1.
TEMA 1TEMA 1
BIOELEMENTOS YBIOELEMENTOS Y
BIOMOLECULAS. AGUA YBIOMOLECULAS. AGUA Y
SALES MINERALESSALES MINERALES

2.
1.1 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
1.1
1.1 BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
1. 1 BIOELEMENTOS
LOS BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGÉNICOS son los
elementos que forman parte de los seres vivos
De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos
De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos

3.
Estos bioelementos no son especiales ni exclusivos de los seres
vivos
Los bioelementos mayoritarios no coinciden con los elementos
químicos más abundantes en la corteza terrestre

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5.
Estos bioelementos son los mayoritarios ya que:
• Capas electrónicas incompletas enlaces covalentes
fácilmente
• Poseen un número atómico bajo enlaces muy estables
• Forman enlaces polares ( oxígeno y nitrógeno son muy
electronegativos)  moléculas polares solubles en agua
• En el medio ambiente estos elementos forman moléculas
sencillas fácilmente incorporables

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Dentro de los bioelementos destaca el carbono que
• Tiene valencia 4 , puede formar cuatro enlaces
• Puede formar fácilmente enlaces consigo mismo y con otro
elementos formando grandes cadenas
Atendiendo a su abundancia se pueden clasificar en:
a) Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media
del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno,
nitrógeno, fósforo y azufre.

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b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción
próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro,
desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular.
c) Oligoelementos, micro constituyentes, o elementos vestigiales,
que aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,1%
siendo también esenciales para la vida: hierro, manganeso, cobre,
zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cobalto, selenio,
molibdeno y estaño. Aún participando en cantidades
infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su
carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.

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Entre las funciones que desempeñan algunos de estos elementos,
podemos destacar las siguientes:
El hierro es fundamental para la síntesis de clorofila; interviene en los
procesos de transporte electrónico en la respiración y la fotosíntesis y
forma parte de proteínas como la hemoglobina – pigmento rojo de los
hematíes – que actúa como transportador de oxígeno.
El manganeso es un activador de muchas enzimas; interviene en la
fotólisis del agua durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.
El cobalto forma parte de la vitamina B12 necesaria para la síntesis de
la hemoglobina. También es necesario para los microorganismos
fijadores del nitrógeno y para muchos otros.
El zinc es un componente esencial de un centenar de
enzimas diferentes, como las polimerasas del DNA y del RNA y otras
que catalizan procesos de oxidación – reducción
El cobre forma parte (junto con el hierro) de una enzima, la
citocromooxidasa que interviene en el transporte de electrones en la
respiración

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1.2 Biomoléculas
Los elementos biogénicos se unen por enlaces químicos para formar
las moléculas constituyentes de los organismos vivos que reciben el
nombre de biomoléculas o principios inmediatos
Estas biomoléculas se pueden clasificar por su estructura química en:
a) Inorgánicas: no presentan enlaces C-H y se pueden presentar fuera
de los seres vivos. Agua y sales minerales
b) Orgánicos: presentan enlaces C- H y sólo se presentan en los seres
vivos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

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1.3 El agua
Es la molécula más abundante de la materia viva
entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las
formas vivas es agua.
El papel primordial del agua en
el metabolismo de los seres
vivos se debe sus propiedades
físicas y químicas, derivadas de
la estructura molecular.

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El contenido varia de una especie a otra; también es función
de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la
edad) y el tipo de tejido.

