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Biomoléculas Inorgánicas
            Apuntes 1ºBachillerato
                             Álvaro Peña
          Bioelementos, biomoléculas, agua y sales minerales.
                             22/03/2013
Departamento CCNN                                                 Colegio Brains


                      Índice: Biomoléculas Inorgánicas

  1) Bioelementos:
         Definición
         Clasificación:
           Mayoritarios:
                o Primarios
                o Secundarios
           Oligoelementos:
                o Esenciales
                o No esenciales
  2) Biomoléculas:
         Definición
         Clasificación:
            Orgánicas: (no están en este documento)
                o Glúcidos
                o Lípidos
                o Proteínas
                o Ácidos Nucleicos
            Inorgánicas:
                o Agua
                o Sales minerales
  3) Agua
         Características
         Propiedades
         Funciones
  4) Sales Minerales
         Definición
         Tipos:
            En estado sólido
            Disueltas
                o Funciones específicas
                o Funciones generales (homeostasis, ósmosis y regulación del pH)




                                      -1-
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Bioelementos y biomoléculas:

    Bioelemento: Elemento químico que forma un ser vivo.
    Clasificación: mayoritarios y oligoelementos
      Mayoritarios: en los seres vivos están en muy alto porcentaje. Ocupan el 99% de los
         bioelementos.
          o Primarios: C, H, O, P, N y S
          o Secundarios: Mg, Na, K…
      Oligoelementos: en los seres vivos están en muy alto porcentaje. Cada uno menos
         del 0,1%.
          o Esenciales: Fe, Mn…
          o No Esenciales: no existen en todos los seres vivos. Ejemplo: Al.
    Biomoléculas: Moléculas que forman parte de los seres vivos.
    Clasificación: orgánicas e inorgánicas
      Orgánicas: Sólo en seres vivos y formadas por cadenas de carbono.
          o Glúcidos
          o Lípidos
          o Proteínas
          o Ácidos Nucleicos
      Inorgánicas: También se encuentran en seres inanimados y no están formadas por
         cadenas de carbono.
          o Agua
          o Sales Minerales




                                            -2-
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El Agua

    El agua es la molécula más abundante en los seres vivos.
    Puede oscilar entre el 20% en tejidos óseos y hasta el 85% en las células cerebrales.
    Formas de obtención del agua:
      De forma exógena: a través de alimentos
      De forma endógena: a partir de reacciones metabólicas (Ej.: respiración celular)
    Características del agua:
      Composición: un átomo de oxígeno (O) y dos átomos de hidrógeno (H) se unen con
         un enlace covalente formando un ángulo de 104,5°.
      La molécula de agua es eléctricamente neutra y tiene átomos con diferentes valores
         de electronegatividad. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el de
         hidrógeno. Esto da lugar a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno y
         un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de hidrógeno. Este exceso de carga
         se denomina densidad de carga. Esta distribución espacial de cargas se define como
         momento dipolar, y da lugar a una molécula (con carga neta 0) en la que se establece
         un dipolo. Es decir, que adquiere un carácter polar.


                                                          104,5°




      Debido a su carácter polar, las moléculas de agua interaccionan entre sí mediante
       atracciones electrostáticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno. Cada
       átomo de oxígeno ejerce atracción sobre cada una de las cargas parciales positivas de
       los átomos de hidrógeno de otras moléculas. Pudiéndose formar así un total de
       cuatro enlaces de hidrógeno alrededor de una sola molécula de agua (uno en cada
       hidrógeno y dos en el oxígeno).




          A pesar de la relativa fragilidad de los Puentes de hidrógeno esto es explicar algunas
          de las propiedades más importantes del agua, como que sea un fluido a temperatura
          ambiente.


                                              -3-
Departamento CCNN                                                            Colegio Brains


   Propiedades del agua:
     Elevada cohesión molecular: la unión de las moléculas a través de los enlaces de
       hidrógeno permite al agua ser un fluido dentro de un amplio margen de
       temperatura. Es un líquido incompresible al mantener constante su volumen al
       aplicar fuertes presiones.
     Elevada tensión superficial: las moléculas de la superficie del agua experimentar
       fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esta superficie opone una gran
       resistencia a ser traspasada y origina una película superficial que actúa como una
       tensa membrana.




