Las Sales Minerales

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

• Precipitadas,
• Disueltas o
• Asociadas a sustancias orgánicas.

Sales Minerales Precipitadas

Las sales minerales precipitadas constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética. Por ejemplo:

• El carbonato cálcico en las conchas de los moluscos, crustáceos, corales y vertebrados.
• El fosfato cálcico, Ca₃(PO₄)₂, que junto con el carbonato cálcico, depositados sobre el colágeno, constituyen los huesos.
• La sílice (SiO₂) en los exoesqueletos de las diatomeas y en las gramíneas, etc.

Sales Minerales Disueltas

Las sales minerales disueltas se encuentran disociadas en iones:

• Cationes (con carga positiva): Na⁺, K⁺, Ca²⁺ y Mg²⁺.
• Aniones (con carga negativa): Cl^–, SO₄^2-, PO₄^3-, HCO₃^–, CO₃^2- y NO₃^–.

Sales Minerales Asociadas a Moléculas Orgánicas

Las sustancias minerales asociadas a moléculas orgánicas suelen encontrarse junto a proteínas, como las fosfoproteínas; junto a lípidos, como los fosfolípidos, y junto a glúcidos, como en el agar-agar.

Funciones de las Sales Minerales en Disolución

Las principales funciones de las sustancias minerales en los organismos son:

• Función tampón: Regular el pH.
• Regular la actividad enzimática.
• Regular la presión osmótica y el volumen celular: Mantenimiento de la homeostasis.
• Generar potenciales eléctricos.
• Otras funciones fisiológicas y bioquímicas.

Función Tampón: Regulación del pH

Las disoluciones de sales que tienen esta función se denominan tampones o disoluciones amortiguadoras. Disminuyen las variaciones del pH que se producen en reacciones bioquímicas.

La mayoría de las funciones vitales de los seres vivos necesitan valores de pH próximos a la neutralidad. Las sustancias disueltas en agua alteran el pH, que debe mantenerse próximo a 7 para que sea compatible con la vida, ya que una pequeña variación puede afectar a la actividad de las enzimas en las reacciones metabólicas.

En los organismos, para evitar que el pH de sus fluidos no cambie bruscamente, están presentes los llamados sistemas tampón o amortiguadores de pH.

Estos sistemas se basan en las propiedades de los ácidos débiles, o sea, ácidos que no se disocian totalmente, de manera que a un intervalo de pH determinado actúan como ácidos o como bases, dadores o aceptores de protones sin que cambie apenas el pH del medio.

Cuando en la disolución hay un exceso de H₃O⁺, el tampón actúa como base y acepta protones. Cuando hay exceso de OH^–, actúa como ácido y libera protones.

Entre los tampones más comunes en los seres vivos, podemos citar el tampón bicarbonato y el tampón fosfato.

El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares como el plasma sanguíneo. Mantiene el pH en valores próximos a 7,4 gracias al equilibrio entre el ion bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua:

HCO₃^– + H⁺ ↔ H₂CO₃ ↔ CO₂ + H₂O

Si aumenta la concentración de hidrogeniones (H⁺) en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha, y se elimina al exterior del organismo el exceso de dióxido de carbono producido. Si por el contrario disminuye la concentración de H⁺ del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma dióxido de carbono del medio exterior.

El tampón fosfato se encuentra en los líquidos intracelulares, y mantiene el pH en torno a 6,86:

HPO₄^2- + H⁺ ↔ H₂PO₄^–

Regulación de la Actividad Enzimática

La presencia de determinados iones (Fe²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺,…), actúan como cofactores (componente no proteico necesario para la acción de una enzima), activando o inhibiendo reacciones bioquímicas, asociándose a la sustancia reaccionante o a las enzimas.

Por ejemplo, el ion Fe²⁺ forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y la mioglobina, y el ion Mg²⁺ de la clorofila.

Regulación de la Presión Osmótica y el Volumen Celular: Mantenimiento de la Homeostasis

Todos los medios líquidos biológicos, desde el citoplasma celular hasta la sangre o savia, pasando por el plasma intersticial, son disoluciones salinas en las cuales se producen unos fenómenos osmóticos u ósmosis, de gran repercusión en la estabilidad celular y el mantenimiento de la homeostasis.

Generación de Potenciales Eléctricos

Las sales disueltas generan potenciales eléctricos, de forma que a ambos lados de las membranas existe una diferencia de cargas eléctricas. Se produce un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula cargada eléctricamente.

Los iones que se encuentran en el interior de las células no son los mismos que los del medio externo, por lo que a ambos lados de la membrana existen distintas cargas eléctricas. Esta distribución irregular de iones provoca la existencia de un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica.

Otras Funciones Fisiológicas y Bioquímicas

Es necesaria la intervención de determinados iones para la realización de muchos procesos biológicos. Algunos de los más importantes son los siguientes:

Los iones realizan funciones biológicas imprescindibles para la vida. Por eso es necesario que las concentraciones iónicas y la proporción entre los cationes se mantengan en un equilibrio constante. Cualquier variación de dicho equilibrio, ya sea por defecto o por exceso, puede provocar importantes alteraciones.

Así, para una transmisión nerviosa adecuada y para el correcto funcionamiento cardíaco debe existir un equilibrio entre las concentraciones de K⁺ y de Ca²⁺, ya que el exceso o el defecto de cualquiera de estos iones impide la realización de estos procesos fisiológicos.

Disoluciones y Dispersiones Coloidales

En los seres vivos, el estado líquido está constituido por dispersiones de muchos tipos de moléculas dispersas o solutos y un solo tipo de fase dispersante o disolvente, que es el agua.