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El agua se encuentra en la materia viva en tres formas:
1. Como agua circulante, por ejemplo, en la sangre, en la savia, etc. Se encarga
principalmente del transporte de sustancias.
2. Como agua intersticial, entre las células, a veces fuertemente adherida a la
sustancia intercelular (agua de imbibición), como sucede en el tejido
conjuntivo.
3. Como agua intracelular, en el citosol y en el interior de los orgánulos
celulares.
En los seres humanos, el agua circulante supone el 8 % de su peso, el agua intersticial
el 15 %, y el agua intracelular el 40 %
Agua
intersticial

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1.3.1 ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA
La molécula del
agua está formada
por dos átomos de
hidrógeno y un
átomo de oxigeno
unidos por
enlaces covalente
simples

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Es una molécula eléctricamente
neutra aunque sus átomos tienen
diferentes valores de
electronegatividad o capacidad de
atraer electrones. El átomo de
oxígeno es más electronegativo que
el del hidrógeno por ello los
electrones están desplazados hacia
el oxígeno.
Este desplazamiento da lugar a un exceso de carga negativa sobre el
oxígeno y un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de
hidrógeno. Da lugar a lo que se conoce como momento dipolar y da
lugar a un dipolo, es decir adquiere carácter polar

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Debido a su carácter polar , las
moléculas de agua pueden
interaccionar entre sí , mediante
atracciones electrostáticas
estableciendo enlaces o puentes de
hidrógeno.
Cada molécula puede formar hasta 4 enlaces de hidrógeno; que
le da una estructura al agua que nos permite explicar sus
propiedades

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1.3.2 PROPIEDADES DEL AGUA
a) Elevada constante dieléctrica
Debido a la polaridad de su molécula , el agua se puede interponer
entre los iones de las redes cristalinas de los compuestos
iónicos, lo que origina una disminución importante de la
atracción entre ellas, provocando su separación y en definitiva
su disolución. Cada ión queda rodeado por moléculas de agua
que impiden que vuelvan a unirse (solvatación)

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b) Elevada fuerza de cohesión:
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua
fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la
convierte en un líquido casi incompresible ( volumen no
disminuye aunque se apliquen presiones altas) .
c) Elevada fuerza de adhesión
Debido a su polaridad y a la elevada cohesión , las moléculas de agua
tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos muy
pequeños, ascendiendo en contra de la gravedad

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Este fenómeno se conoce con
el nombre de capilaridad
d) Elevada tensión superficial
Las moléculas de la superficie del agua
experimentan fuerzas de atracción netas
hacia el interior del líquido. Esto
favorece que dicha superficie oponga
una gran resistencia a ser traspasada, se
comporta como una membrana elástica
densa

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e) Elevado calor específico
Para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es
necesario comunicarle mucha energía para poder romper los
puentes de Hidrógeno que se generan entre las moléculas.
El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" por lo que la
temperatura se eleva muy lentamente.
f) Elevado calor latente: las moléculas de agua han de absorber o
ceder gran cantidad de calor para cambiar de estado físico

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g) Elevado calor de vaporización
También los p.de h. son los responsables de esta propiedad. Para
evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y
posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente
energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa.
Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una
temperatura de 20: C.
h) Densidad máxima a 4ºC: en estado líquido ya que por los
puentes de hidrógeno se forma una red que ocupa mayor volumen.
Esta propiedad permite la vida en climas polares

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i) Bajo grado de ionización
En el agua existe una pequeñísima cantidad ( 1 de 10 millones) de
moléculas ionizadas
el producto iónico del agua a 25: es
el producto iónico del agua a 25: es
.
Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la
concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma,
significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7..

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Para simplificar los cálculos se definió el pH como el logaritmo
cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según
ésto:
disolución neutra pH = 7
disolución ácida pH < 7
disolución básica pH > 7

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1.3.3 FUNCIONES DEL AGUA
a) Principal disolvente biológico
El agua además de disociar compuestos iónicos también puede
formar puentes de hidrógeno con otras moléculas no iónicas pero
que tienen grupos polares ( grupos alcohol, aldehídos o cetonas)
y causar así mismo su disolución

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b) Función metabólica: el agua constituye el medio en el que se
realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas . Interviene en
forma activa en las reacciones de hidrólisis. En el proceso de
fotosíntesis aporta protones y electrones imprescindibles para la
síntesis de moléculas orgánicas
c) Función estructural: La elevada cohesión de las moléculas
permite al agua dar volumen a las células , turgencia a las plantas
e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales
invertebrados. También explica las deformaciones citoplasmáticas
que ocurren en algunas células