     Elevada fuerza de adhesión: las moléculas de agua se adhieren a las paredes de
      conductos con diámetros muy pequeños. Esto le permite ascender en contra de la
      acción de la gravedad. Este proceso se conoce con el nombre de capilaridad.




     Elevado calor latente: el agua debe absorber o ceder gran cantidad de calor para
       cambiar de estado físico. Este calor no produce alteración en la temperatura del
       agua. Nos referimos a esta propiedad del agua con el nombre de calor latente de
       fusión y calor latente de evaporación (ebullición).
     Elevado calor específico: el agua tiene la capacidad de absorber gran cantidad de
       calor sin elevar su temperatura, ya que parte de esa energía se utiliza para romper
       los puentes de hidrógeno que existen entre sus moléculas.
     Densidad: es máxima a 4° C. El agua en estado sólido flota sobre la que está en
       estado líquido. El agua en estado sólido aumenta su volumen y por tanto disminuye
       su densidad.
     Elevada constante dieléctrica: indica la tendencia del agua a oponerse a las
       atracciones electrostáticas entre iones positivos y negativos. Esto favorece la
       disolución de las redes cristalinas y la disociación de las sales en forma de aniones y
       cationes, los cuales se rodean de dipolos de agua que impiden su posterior unión.
       Este fenómeno se conoce como solvatación iónica.
     Bajo grado de ionificación: el agua líquida se disocia de sus iones en una porción muy
       pequeña, y esto hace que pueda comportarse como un ácido o como una base.
   Funciones del agua:
     Disolvente biológico: además de disociar compuestos iónicos, puede manifestar su
       acción como disolvente mediante puentes de hidrógeno con otras moléculas que
       contienen grupos polares como los alcoholes.



                                            -4-
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      Función de transporte: la elevada capacidad de disolvente permite al transporte de
       sustancias en el interior de los seres vivos, y su intercambio con el medio externo,
       eliminando desechos y aportando sustancias nutritivas. Gracias a la capilaridad se
       produce el ascenso de la savia bruta por el xilema o los vasos leñosos.
      Función metabólica: el agua constituye el medio en el que se realizan la mayoría de
       las reacciones bioquímicas. En algunas interviene de forma activa (como por ejemplo
       en la fotosíntesis cuando se realiza la hidrólisis).
      Función estructural: la elevada cohesión de las moléculas permite al agua dar
       volumen y consistencia a las células, turgencia a las plantas o actuar de esqueleto
       hidrostático en algunos invertebrados.
      Función mecánica amortiguadora: al ser un líquido incompresible participa en las
       articulaciones de los vertebrados formando parte del líquido sinovial.
      Función termorreguladora: su elevado calor específico permite mantener constante
       la temperatura de los seres vivos y su elevado calor de evaporización explica que un
       organismo al evaporar agua disminuya su temperatura.

Las Sales Minerales

    Son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos. Se pueden encontrar
    disueltas, en estado sólido (precipitadas) o asociadas a otras moléculas orgánicas. Por
    ejemplo el hierro asociado a la hemoglobina, el magnesio a la clorofila o el yodo a las
    hormonas tiroideas.
    Sales en estado sólido o precipitadas: en cada organismo se forman cristales de una o
    varias especies minerales. Los cristales más abundantes son de silicatos (Por ejemplo, en
    las espículas de algunas esponjas), de carbonatos (Por ejemplo, en huesos de
    vertebrados) y los fosfatos (Por ejemplo, en huesos de vertebrados).
    Sales minerales disueltas: son sales solubles en agua, disociadas en sus iones
    correspondientes y formando parte de los medios internos intracelulares y extracelulares.
    Los aniones que son más frecuentes son los cloruros (Cl-), los fosfatos (PO43-), los
    carbonatos (CO32-), los bicarbonatos (HCO3-) y los nitratos (NO3-). Los cationes más
    frecuentes son el sodio (Na2+), el calcio (Ca2+), el magnesio (Mg2+), el hierro (Fe2+ y Fe3+) y
    el potasio (K+).
    Funciones de las sales en disolución: algunas tienen funciones específicas, como por
    ejemplo, participar en la transmisión del impulso nervioso (sodio, potasio y cloro),
    transporte de oxígeno (hierro), fotólisis del agua (participa el ion manganeso (Mn2+)).
    Algunas funciones generales son participar en el mantenimiento de la homeostasis
    (equilibrio del medio interno).
      Funciones de la homeostasis:
          1. Mantener el grado de salinidad de los organismos.
          2. Regular la actividad enzimática, actuando como cofactores enzimáticos, como el
              Mg2+ que ayuda en la fotosíntesis.
          3. Generar potenciales eléctricos: a ambos lados de la membrana plasmática existe
              una diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribución de iones provoca
              la existencia de un “potencial de membrana”.
          4. Regulación de la presión osmótica y el volumen celular.