Según el peso molecular de los solutos distinguimos:

• Disoluciones verdaderas.
• Dispersiones coloidales.

Disoluciones Verdaderas

Es una mezcla homogénea de moléculas distintas en la que se distinguen el disolvente (generalmente agua) y el soluto (sustancia que se disuelve).

Si los solutos son de bajo peso molecular (se denominan cristaloides) como, por ejemplo, el cloruro sódico (PM = 58,5) y la glucosa (PM = 180). A estas dispersiones se les denomina disoluciones verdaderas o simplemente disoluciones.

Dispersiones Coloidales

Es una mezcla en la que el soluto no es soluble; las partículas que la forman no son capaces de poder disolverse homogéneamente por todo el medio. Se forman si los solutos son de alto peso molecular.

Difusión, Ósmosis y Diálisis

Según cómo es el movimiento de las partículas de soluto en el seno del disolvente, distinguimos tres tipos de fenómenos:

• Difusión.
• Diálisis.
• Ósmosis.

Difusión

En la difusión, las partículas de soluto tienden a disolverse homogéneamente en el disolvente, el agua.

Si colocamos dos disoluciones de diferente concentración, que están separadas por una membrana permeable, pasará por difusión el soluto y el disolvente, a favor del gradiente de concentración, desde donde hay más hacia donde hay menos concentración, hasta que se igualen las concentraciones de las dos disoluciones.

La difusión es una forma frecuente de transporte de sustancias a través de la membrana celular.

Diálisis

La diálisis es el proceso de separación de las partículas coloidales, en función de su tamaño, a través de una membrana dializadora. Esta membrana permite el paso de moléculas de pequeño tamaño (sales minerales, iones) y de agua e impide el de las macromoléculas o partículas coloidales.

Cuando la membrana que separa dos disoluciones deja pasar, además de agua, los solutos de menor tamaño, se produce el fenómeno denominado diálisis. Las moléculas de bajo peso molecular pasan desde la disolución en la que se encuentran en mayor concentración hacia la disolución en la que se encuentran en menos concentración.

La hemodiálisis es el tratamiento que se emplea para limpiar la sangre en casos de insuficiencia renal crónica mediante el uso de un filtro o hemodializador y un líquido de diálisis generado por un riñón artificial. A través de las membranas utilizadas pasan las moléculas pequeñas de la sangre al líquido de diálisis. Así, se elimina el agua, urea, sales minerales, etc., que no pueden ser filtrados por el riñón de un modo natural.

Ósmosis

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el movimiento de agua (disolvente) desde una disolución de concentración menor (hipotónica) a otra de concentración mayor (hipertónica) cuando ambas están separadas por una membrana semipermeable (que deja pasar el agua, pero no los solutos disueltos en ella), hasta que las dos disoluciones alcanzan la misma concentración (isotónicas).

El agua se desplaza por la diferencia de presión osmótica que hay entre una disolución concentrada (mayor presión osmótica) que atrae al disolvente desde una disolución más diluida (menor presión osmótica). La presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de la disolución.

Las membranas celulares pueden considerarse semipermeables. Si comparamos dos disoluciones, éstas pueden ser entre sí isotónicas si poseen la misma concentración (o isoosmóticas). Si las concentraciones son diferentes, una es hipotónica (menor concentración) y otra hipertónica (mayor concentración).

El agua pasará de los medios hipotónicos a los hipertónicos, ejerciendo una presión sobre la membrana llamada presión osmótica.

Cuando se introduce una célula en un medio hipotónico, entrará agua a su interior. Si la célula no tiene mecanismos de protección, reventará. Por el contrario, si se introduce en un medio hipertónico, la célula perderá agua, se arrugará y deshidratará. Es evidente que estas situaciones no son compatibles con la vida, por lo que la homeostasis de la presión osmótica, la osmorregulación, es otro factor vital para el mantenimiento de la vida.

A lo largo de la evolución, los seres vivos se han adaptado desarrollando estrategias para evitar catástrofes osmóticas. Las células vegetales, las moneras, hongos y muchos protoctistas han desarrollado una pared celular rígida, con resistencia suficiente para resistir la presión osmótica y evitar que la célula explote al encontrarse en medios hipotónicos. Por lo tanto, la célula sólo se hincha alcanzando un estado que se denomina turgencia. La rigidez mecánica de las plantas se debe a la turgencia.

Cuando una célula vegetal se introduce en un medio hipertónico, como por ejemplo, el agua del mar, pierde agua y la membrana celular que estaba pegada a la pared celular se contrae, pero algunos fragmentos quedan adheridos a la pared celular, fracturándose la célula. Si la concentración salina es mayor en el medio extracelular que en el interior de la célula, ésta pierde agua y muere, fenómeno conocido como plasmólisis. Ésta es la causa de que las células de la raíz de una planta pierdan agua y, por tanto, el vegetal muera si lo plantamos en un medio muy salino.

Por el contrario, las células animales en un medio hipotónico explotan irremisiblemente al no tener pared celular, fenómeno que recibe el nombre de citolisis (hemolisis, en el caso de células sanguíneas). Si el medio es hipertónico, las células pierden agua, se deshidratan y mueren (crenación).

Por este motivo, no se puede introducir en la sangre directamente agua destilada, pues se ocasionaría la turgencia de los glóbulos rojos y la posterior rotura de la membrana y, por tanto, su destrucción.

A modo de resumen, repasamos estos conceptos:

• En un medio hipertónico, la célula pierde agua y el volumen de la vacuola disminuye, produciendo que la membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la plasmólisis.
• En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico (el agua entra y sale en la misma proporción).
• En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión de turgencia, dando lugar a la turgencia (en células con pared celular) o a la citolisis (en células sin pared).