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e) Función de transporte: Debido al poder disolvente permite el
transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con
el medio externo. La capilaridad contribuye a la ascensión de la
savia bruta
g) Función termorreguladora: Permite mantener constante la
temperatura interna de los seres vivos por ejemplo con el
mecanismo de sudoración o con la transpiración
h) Permite la vida acuática en climas fríos, ya que el hielo al
flotar protege de los efectos térmicos del exterior al agua
líquida que queda debajo
d) Función mecánica amortiguadora debido a
que es un líquido incompresible ,. En las
articulaciones constituye el líquido sinovial

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• Elevada cohesiónElevada cohesión
molecularmolecular
– Da volumen a las células.Da volumen a las células.
– Turgencia en las plantas.Turgencia en las plantas.
– Esqueleto hidrostático.Esqueleto hidrostático.
– DeformacionesDeformaciones
citoplasmáticas.citoplasmáticas.
– Amortiguación enAmortiguación en
articulaciones.articulaciones.
• Elevada tensiónElevada tensión
superficialsuperficial
– Desplazamiento de algunosDesplazamiento de algunos
organismos sobre el agua.organismos sobre el agua.
• Elevada fuerza deElevada fuerza de
adhesiónadhesión
– Ascensión de la savia brutaAscensión de la savia bruta
por capilaridad.por capilaridad.
• Elevado calor latente yElevado calor latente y
especificoespecifico
– El agua puede absorber muchoEl agua puede absorber mucho
calor.calor.
– Funcion termorreguladora.Funcion termorreguladora.
• Elevado calor deElevado calor de
vaporizaciónvaporización
– Al evaporarse, absorbe el calorAl evaporarse, absorbe el calor
del organismo.del organismo.
– Funcion termorreguladora.Funcion termorreguladora.
• Densidad máxima a 4 ºCDensidad máxima a 4 ºC
– Permite la vida bajo el hielo.Permite la vida bajo el hielo.
• Elevada constanteElevada constante
dieléctricadieléctrica
– Solvatación iónica.Solvatación iónica.
– Elevada capacidad disolvente.Elevada capacidad disolvente.
– Transporte de sustancias.Transporte de sustancias.
– Medio de reacción.Medio de reacción.
• Bajo grado de ionizacionBajo grado de ionizacion
– Las disoluciones acuosasLas disoluciones acuosas
pueden tener distintos grados depueden tener distintos grados de
pH:pH:
- Acidas.Acidas.
- Neutras.Neutras.
- Básicas.Básicas.
PROPIEDADES DEL AGUA- CONSECUENCIAS EN LOS ORGANISMOSPROPIEDADES DEL AGUA- CONSECUENCIAS EN LOS ORGANISMOS

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1.4 SALES MINERALES
Son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres
vivos que se encuentran disueltas o en estado sólido
1.-Disueltas
Se encuentran disociadas en sus iones (cationes y
aniones ) que son los responsables de su actividad
biológica. Forman parte de los medios internos
intracelulares y extracelulares
Los aniones más frecuentes son los cloruros (Cl-
), los
fosfatos (PO43
-
), los carbonatos (CO3
-
) , los
bicarbonatos (HCO3
-
)
Los cationes más abundantes son el Na+
, Ca2+
, Mg2+
,
Fe2+
, Fe3+
,
Pueden asociarse con moléculas orgánicas como lípidos,
proteínas o glúcidos

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Desempeñan las siguientes funciones
a) generales:
1. Mantener el grado de salinidad en los organismos
2. Regular la actividad enzimática: los cationes
metálicos como Zn2+
, Ca2+
, Fe2+
, o Mg2+
3. Regular la presión osmótica y el volumen celular: la
presencia de sales es determinante para que se
produzca la entrada o salida de agua a través de la
membrana (ósmosis)
4. Estabilizar las dispersiones coloidales
5. Generar potenciales eléctricos

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6.- Regulación del pH mediante mecanismos que se
denominan sistemas amortiguadores o sistemas tampón
. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y
también por el monofosfato-bifosfato
El tampón bicarbonato es común en los líquidos
extracelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4,
gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido
carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y
agua.
El tampón fosfato es la otra solución tampón, formada por el
ión PO3-4 y H3PO4, y es más común en los medios
intracelulares.

