Bioelementos y Biomoléculas: Composición, Clasificación y Funciones Esenciales

Bioelementos: Concepto y Clasificación

Los bioelementos son aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. De la tabla periódica, en los seres vivos aparecen 70 elementos, de ellos unos 25 aparecen en todos los seres vivos.

Clasificación de los Bioelementos

  • Bioelementos primarios: Son los más abundantes en los seres vivos (99%): C, H, O, N, P, S. Forman parte de la composición de nuestras biomoléculas debido a que forman enlaces covalentes estables. El carbono es especialmente importante porque forma 4 enlaces covalentes (simples, dobles y triples). Algunos grupos funcionales que se forman al unirse el carbono con otros bioelementos primarios son el carboxilo, el hidroxilo y el amino.
  • Bioelementos secundarios: Son menos abundantes en los seres vivos (4,5%): Ca, Cl, K, Na, Mg. Forman parte de las sales minerales disueltas en los seres vivos, regulando la cantidad de líquidos en las células y tejidos por ósmosis. Además, muchos forman parte de moléculas como enzimas, hormonas, vitaminas, etc.
  • Oligoelementos: Representan el 0,1%. Por ejemplo, el hierro forma parte de la hemoglobina y sin el hierro la hemoglobina no puede captar el oxígeno y moriríamos. Se dividen en dos:
    • Esenciales: Presentes en todos los seres vivos. Ejemplos: Fe, Mn, Cu, Zn, Co.
    • No esenciales: Por ejemplo, el yodo (I), que forma parte de la hormona tiroxina.

Biomoléculas: Concepto y Clasificación

Las biomoléculas son aquellas moléculas (formadas por más de 1 átomo) que forman parte de los seres vivos. Las biomoléculas se pueden extraer de los seres vivos por métodos físicos como la filtración, la diálisis, etc. Se clasifican en orgánicas e inorgánicas, dependiendo de si son moléculas exclusivas de los seres vivos o no, ya que también pueden aparecer en la materia inerte.

Las biomoléculas inorgánicas comprenden el agua, los gases (O2 y CO2) y las sales minerales. Las biomoléculas orgánicas comprenden los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

Tipos de Enlaces

  • Covalentes:
    • Apolares: Enlaces que se forman entre átomos de electronegatividad (EN) igual o muy similar.
    • Polares: Enlaces que se forman entre átomos de EN elevada pero diferente, generando dipolos.
  • Iónicos: Ejemplo: cloruro sódico (NaCl) o sal común.
  • Interacciones intermoleculares:
    • Puentes de hidrógeno: Un átomo de hidrógeno (H) unido a un átomo muy electronegativo, como el oxígeno (O) o el nitrógeno (N).
    • Fuerzas de Van der Waals: Incluyen tres tipos: dipolo-dipolo, dipolo inducido y fuerzas de dispersión.

El Agua: Biomolécula Esencial para la Vida

El agua es la biomolécula más abundante en todos los seres vivos. Es indispensable para la vida y representa entre el 50% y el 90% del peso de un ser vivo. El porcentaje de agua en el ser humano depende de la edad, el tipo de tejido, el sexo y la proporción de grasa corporal. En el cerebro hay un 86% de agua, mientras que en el hueso hay un 22%. El porcentaje es mayor en los hombres y disminuye con la edad. En la medusa, el porcentaje de agua es del 95%.

Ubicación del Agua en el Organismo

Dos tercios del agua corporal se encuentran en el espacio intracelular, y el tercio restante se distribuye con un 80% en el líquido intersticial y un 20% en el plasma. Existe un intercambio constante de H2O entre estos compartimentos.

Estructura del Agua

La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno (O) unido a dos átomos de hidrógeno (H) mediante enlaces covalentes simples. Cada molécula de agua puede formar un máximo de cuatro enlaces por puentes de hidrógeno. Estos puentes de hidrógeno son los responsables de las propiedades especiales que posee el agua.

Propiedades del Agua y sus Funciones Biológicas

  1. Estado líquido a temperatura ambiente: A diferencia de otras moléculas similares como el H2S, que es un gas, el agua es líquida a temperatura ambiente. Esto se debe a que las moléculas de agua alcanzan un mayor peso molecular debido a los puentes de hidrógeno que establecen con otras moléculas de H2O, formando agrupaciones de 3 a 9 moléculas. La mayor parte de las moléculas de H2O no están disociadas, solo un reducido número sufre disociación. La concentración de ion hidronio es igual a la del ion hidroxilo, que es de 10-7 moles por litro para el agua pura ([H3O+]=[OH–]=10-7 mol/l para el H2O pura). La concentración de iones hidronio constituye la base de la escala de pH. pH = -log[H+], con lo que se mide la acidez o alcalinidad de la disolución. Ácidos: pH < 7. Neutro: pH = 7. Básicos: pH > 7.
  2. Elevada fuerza de cohesión: Es la fuerza de atracción entre moléculas de la misma sustancia. Esto hace que el agua sea casi incompresible, debido a los puentes de hidrógeno. Funciones: Dar volumen a las células, provocar turgencia a las plantas, construir el esqueleto hidrostático y actuar como amortiguador térmico.
  3. Elevada fuerza de adhesión: Es la fuerza con la que el agua se adhiere a otras superficies o sustancias diferentes. Función: Participar en el ascenso de la savia bruta por los tubos capilares. Estas dos propiedades explican el fenómeno de la capilaridad del agua.
  4. Elevada tensión superficial: La superficie del agua opone mucha resistencia a romperse. Función: Permite a algunos organismos vivir asociados a esa película de agua, flotar e incluso desplazarse sobre ella.
  5. Elevado calor específico: Debido a los puentes de hidrógeno, se necesita mucha energía calorífica para aumentar la temperatura del agua.
  6. Elevado calor de vaporización: Se necesita mucha energía calorífica para pasar de agua líquida a gaseosa, ya que esa energía se emplea para romper los puentes de hidrógeno. Estas dos propiedades explican la función del agua como regulador térmico de los organismos frente a los cambios bruscos de temperatura ambiente, manteniendo la temperatura corporal constante.
  7. Mayor densidad en estado líquido que sólido: Debido a los puentes de hidrógeno que se producen. Esta propiedad explica la posibilidad de que algunos organismos puedan vivir en las zonas polares debajo de la capa de hielo.
  8. Disolvente universal de compuestos iónicos (sales minerales) y polares: Gracias a su capacidad de formar puentes de hidrógeno, el agua puede cumplir las siguientes funciones: medio de transporte, medio donde transcurren todas las reacciones químicas, etc. Esto es debido a su bajo grado de disociación.