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BIOLOGÍA 2º Bach T1. Los bioelementos, el agua y las sales minerales

Índice
1. Los átomos y las moléculas se unen mediante enlaces químico
2. Los seres vivos están constituidos por bioelementos
3. Los principios inmediatos o biomoléculas de la materia viva
4. El agua es fundamental para las reacciones que permiten la vida
5. Las sales minerales se pueden encontrar precipitadas o disueltas
6. Las disoluciones verdaderas están formadas por cristaloides
6. Las disoluciones verdaderas están formadas por cristaloides
7. Los medios internos de muchos organismos son dispersiones coloidales
8. Técnicas que permiten separar los distintos tipos de biomoléculas

1.Los átomos y las moléculas se unen mediante enlaces químico
Los conceptos fundamentales para
entender la composición de la
materia viva son los siguentes:
materia viva son los siguentes:
Un átomo es la parte más
pequeña de un elemento químico
y está formado por protones,
neutrones y electrones.
Una molécula es la unión de dos o
más átomos.
más átomos.
Las hay homogéneas, si están
formadas por átomos del mismo
tipo (O2) y heterogéneas, si están
formadas por átomos diferentes
(H2O).

Un elemento químico o sustancia simple está formado por
un solo tipo de átomos y no puede descomponerse en otras
sustancias mediante reacciones químicas.
sustancias mediante reacciones químicas.
Una sustancia compuesta está formada por dos o más tipos
de elementos químicos que pueden separarse mediante
reacciones químicas. Su parte más pequeña es una molécula
heterogénea

La unión entre átomos, moléculas o iones (átomos o moléculas
con carga eléctrica) se denomina enlace químico
●
●
●
Enlace iónico
Enlace covalente
Enlace de hidrógeno
Se distinguen cuatro tipos principales:
●
●
Enlace de hidrógeno
Enlace por fuerzas de
Van der Waals

Es la unión entre átomos en la que uno de ellos, el electronegativo o
Es la unión entre átomos en la que uno de ellos, el electronegativo o
no metálico, capta electrones del otro, el electropositivo o metálico.
Se generan un anión y un catión, respectivamente, así completan su
último orbital con ocho electrones y forman una molécula estable

Es un enlace muy fuerte entre átomos
Es un enlace muy fuerte entre átomos
electronegativos que comparten
electrones. Pueden dar lugar a dos
tipos de moléculas:
• Apolares, sin carga eléctrica, cuando
los átomos tiene electronegatividad
similares
• Polares, con un polo positivo y otro
negativo, si las electronegatividades
son diferentes.

También se conoce como puente de
hidrógeno. Es un enlace muy débil,
electrostático. Se establece entre el
hidrógeno, que tiene un carácter muy
electropositivo, y átomos muy
electronegativos (O, N, F, etc.)
Hay dos tipos:
Hay dos tipos:
• Intermolecular. Como entre las
moléculas de agua.
• Intramolecular. Como por ejemplo
entre los grupos de –NH- y –CO- de
una proteína.

Las fuerzas de Van der Waals son enlaces débiles y son mayores cuantos más electrones
poseen las moléculas, por tanto, aumentan con el peso molecular. Son fuerzas
La distribución electrónica al azar, que se hace asimétrica en algunos momentos, origina
atracciones electrostáticas entre moléculas apolares o entre grupos polares de una misma
molécula: el dipolo instantáneo puede provocar un dipolo inducido en un átomo vecino.
poseen las moléculas, por tanto, aumentan con el peso molecular. Son fuerzas
intermoleculares de tipo electrostático que se establecen tanto entre molécula polares
como apolares.

2.Los seres vivos están constituidos por bioelementos
Los elementos químicos que forman la materia viva son los
bioelementos o elementos bioquímicos.
Se clasifican en bioelementos primarios y secundarios.
Se clasifican en bioelementos primarios y secundarios.
Bioelementos primarios.
Constituyen el 96,2% del total
de la materia viva: O, C, H, N,
P y S. Son indispensables
para la formación de las
para la formación de las
biomoléculas orgánicas o
principios inmediatos: los
glúcidos, lípidos, proteínas y
ácidos nucléicos.