30.
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b) Funciones específicas como intervenir en la contracción
muscular (Ca2+) transporte de oxígeno (Fe2+)
2.- sólidas
Forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén o
protectora, como :
Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos :
fosfatos, cloruros, y carbonatos de calcio
Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.
Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas
(impregnación con sílice).
Otolitos del oído interno,formados por cristales de carbonato

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1.5 ÓSMOSIS
La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión
de un disolvente a través de una membrana semipermeable ( permite
el paso de disolventes pero no de solutos) desde una disolución más
diluida a otras más concentrada
La membrana celular es una membrana semipermeable que permite el
paso del agua desde un medio hipotónico ( concentración baja de
solutos) hacia un medio hipertónico ( concentración alta de solutos)

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Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria
para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable
El paso de agua continua hasta que las disoluciones se vuelven
isotónicas
Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos,
se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se
originan pérdida de agua y deshidratación como consecuencia
disminución del volumen celular y aumento de la presión osmótica en
el interior de la célula.
En células vegetales se produce la
rotura de la célula o plasmólisis al
desprenderse la membrana de la
pared celular

36.
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Cuando el medio externo es hipotónico se produce entrada de agua
hacia el interior de la célula aumentando el volumen celular y
disminuyendo la presión osmótica
En el caso de células animales puede producirse estallido celular o
hemólisis. En células vegetales de paredes rígidas se produce
turgencia celular

37.
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Todos los seres vivos están obligados a regular laTodos los seres vivos están obligados a regular la
presión osmótica.presión osmótica.
Los distintos grupos han desarrollado estrategiasLos distintos grupos han desarrollado estrategias
diferentes.diferentes.

38.
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1.6 CARÁCTER COLOIDAL DE LAS DISOLUCIONES
CELULARES
En LA MATERIA viva podemos encontrar disoluciones verdaderas
que contiene moléculas de soluto de pequeño tamaño como
azúcares, sales minerales o aminoácidos. Pero también podemos
encontrar disoluciones coloidales que contienen grandes moléculas
como polisacáridos, proteínas lípidos o ácidos nucleicos. A pesar
de su elevada masa molecular las dispersiones coloidales son
estables y las partículas coloidales no sedimentan
Las partículas suelen unirse formando agregados moleculares que
reciben el nombre de micelas ( de muy variada composición)
Cuando las micelas son líquidas e inmiscibles con el disolvente la
dispersión coloidal recibe el nombre de emulsión

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Soluto o
fase dispersa
Disolvente o
fase dispersante
DISOLUCIÓN VERDADERA DISPERSIÓN COLOIDAL
∅ < 10-7
cm 10-7
< ∅ <2 •
10 -5
cm
Las dispersiones coloidales pueden presentar dos estados físicos:
ESTADO DE SOL ESTADO DE GELMoléculas
de soluto
Fase
dispersante
líquida
Moléculas de
disolvente entre
las de soluto

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Todas estas dispersiones coloidales pueden presentar dos estados
físicos:
a) SOL: Tiene aspecto líquido, ya que las moléculas de soluto están
en menor cantidad que las del disolvente
b) GEL: Tiene aspecto semisólido y gelatinoso. Las moléculas de
disolvente están atrapadas entre las del soluto que forma una red que
impide que el disolvente fluya por lo que el gel se comporta como
un sólido blando y fácil de deformar

41.
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En las células los estados de sol y gel se alternan según las variaciones
de concentración de las partículas coloidales. Influyen las variaciones de
temperatura, pH o presión. A veces ese paso de gel a sol o viceversa es
irreversible.
Diálisis: es el proceso de separación de las moléculas que integran una
dispersión coloidal en función de su tamaño a través de una membrana
semipermeable

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