BIOELEMENTOS

Los bioelementos primarios o principales constituyen sobre el 97.5% del peso de los seres vivos. Estos son: C, H, O, N.

• Son los elementos más ligeros capaces de formar enlaces covalentes estables de gran estabilidad.
• Carbono, nitrógeno y oxígeno pueden formar dobles y triples enlaces.

El carbono establece enlaces estables C-C formando largas cadenas con otros elementos y creando nuevos grupos funcionales que originan una gran diversidad de compuestos. Por la configuración tetraédrica del carbono, se forman moléculas orgánicas con estructuras tridimensionales diferentes. Estos átomos forman compuestos muy reducidos (con hidrógeno), con gran afinidad por el oxígeno, con el que forman compuestos oxidados de baja energía (CO₂ y H₂O). La energía desprendida en estos procesos se emplea para las funciones vitales.

Bioelementos secundarios

Los bioelementos secundarios forman parte de todos los seres vivos pero no superan en su conjunto menos de 2,5%. Son S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl.

• El azufre está en dos aminoácidos, en algunas vitaminas y en el coenzima A.
• El fósforo se encuentra en los nucleótidos, en algunos coenzimas, en los fosfolípidos y fosfatos.
• El magnesio está en la clorofila y actúa como catalizador junto con algunas coenzimas.
• El calcio forma parte del carbonato cálcico, que es una molécula estructural de muchos animales. También tiene funciones importantes en forma iónica e interviene en procesos fisiológicos como la coagulación de la sangre o la contracción muscular.
• Sodio, potasio y cloro en forma iónica forman sales disueltas que intervienen en procesos fisiológicos como la transmisión del impulso nervioso o la apertura y cierre de estomas.

Existen otros bioelementos que son indispensables para el organismo aunque se encuentran en una proporción inferior al 0,1 %, que se llaman oligoelementos. Los que se encuentran en la mayoría de los seres vivos son Fe, Mg, I, Cu, Zn, Fl, Bo, Si, Va, Cr, Co, Se, Mo, Sn.

AGUA

Estructura

Formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes polares. A pesar de ser una molécula eléctricamente neutra, tiene un carácter dipolar debido a la gran electronegatividad del oxígeno, que atrae a los electrones compartidos con el hidrógeno. Esto hace que quede una carga parcialmente negativa en el oxígeno y negativa en los hidrógenos, haciendo que se comporte como un dipolo permanente. Esto tiene como consecuencia la formación de enlaces llamados puentes de hidrógeno, que son interacciones débiles de gran importancia biológica.

Propiedades físico-químicas

Están relacionadas con los puentes de H y con su estructura dipolar.

• Elevado calor de vaporización: el agua necesita una gran cantidad de energía para romper los enlaces que la mantienen en estado líquido.
• Elevado calor específico: los puentes de H liberan gran cantidad de energía cuando se forman y la absorben cuando se destruyen, reduciendo al mínimo los cambios de temperatura. Esto la convierte en un buen amortiguador térmico. (Hace falta una caloría para aumentar en un grado un gramo de agua).
• Elevado momento dipolar: su carácter dipolar la hace ser disolvente casi universal para compuestos iónicos, como las sales minerales y para compuestos covalentes polares, como los glúcidos.
• Elevada fuerza de cohesión-adhesión: los puentes de H permiten que se formen columnas continuas de moléculas de agua y que en superficie oponga gran fuerza a romperse (elevada tensión superficial); esto hace que sea prácticamente incompresible.
• Baja densidad en estado sólido: cuando el agua se congela adopta una estructura fija y cristalina que ocupa mayor volumen, por lo que tiene menor densidad que en estado líquido. (De esta forma el hielo flota sobre el agua y evita la congelación de las zonas profundas permitiendo que allí se desarrolle la vida).

Funciones biológicas

Están relacionadas con las propiedades descritas.

• Función termorreguladora: su calor específico la convierte en un gran amortiguador térmico, que ayuda a evitar los efectos de los cambios bruscos de temperatura y a mantener constante la temperatura corporal; a esto también ayuda su elevado calor de vaporización.
• Función disolvente: esto se debe a su carácter dipolar y permite que el agua actúe como transportador de sustancias disueltas y que se produzcan en ella las reacciones metabólicas.
• Función estructural: se debe a su elevada fuerza de cohesión-adhesión, que ayuda a mantener la forma y el volumen de las células.
• Función mecánica: la disolución de sustancias en ellas en diversas concentraciones permite la formación de líquidos lubricantes y amortiguadores, que dan elasticidad y flexibilidad a los órganos.
• Función química: la disociación iónica del agua le permite intervenir en múltiples reacciones químicas aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio. También es la fuente de H en la fotosíntesis.

Disoluciones acuosas de sales minerales

Las sales pueden encontrarse en los seres vivos en dos formas:

• Precipitadas, con función estructural.
• Disueltas, que aportan diferentes iones con función reguladora de muchas reacciones metabólicas, contribuyendo, además, a regular el pH y el equilibrio osmótico. También permiten la contracción muscular y la transmisión del impulso nervioso.

Principales aniones: (SO₄^2-) (HCO₃^–) (HPO₄^2-, H₂PO₄^–) (NO₃^–), (Cl^–).

Principales cationes: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, y Mg²⁺.

Regulación del pH

En los organismos se deben evitar los cambios bruscos de pH, ya que podrían cambiar la estructura de muchas biomoléculas y alterar una gran cantidad de reacciones metabólicas. Para ello los seres vivos disponen de sistemas tampón o amortiguadores de pH.

Estos sistemas son disoluciones de ácidos débiles con su base conjugada, que hacen que el ácido neutralice los OH^– y la base los H⁺ que se añadan a estos sistemas. Los más importantes son el tampón bicarbonato y el tampón fosfato.

• Tampón bicarbonato, común en los medios extracelulares, mantiene el pH en torno a 7,4.
• Tampón fosfato, común en los líquidos intracelulares, mantiene el pH en torno a 6,86.

Equilibrio osmótico

• Difusión: las partículas se mueven desde la región más concentrada a la más diluida hasta alcanzar el equilibrio. Puede ocurrir a través de las membranas biológicas (gases y nutrientes).
• Diálisis: es la separación (difusión selectiva) de dos solutos de distinto tamaño mediante el paso a través de una membrana cuya permeabilidad solo permite el paso de las partículas más pequeñas. Este proceso se da en la filtración renal, en la que se retienen en la sangre proteínas y macromoléculas y pasan a la orina sales y partículas de pequeño tamaño.
• Ósmosis: es el paso de moléculas de agua, pero no de solutos, a través de una membrana semipermeable que separa dos soluciones de distinta concentración, hasta alcanzar el equilibrio. El agua de desplaza de la solución más diluida a la más concentrada.

Fenómenos osmóticos

• Plasmólisis: el medio externo de una célula es hipertónico y el agua tiende a salir.
• Turgescencia: se genera cuando el medio externo de una célula es hipotónico y el agua tiende a entrar.