Características de los bioelementos primarios
Al comparar la composición atómica de la materia viva, la biomasa, con las tres
capas que ocupan los seres vivos (atmósfera, hidrosfera y litosfera) se deduce que:.
• Los altos porcentajes de
hidrógeno y oxígeno en la
materia viva se deben a que está
formada sobre todo por agua:
65% en organismos terrestres y
90% en organismos acuáticos.
• Los porcentajes de los otros
• Los porcentajes de los otros
bioelementos primarios (C, N, P y
S) en la materia viva son muy
diferentes de los que hay en la
atmósfera, la hidrosfera y litosfera.
• Los bioelementos se combinan
mediante enlaces covalentes
estables.

BIOLOGÍA 2º Bach
Bioelementos secundarios
No son básicos para formar las biomoléculas orgánicas pero
son imprescindibles. Hay de dos tipos:
T1. Los bioelementos, el agua y las sales minerales
son imprescindibles. Hay de dos tipos:
• Indispensables. Son imprescindibles para la vida celular (funciones vitales) y
están en todos los seres vivos. Ejemlos: Ca. Na, K, Fe y I.
• Variables. No están presentes en todos los seres vivos. Ejemplos; Br, Zn y Ti.
Los bioelementos que se encuentran
en proporciones inferiores al 0,1%
reciben el nombre de oligoelementos.
reciben el nombre de oligoelementos.
Suelen tener función catalizadora, ya
que actúan como aceleradores de
reacciones químicas fundamentales
para la vida.

BIOLOGÍA 2º Bach
Propiedades y funciones de los
bioelementos primarios (C e H)
●
Son los dos únicos elementos
Son los dos únicos elementos
indispensables para construir materia
orgánica construyendo largas cadenas
hidrocarbonadas muy estables.
●
Las cadenas hidrocarbonadas pueden
presentar enlaces simples (-CH2-CH2-)
dobles (-CH=CH-) o triples (-C≡C-) y
pueden formar estructuras
tridimensionales.
tridimensionales.
● Las largas cadenas hidrocarbonadas
permiten que una sola molécula, como el
ADN, pueda contener información
sobre cómo es y cómo funciona el
organismo.

BIOLOGÍA 2º Bach
Son elementos electronegativos que cuando establecen enlaces covalentes con
el hidrógeno o entre sí, dan lugar a moléculas dipolares, y por tanto, presentar
bioelementos primarios (O, N, S y P)
el hidrógeno o entre sí, dan lugar a moléculas dipolares, y por tanto, presentar
solubilidad en el agua.
–
• El oxígeno es el bioelemento más electronegativo, de forma que al enlazarse con el
hidrógeno genera polos eléctricos.
• Los radicales alcohol o hidroxilo (-OH), aldehido (-CHO) y ácido o carboxilo (-COOH)
pueden dar lugar a moléculas solubles como la glucosa.

BIOLOGÍA 2º Bach
• El nitrógeno se encuentra formando los grupos amino (-NH2) de los
• El nitrógeno se encuentra formando los grupos amino (-NH2) de los
aminoácidos y de las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos
• El azufre se encuentra formando el radical sulfidrilo (-SH) en muchas proteínas.

BIOLOGÍA 2º Bach
• El fósforo se encuentra constituyendo los grupos fosfato (-PO )3. Cuando se
• El fósforo se encuentra constituyendo los grupos fosfato (-PO4)3. Cuando se
rompe este enlace entre dos grupos fosfato se libera una gran cantidad de
energía. Estos enlaces se utilizan para almacenar la llamada energía química.

BIOLOGÍA 2º Bach
Propiedades y funciones de los bioelementos secundarios
• El Na, el K y el Cl se encuentran disueltos formando iones, muy abundantes en
el medio interno y en el interior de las células. Son los responsables del equilibrio
el medio interno y en el interior de las células. Son los responsables del equilibrio
a ambos lados de la membrana.
• El Ca forma caparazones y esqueletos de muchos organismos en forma de
carbonato de CaCO3 y actúa en mecanismos de contracción muscular.
• El ión magnesio (Mg2+) es un componente de muchas enzimas y del pigmento
clorofila.

BIOLOGÍA 2º Bach
• El ión hierro forma parte de la hemoglobina de la sangre.
• El cobre se requiere para formar hemocianina (pigmento respiratorio de muchos
• El cobre se requiere para formar hemocianina (pigmento respiratorio de muchos
invertebrados acuátios.
• El cobalto forma parte de la vitamina B12.