                                               -5-
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         La ósmosis es el paso de un disolvente a través de una membrana
          semipermeable (es decir, que permite el paso de disolventes pero no de
          solutos). El disolvente pasa de una disolución más diluida a otra disolución más
          concentrada. El agua es capaz de atravesar las membranas celulares, que son
          semipermeables. Esta capacidad depende de la diferencia de concentración
          entre los líquidos extracelulares e intracelulares y de la presencia de sales
          minerales y moléculas disueltas.
          Los medios acuosos con diferente concentración se denominan hipertónico (la
          concentración de solutos es mayor) o hipotónicos (la concentración de solutos
          es menor). Las moléculas de agua se difunden desde los medios hipotónicos
          hacia los medios hipertónicos, provocando un aumento de la presión sobre la
          membrana del compartimento hipotónico. Esta presión se denomina presión
          osmótica. Como consecuencia del proceso osmótico se puede alcanzar el
          equilibrio de concentraciones, es decir, que estas quedan igualadas a ambos
          lados de la membrana semipermeable. Cuando esto ocurre se dice que son
          medios isotónicos.
          Cuando el medio externo celular es hipertónico con respecto al interno, sale
          agua de la célula, disminuyendo el volumen celular y aumentando la presión
          osmótica del interior celular. La célula animal se deshidrata y muere; en la célula
          vegetal se desprende membrana plasmática de la pared, produciéndose la
          plasmólisis o muerte celular.
          Cuando el medio externo celular es hipotónico con respecto al medio interno, se
          produce la entrada de agua hacia el interior, lo que ocasiona un aumento del
          volumen celular y una disminución de la presión osmótica del interior celular. En
          el caso de células animales se produce el estallido o lisis celular (hemólisis en
          glóbulos rojos). En las células vegetales, no se produce el estallido, en su lugar se
          produce la turgencia celular (la célula vegetal se hincha pero no llega a explotar
          por la pared celular).




     Función de regulación del pH:
      Se denominan sistemas tampón a las disoluciones que mantienen el pH constante
      cuando se les añade un ácido o una base. Por ejemplo el sistema tampón
      bicarbonato (que regula el pH de la sangre) o el sistema tampón fosfato (que regula
      el pH del interior celular).




                                            -6-

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1. las biomoléculas inorgánicas

