico, los elementos químicos que forman la materia viva (bioelementos), los principios inmediatos o biomoléculas, las propiedades del agua, que han hecho posible la vida en la Tierra, y cómo se comportan estos bioelementos en disolución.

Bioelementos y biomoléculas

Los bioelementos son los elementos químicos que se encuentran en la materia viva. Su número asciende a unos setenta y su clasificación es la que sigue:

  • Bioelementos primarios, indispensables para la formación de las biomoléculas orgánicas: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
  • Bioelementos secundarios, son los restantes. Pueden ser imprescindibles para la vida de algunos organismos, pero no para la de otros.

Las biomoléculas son los principios inmediatos o sustancias que componen la materia viva.

  • Biomoléculas inorgánicas, como el agua y las sales minerales.
  • Biomoléculas orgánicas, formadas por átomos de carbono y de hidrógeno (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos), intervienen en la constitución de todos los seres vivos y sólo son producidas por ellos.

El agua

Es la sustancia química más abundante de la materia viva y, por tanto, todas las reacciones químicas que experimentan los seres vivos se realizan en medio acuoso.

Su carácter de dipolo permite establecer enlaces de hidrógeno formando grupos de moléculas, alcanzando pesos moleculares elevados y comportándose como un líquido.

Características fundamentales del agua:

  • Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas debido a los puentes de hidrógeno, lo que explica que sea un líquido incompresible, que tenga una alta tensión superficial y que se produzca el fenómeno de capilaridad.
  • Elevado calor específico: hace falta mucho calor para elevar su temperatura, convirtiéndola en un estabilizador térmico del organismo.
  • Elevado calor de vaporización: es necesario romper todos lo enlaces de hidrógeno para pasar de líquido a gas.
  • Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido: al flotar el hielo en el agua se forma un capa superficial termoaislante que permite la vida bajo ella.

Sales minerales

Las sustancias minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas:

  • Precipitadas: constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética.
  • Disueltas: los cristales en disolución se disocian en aniones y cationes. Estos iones mantienen el grado de salinidad constante dentro del organismo y ayudan a mantener su pH.
  • Asociadas a moléculas orgánicas: un ejemplo son las fosfoproteínas o los fosfolípidos.

Las disoluciones

En los seres vivos, el estado líquido está compuesto por muchos tipos de moléculas o solutos dispersos en una única fase disolvente, que es el agua.

Los solutos se denominan cristaloides cuando son de bajo peso molecular y forman disoluciones verdaderas. Cuando el peso molecular de los solutos es elevado, se denominan coloides y forman dispersiones coloidales.

Propiedades de las disoluciones verdaderas.

 

  • Difusión: es la repartición homogénea de las partículas de un fluido en el seno de otro cuando se ponen en contacto, debido al constante movimiento de las partículas.
  • Ósmosis: es el paso del disolvente entre dos soluciones de diferente concentración a través de una membrana semipermeable, como lo es la membrana plasmática. El disolvente se mueve desde la disolución más diluida a la más concentrada.
  • Estabilidad del grado de acidez o pH: valora cuantitativamente el grado de acidez y se define como pH= -log[H3O+]. Los valores de pH oscilan entre 0 y 14, siendo el pH = 7 el valor medio (pH >7, solución básica; pH<7, solución ácida).

    Las disoluciones tampón o amortiguadoras permiten mantener constante el pH de los seres vivos, lo que resulta de enorme importancia para la vida. Las sales minerales disueltas en los líquidos biológicos pueden ionizarse, dando lugar a H3O+ o a OH- que contrarrestan el efecto de ácidos o bases añadidos.

Propiedades de las dispersiones coloidales:

  • Capacidad de presentarse en estado de gel: las dispersiones coloidales pueden presentarse en forma de sol (estado líquido) o de gel (estado semisólido).
  • Elevada viscosidad: resistencia interna que presenta un líquido al movimiento relativo de sus moléculas.
  • Elevado poder adsorbente: atracción que ejerce la superficie de un sólido sobre las moléculas de un líquido o un gas.
  • Efecto Tyndall: se observa cierta opalescencia al iluminar lateralmente las dispersiones coloidales sobre un fondo oscuro.
  • Sedimentación: si se someten a fuertes campos gravitatorios se sedimentan sus partículas.
  • Diálisis: separación de coloides de los cristaloides gracias a una membrana semipermeable que sólo permite pasar a las moléculas pequeñas.
  • Electroforesis: transporte de partículas coloidales a través de un gel debido a la acción de un campo eléctrico.

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