• El litio actúa en la secreción de neurotransmisores.
• El yodo es necesario para formar la hormona
• El yodo es necesario para formar la hormona
tiroxina, que regula el metabolismo energético.
• El fluor se acumula en los huesos en forma de
fluoruro dándoles mayor resistencia

3.Los principios inmediatos o biomoléculas
• Los principios inmediatos o biomoléculas son cada una de las
sustancias que componen la materia viva, que se pueden separar
por métodos físicos sin que se alteren.
• Los tipos de biomoléculas son los siguientes:

4.El agua
La sustancia química más abundante en la materia viva es el agua.
Se encuentra de tres formas en la materia viva:

4.El agua
El agua metabólica es la que los
organismos obtienen del exterior o
a partir de otras biomoléculas a
través de reacciones bioquímicas.
través de reacciones bioquímicas.
Ejemplo: a partir de la oxidación
de la glucosa
● A temperatura ambiente es líquida
porque los electrones de los dos
hidrógenos están desplazados hacia el
átomo de oxígeno. Así las moléculas de
agua son dipolos. Entre ellos se
establecen fuerzas de atracción
establecen fuerzas de
(puentes de hidrógeno),
atracción
resultando
polímeros de 3, 4 y hasta 9 moléculas,
formando estructuras de tipo reticular.
Estas fuerzas hacen que el agua se
comporte como un líquido.
Las propiedades físicoquímicas del agua son consecuencia de su estructura química
y de ellas derivan sus funciones biológicas.

4.El agua
Propiedades físicoquímicas
● Elevada fuerza de cohesión entre las moléculas. Se da gracias a los
enlaces de hidrógeno.
Esto explica cómo la savia puede ascender por los tubos capilares de las
Esto explica cómo la savia puede ascender por los tubos capilares de las
plantas. Este fenómeno de capilaridad depende tanto de la cohesión de
las moléculas entre sí como de la adhesión

4.El agua
Elevada tensión superficial-
Su superficie opone gran resistencia a romperse por la elevada fuerza de
cohesión Este fenómeno hace que muchos organismos vivan asociados a
●
cohesión Este fenómeno hace que muchos organismos vivan asociados a
esta película superficial.

4.El agua
Elevado calor específico
Para aumentar la temperatura del agua se ha de calentar mucho más que
para conseguir la misma temperatura en otras sustancias. Gracias a ello
●
para conseguir la misma temperatura en otras sustancias. Gracias a ello
el agua es un buen estabilizador térmico del organismo frente a cambios
bruscos de la temperatura ambiente.

4.El agua
Elevado calor de vaporización
Para pasar de líquido a gas hace falta romper todos los puentes de
hidrógeno y se precisa mucha energía. Esto hace que el agua que se
●
hidrógeno y se precisa mucha energía. Esto hace que el agua que se
evapora sea una buena sustancia refrigerante (sudor).
Desde la prehistoria el
hombre ha utilizado el
barro para fabricar vasijas
de todo tipo: cántaros,
vasos, ollas, botijos, etc,
destinados, entre otras
cosas, aguardar el agua
y los alimentos. Un
ejemplo es el botijo.
Según lo define el
diccionario un botijo es
“una vasija de barro
“una vasija de barro
poroso utilizada para
refrescar agua”.
Su funcionamiento es
sencillo: el agua se filtra
por los poros de la arcilla
y en contacto con el
ambiente exterior se
evapora, produciendo un
enfriamiento. La clave del
enfriamiento está en la
evaporación del agua.

4.El agua
Densidad más alta en estado líquido
Esto explica que el hielo flote sobre el agua líquida y forma una capa
termoaislante que posibilita la vida bajo el hielo.
●
termoaislante que posibilita la vida bajo el hielo.
Cuando el agua se congela los puentes de hidrógeno se hacen permanentes
y el agua adopta una estructura cristalina que ocupa un mayor volumen que el
agua líquida, lo que explica la menor densidad del hielo con respecto al agua
líquida.

4.El agua
Elevado poder disolvente
El agua por su naturaleza dipolar posee una constante dieléctrica
elevada, y esto hace que al tener muchas moléculas dipolares, el agua
●
elevada, y esto hace que al tener muchas moléculas dipolares, el agua
sea el gran disolvente de compuestos iónicos y covalentes polares.