  • 1. COLEGIO BRAINS Biomoléculas Inorgánicas Apuntes 1ºBachillerato Álvaro Peña Bioelementos, biomoléculas, agua y sales minerales. 22/03/2013
  • 2. Departamento CCNN Colegio Brains Índice: Biomoléculas Inorgánicas 1) Bioelementos: Definición Clasificación:  Mayoritarios: o Primarios o Secundarios  Oligoelementos: o Esenciales o No esenciales 2) Biomoléculas: Definición Clasificación:  Orgánicas: (no están en este documento) o Glúcidos o Lípidos o Proteínas o Ácidos Nucleicos  Inorgánicas: o Agua o Sales minerales 3) Agua Características Propiedades Funciones 4) Sales Minerales Definición Tipos:  En estado sólido  Disueltas o Funciones específicas o Funciones generales (homeostasis, ósmosis y regulación del pH) -1-
  • 3. Departamento CCNN Colegio Brains Bioelementos y biomoléculas: Bioelemento: Elemento químico que forma un ser vivo. Clasificación: mayoritarios y oligoelementos  Mayoritarios: en los seres vivos están en muy alto porcentaje. Ocupan el 99% de los bioelementos. o Primarios: C, H, O, P, N y S o Secundarios: Mg, Na, K…  Oligoelementos: en los seres vivos están en muy alto porcentaje. Cada uno menos del 0,1%. o Esenciales: Fe, Mn… o No Esenciales: no existen en todos los seres vivos. Ejemplo: Al. Biomoléculas: Moléculas que forman parte de los seres vivos. Clasificación: orgánicas e inorgánicas  Orgánicas: Sólo en seres vivos y formadas por cadenas de carbono. o Glúcidos o Lípidos o Proteínas o Ácidos Nucleicos  Inorgánicas: También se encuentran en seres inanimados y no están formadas por cadenas de carbono. o Agua o Sales Minerales -2-
  • 4. Departamento CCNN Colegio Brains El Agua El agua es la molécula más abundante en los seres vivos. Puede oscilar entre el 20% en tejidos óseos y hasta el 85% en las células cerebrales. Formas de obtención del agua:  De forma exógena: a través de alimentos  De forma endógena: a partir de reacciones metabólicas (Ej.: respiración celular) Características del agua:  Composición: un átomo de oxígeno (O) y dos átomos de hidrógeno (H) se unen con un enlace covalente formando un ángulo de 104,5°.  La molécula de agua es eléctricamente neutra y tiene átomos con diferentes valores de electronegatividad. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno. Esto da lugar a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno y un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de hidrógeno. Este exceso de carga se denomina densidad de carga. Esta distribución espacial de cargas se define como momento dipolar, y da lugar a una molécula (con carga neta 0) en la que se establece un dipolo. Es decir, que adquiere un carácter polar. 104,5°  Debido a su carácter polar, las moléculas de agua interaccionan entre sí mediante atracciones electrostáticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno. Cada átomo de oxígeno ejerce atracción sobre cada una de las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas. Pudiéndose formar así un total de cuatro enlaces de hidrógeno alrededor de una sola molécula de agua (uno en cada hidrógeno y dos en el oxígeno). A pesar de la relativa fragilidad de los Puentes de hidrógeno esto es explicar algunas de las propiedades más importantes del agua, como que sea un fluido a temperatura ambiente. -3-
  • 5. Departamento CCNN Colegio Brains Propiedades del agua:  Elevada cohesión molecular: la unión de las moléculas a través de los enlaces de hidrógeno permite al agua ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura. Es un líquido incompresible al mantener constante su volumen al aplicar fuertes presiones.  Elevada tensión superficial: las moléculas de la superficie del agua experimentar fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esta superficie opone una gran resistencia a ser traspasada y origina una película superficial que actúa como una tensa membrana.  Elevada fuerza de adhesión: las moléculas de agua se adhieren a las paredes de conductos con diámetros muy pequeños. Esto le permite ascender en contra de la acción de la gravedad. Este proceso se conoce con el nombre de capilaridad.  Elevado calor latente: el agua debe absorber o ceder gran cantidad de calor para cambiar de estado físico. Este calor no produce alteración en la temperatura del agua. Nos referimos a esta propiedad del agua con el nombre de calor latente de fusión y calor latente de evaporación (ebullición).  Elevado calor específico: el agua tiene la capacidad de absorber gran cantidad de calor sin elevar su temperatura, ya que parte de esa energía se utiliza para romper los puentes de hidrógeno que existen entre sus moléculas.  Densidad: es máxima a 4° C. El agua en estado sólido flota sobre la que está en estado líquido. El agua en estado sólido aumenta su volumen y por tanto disminuye su densidad.  Elevada constante dieléctrica: indica la tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas entre iones positivos y negativos. Esto favorece la disolución de las redes cristalinas y la disociación de las sales en forma de aniones y cationes, los cuales se rodean de dipolos de agua que impiden su posterior unión. Este fenómeno se conoce como solvatación iónica.  Bajo grado de ionificación: el agua líquida se disocia de sus iones en una porción muy pequeña, y esto hace que pueda comportarse como un ácido o como una base. Funciones del agua:  Disolvente biológico: además de disociar compuestos iónicos, puede manifestar su acción como disolvente mediante puentes de hidrógeno con otras moléculas que contienen grupos polares como los alcoholes. -4-
  • 6. Departamento CCNN Colegio Brains  Función de transporte: la elevada capacidad de disolvente permite al transporte de sustancias en el interior de los seres vivos, y su intercambio con el medio externo, eliminando desechos y aportando sustancias nutritivas. Gracias a la capilaridad se produce el ascenso de la savia bruta por el xilema o los vasos leñosos.  Función metabólica: el agua constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas. En algunas interviene de forma activa (como por ejemplo en la fotosíntesis cuando se realiza la hidrólisis).  Función estructural: la elevada cohesión de las moléculas permite al agua dar volumen y consistencia a las células, turgencia a las plantas o actuar de esqueleto hidrostático en algunos invertebrados.  Función mecánica amortiguadora: al ser un líquido incompresible participa en las articulaciones de los vertebrados formando parte del líquido sinovial.  Función termorreguladora: su elevado calor específico permite mantener constante la temperatura de los seres vivos y su elevado calor de evaporización explica que un organismo al evaporar agua disminuya su temperatura. Las Sales Minerales Son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos. Se pueden encontrar disueltas, en estado sólido (precipitadas) o asociadas a otras moléculas orgánicas. Por ejemplo el hierro asociado a la hemoglobina, el magnesio a la clorofila o el yodo a las hormonas tiroideas. Sales en estado sólido o precipitadas: en cada organismo se forman cristales de una o varias especies minerales. Los cristales más abundantes son de silicatos (Por ejemplo, en las espículas de algunas esponjas), de carbonatos (Por ejemplo, en huesos de vertebrados) y los fosfatos (Por ejemplo, en huesos de vertebrados). Sales minerales disueltas: son sales solubles en agua, disociadas en sus iones correspondientes y formando parte de los medios internos intracelulares y extracelulares. Los aniones que son más frecuentes son los cloruros (Cl-), los fosfatos (PO43-), los carbonatos (CO32-), los bicarbonatos (HCO3-) y los nitratos (NO3-). Los cationes más frecuentes son el sodio (Na2+), el calcio (Ca2+), el magnesio (Mg2+), el hierro (Fe2+ y Fe3+) y el potasio (K+). Funciones de las sales en disolución: algunas tienen funciones específicas, como por ejemplo, participar en la transmisión del impulso nervioso (sodio, potasio y cloro), transporte de oxígeno (hierro), fotólisis del agua (participa el ion manganeso (Mn2+)). Algunas funciones generales son participar en el mantenimiento de la homeostasis (equilibrio del medio interno).  Funciones de la homeostasis: 1. Mantener el grado de salinidad de los organismos. 2. Regular la actividad enzimática, actuando como cofactores enzimáticos, como el Mg2+ que ayuda en la fotosíntesis. 3. Generar potenciales eléctricos: a ambos lados de la membrana plasmática existe una diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribución de iones provoca la existencia de un “potencial de membrana”. 4. Regulación de la presión osmótica y el volumen celular. -5-
  • 7. Departamento CCNN Colegio Brains  La ósmosis es el paso de un disolvente a través de una membrana semipermeable (es decir, que permite el paso de disolventes pero no de solutos). El disolvente pasa de una disolución más diluida a otra disolución más concentrada. El agua es capaz de atravesar las membranas celulares, que son semipermeables. Esta capacidad depende de la diferencia de concentración entre los líquidos extracelulares e intracelulares y de la presencia de sales minerales y moléculas disueltas. Los medios acuosos con diferente concentración se denominan hipertónico (la concentración de solutos es mayor) o hipotónicos (la concentración de solutos es menor). Las moléculas de agua se difunden desde los medios hipotónicos hacia los medios hipertónicos, provocando un aumento de la presión sobre la membrana del compartimento hipotónico. Esta presión se denomina presión osmótica. Como consecuencia del proceso osmótico se puede alcanzar el equilibrio de concentraciones, es decir, que estas quedan igualadas a ambos lados de la membrana semipermeable. Cuando esto ocurre se dice que son medios isotónicos. Cuando el medio externo celular es hipertónico con respecto al interno, sale agua de la célula, disminuyendo el volumen celular y aumentando la presión osmótica del interior celular. La célula animal se deshidrata y muere; en la célula vegetal se desprende membrana plasmática de la pared, produciéndose la plasmólisis o muerte celular. Cuando el medio externo celular es hipotónico con respecto al medio interno, se produce la entrada de agua hacia el interior, lo que ocasiona un aumento del volumen celular y una disminución de la presión osmótica del interior celular. En el caso de células animales se produce el estallido o lisis celular (hemólisis en glóbulos rojos). En las células vegetales, no se produce el estallido, en su lugar se produce la turgencia celular (la célula vegetal se hincha pero no llega a explotar por la pared celular).  Función de regulación del pH: Se denominan sistemas tampón a las disoluciones que mantienen el pH constante cuando se les añade un ácido o una base. Por ejemplo el sistema tampón bicarbonato (que regula el pH de la sangre) o el sistema tampón fosfato (que regula el pH del interior celular). -6-