4.El agua
Bajo grado de ionización
De cada 10 millones de moléculas de agua solo una se encuentra ionizada.
●
De cada 10 millones de moléculas de agua solo una se encuentra ionizada.
Debido a estos bajos niveles de H+ y OH- si se le añade al agua un ácido o
una base, estos niveles varían bruscamente.

4.El agua
Funciones del agua en los seres vivos
Disolvente y de transporte
Es el medio de transporte de muchas sustancias y también el medio
donde ocurren casi todas las reacciones biológicas.
●
donde ocurren casi todas las reacciones biológicas.

4.El agua
Función bioquímica
Función bioquímica
Intervienen en numerosas
reacciones químicas, por
ejemplo en la hidrólisis (ruptura
de enlaces con intervención del
agua).
Función de amortiguador
mecánico.
●
●
mecánico.
Por ejemplo los vertebrados
tienen en las articulaciones
móviles bolsas de líquido
sinovial para evitar el rozamiento
de los huesos.

4.El agua
Función estructural
● Función estructural
El volumen y la forma de las células
que carecen de pared, se mantiene
gracias a la presión que ejerce el agua
interna.
Función termoreguladora
●
● Función termoreguladora
Los animales cuando sudan, expulsan
agua, la cual, al evaporarse, toma
calor del cuerpo y, como
consecuencia, este se enfría.
●

5.Las sales
La sales minerales se pueden encontrar
en los seres vivos de dos formas:
Sales minerales precipitadas
Forman estructuras sólidas, insolubles,
●
Forman estructuras sólidas, insolubles,
con función esquelética. Ejemplos:
carbonato cálcico, fosfato cálcico, sílice...
Sales minerales disueltas
Cuando se disuelven dan lugar a
cationes y aniones. Lo más importantes
son:
●
- Cationes: Na+, K+,Ca2+, Mg2+
Las utilizan para mantener constante el
grado de salinidad y el pH, este último
gracias al efecto de las disoluciones
tampón o amortiguadoras.
Funciones de las sales minerales:
- Catalítica: catalizan ciertas reacciones enzimáticas.
- Osmóticas: capacidad del movimiento del agua entre dos medios distintos separados por una membrana semipermeable.
- Tamponadora: capacidad para mantener el pH cte. dentro de ciertos límites. d
e
d
e
c
i
e
r
- Nutriente: principalmente en nutrición autótrofa.
- Cationes: Na+, K+,Ca2+, Mg2+
- Aniones: Cl-, SO4
2-, PO4
3-, CO3
2-, NO3-

6.Las disoluciones verdaderas
Los fluidos que hay en los seres vivos
contienen muchas moléculas dispersas
o solutos y un solo disolvente, el agua.
o solutos y un solo disolvente, el agua.
Los solutos pueden ser de baja masa
molecular o cristaloides (ej: cloruro
sódico o glucosa) o pueden ser de
elevada masa molecular, como los
coloides.
Las dispersiones de solutos de baja masa
Las dispersiones de solutos de baja masa
molecular se denominan disoluciones
verdades. Muy importantes porque
intervienen en la difusión, la ósmosis o en el
mantenimiento del pH.; aunque las más
frecuentes en los seres vivos son las
dispersiones coloidales.

Difusión
Fenómeno de repartición homogénea de las partículas de un fluido (gas
Propiedades de las dispersiones o disoluciones:
Fenómeno de repartición homogénea de las partículas de un fluido (gas
o líquido) en el seno de otro fluido al ponerlos en contacto.
Las moléculas de soluto se mueven desde una región donde hay muchas
moléculas (región más concentrada) a regiones donde hay menos moléculas
(región menos concentrada), hasta que la concentración sea la misma en
todas partes.

Ósmosis
Proceso que consiste en el paso del disolvente a través de una membrana
semipermeable (como las membranas celulares) que impide el paso de los
solutos entre dos disoluciones de concentración diferente, hasta alcanzar el
solutos entre dos disoluciones de concentración diferente, hasta alcanzar el
equilibrio (igualdad de concentraciones)
Aparece así un impulso de agua hacia la disolución más concentrada, que
recibe el nombre de presión osmótica.
Medios isotónicos: Son dos disoluciones que ejercen la
misma presión osmótica, por tener la misma
concentración de partículas, y que no se pueden difundir
a ambos lados de la membrana semipermeable.

Mantenimiento del pH
Todos los seres vivos mantienen constante el pH de su medio interno
gracias a las sales minerales disueltas, que forma las disoluciones
tampón o amortiguadoras, constituidos por un ácido débil y una sal del
tampón o amortiguadoras, constituidos por un ácido débil y una sal del
mismo ácido, que mantienen el pH constante por su tendencia a
combinarse con iones H+, pero si la concentración desciende,
comienzan a liberar iones H+.
La ionización del agua genera dos
iones de carga opuesta: H3O+ y
HO-. Habitualmente, los iones
H3O+ se representan con H+.
3
En el agua destilada la proporción
de moléculas ionizadas es muy
baja: A 25oC [H+]x [HO-] = 1 x 10-14
. A este producto se le denomina
producto iónico del agua.

SOLUCIONES TAMPÓN
SOLUCIONES TAMPÓN
(Comportamiento anfótero)

7.Dispersiones coloidales
Coloides
Las disoluciones de solutos de masa molecular elevada o coloides son
las dispersiones coloidales. Sus principales propiedades son:
Propiedades de las dispersiones coloidales:
las dispersiones coloidales. Sus principales propiedades son:
– Capacidad de presentarse en dos estados:
de gel (semisólido) o sol (líquido):

En la célula el ectoplasma presenta estado de gel (semisólido),
mientras que el endoplasma presenta estado de sol (líquido). El paso
del ectoplasma a estado de sol permite la emisión de pseudópodos y,
por tanto, el movimiento ameboide y la fagocitosis,

– Elevada viscosidad
La viscosidad es la resistencia interna
que presenta un líquido al movimiento
que presenta un líquido al movimiento
relativo de sus moléculas. Es debida a
las grandes moléculas que contienen.
– Poder adsorbente.
Adsorción es la atracción que ejerce la
superficie de un sólido sobre las
moléculas de un líquido o de un gas,
ejemplos biológicos de adsorción son
los contactos enzima-sustrato o
los contactos enzima-sustrato o
antígeno-anticuerpo.

– Efecto Thyndall
Fenómeno físico que consiste en la dispersión de la luz por las partículas de
un coloide. Esto permite distinguir una solución verdadera de una coloidal. Las
un coloide. Esto permite distinguir una solución verdadera de una coloidal. Las
partículas de la fase dispersa, debido a su tamaño, dispersan la luz cuando
ésta las atraviesa.

8.Técnicas para separar biomoléculas
Las principales técnicas utilizadas en
laboratorios de bioquímica y que dan
información sobre las moléculas orgánicas son
las siguientes:
Centrifugación
Permite separar por tamaños
las estructuras mediante
sedimentación al someterlas a
sedimentación al someterlas a
campos gravitatorios. Esto se
realiza en las centrífugas o
ultracentrífugas.

Diálisis
Proceso que permite separar sustancias de distinta masa molecular (coloides de
cristaloides- moléculas de bajo peso molecular-) a través de una membrana
cristaloides- moléculas de bajo peso molecular-) a través de una membrana
semipermeable desde la solución más concentrada a la más diluida.
Una aplicación es la hemodiálisis que separa la urea (un cristaloide) de la
sangre de individuos con insuficiencia renal sin alterar las proteínas de la
sangre (son coloides).

Cromatografía
Una mezcla de sustancias químicas se
separa debido al distinto grado de retención
separa debido al distinto grado de retención
sobre un medio fijo. Es necesario disolver la
mezcla de sustancias en un líquido (fase
móvil) y hacerla pasar a través de un medio
fijo (fase estacionaria).

Electroforesis
Mediante un campo eléctrico se separan partículas coloidales que se
transportan a través de un gel. La velocidad depende de la carga y de la
transportan a través de un gel. La velocidad depende de la carga y de la
masa.

Espectrofotometría
Es una técnica de análisis óptico. Cada
sustancia presenta un grado de absorción
sustancia presenta un grado de absorción
diferente según la longitud de onda utilizada, lo
cual permite reconocerla.
● El espectrofotómetro permite variar la longitud
de onda a utilizar y medir la cantidad de
radiación que ha atravesado una disolución.

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