Bioelementos

1. TEMA 1TEMA 1
Bioelementos, agua y sales minerales

2. Bioelementos

3. Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen la materia
viva. Se pueden clasificar en dos grupos: los bioelementos primarios y los
bioelementos secundarios.
Los bioelementos primarios. Se llaman primarios porque son indispensables
para la formación de las biomoléculas orgánicas (glúcidos. lípidos, proteínas
y ácidos nucleicos).
Son un grupo de seis elementos, que constituyen el 96,2 % del Total de la
materia viva. Son el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrogeno (H), elSon el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrogeno (H), el
nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S).nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). CHONPSCHONPS
Bioelementos

4. Los bioelementos secundarios: Son todos los bioelementos restantes. En
este grupo se pueden distinguir dos tipos:
•Los indispensables, no pueden faltar porque son imprescindibles para la vida
de la célula, y que, en mayor o menor proporción, se encuentran en todos los
seres vivos. Son bioelementos secundarios indispensables el calcio (Ca), el
sodio (Na), el potasio (K), el magnesio (Mg), el cloro (Cl), el hierro (Ee), el
silicio (Si), el cobre (Cu), el manganeso (Mn), el boro (B), el flúor (F) y el
yodo (I).
•Los variables, que son los que si pueden faltar en algunos organismos. Son
bioelementos secundarios variables, por ejemplo, el bromo (Br), el cinc (Zn),
el titanio (Ti), el vanadio (V), y el plomo (Pb).
Los que se encuentran en proporciones inferiores al 0.1 % se denominan
oligoelementos

6. El carbono
1. Tiene cuatro electrones en su periferia y puede formar enlaces covalentes
estables con otros carbonos.
2. Puede constituir largas cadenas de átomos (macromoléculas).
3. Los enlaces pueden ser simples (C—C), dobles (C=C) o triples (C C), Puede unirse≡
a otros elementos (-H, =0, -OH, -NH2. -SH, -H2PO4, etc.), formando un gran
número de moléculas diferentes, que posibilitan una gran variabilidad de
reacciones químicas.
4. Por otro lado, los cuatro enlaces covalentes forman un tetraedro imaginario. Esto
permite la formación de estructuras tridimensionales que permiten forman
grandes macromoléculas. Los enlaces de carbono son lo suficientemente fuerte
para ser estable, pero no tanto como para impedir que se rompan.

9. El azufre
Básicamente se encuentra en forma de radical sulfhidrilo (—SH) en determinados
aminoácidos. Estos radicales permiten establecer, entre dos aminoácidos próximos,
unos enlaces covalentes fuertes denominados puentes disulfuro (-S-S-), que
mantienen la estructura de las proteínas.

10. El fósforo
Este elemento permite establecer enlaces
ricos en energía. Al romperse el enlace que
une dos grupos fosfato generalmente de una
molécula de ATP, se libera al organismo la
energía contenida (respiración).
Además, el fósforo interviene en la
constitución de los ácidos nucleicos (ADN y
ARN).

11. Los bioelementos secundarios
Se puede distinguir entre los que son abundantes y los oligoelementos.
Los más abundantes son el Na, K, Mg, Cl y Ca.
Sus funciones son:
1.Los iones Na+, K+ y Cl-, que son los iones más abundantes en los medios
internos y en el interior de las células, intervienen en el mantenimiento del
grado de salinidad.

12. El magnesio es un componente de
muchas enzimas y del pigmento
clorofila.
El calcio, en forma de carbonato (CaCO3), da
lugar a los caparazones de los moluscos y a los
esqueletos de otros muchos animales.
El ión (Ca2+), actúa en a contracción
muscular.

13. El hierro es necesario para
sintetizar la hemoglobina de la
sangre (transportador de
moléculas de oxígeno)
El cobre se requiere para formar la
hemocianina, pigmento respiratorio de
muchos invertebrados acuáticos.

14. El cobalto hace falta para sintetizar
la vitamina B12 (mantiene el
sistema nervioso).
El litio actúa incrementando la secreción de
los neurotransmisores y favorece la
estabilidad del estado de ánimo en
enfermos de depresiones.

15. El yodo es necesario para formar la
hormona tiroidea, responsable del ritmo del
metabolismo energético. Su falta provoca el
bocio.
El flúor se encuentra en el esmalte de los
dientes y en los huesos. Su carencia
favorece la caries de los dientes.

17. El agua
El agua es la sustancia química más abundante en la materia viva.
La cantidad presente en un organismo depende de la especie, de la edad del
individuo y del órgano.

19. 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.
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

22. Propiedades del aguaPropiedades del agua
1. Elevada fuerza de cohesión y capilaridad.
2. Elevada tensión superficial
3. Elevado calor específico.
4. Elevado calor de vaporización.
5. Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido
6. Elevado poder disolvente.
7. Bajo grado de ionización.

23. 1.- Elevada fuerza de cohesiónElevada fuerza de cohesión entre sus moléculas, debida a los
puentes de hidrógeno Ello explica que el agua sea un líquido prácticamente
incompresible, idóneo para dar volumen a las células, provocar la turgencia
de las plantas, constituir el esqueleto hidrostático de anélidos y celentéreos,
etc.

24. Elevada fuerza de adhesión (capilaridad).(capilaridad). El fenómeno de la capilaridad
depende tanto de la adhesión de las moléculas de agua a las paredes de los
conductos como de la cohesión de las moléculas de agua entre sí. Esta
propiedad explica, por ejemplo, que la savia bruta ascienda por los tubos
capilares

25. 2.- Elevada tensión superficial,2.- Elevada tensión superficial, es decir, que su superficie opone una gran
resistencia a romperse, debido a la cohesión de sus moléculas. Esto permite
que muchos organismos vivan asociados a esa película superficial y que se
desplacen sobre ella.

26. 3.- Elevado calor específico3.- Elevado calor específico (amortiguador térmico)
•El agua puede absorber grandes cantidades de calor, mientras que,
proporcionalmente, su temperatura sólo se eleva ligeramente.
•El agua se convierte en estabilizador térmico del organismo frente a los
cambios bruscos de temperatura del ambiente.
•Esta propiedad permite que el contenido acuoso de las células sirva de
protección a las sensibles moléculas orgánicas ante los cambios bruscos de
temperatura.

27. 4.- Elevado calor de vaporización4.- Elevado calor de vaporización.
Los seres vivos utilizan esta propiedad
para refrescarse al evaporarse el sudor.
El jadeo de los animales es
otra forma de refrescarse

28. 5.- Mayor densidad en estado líquido
que en estado sólido. Ello explica que el
hielo flote en el agua y que forme una
capa superficial termoaislante que
permite la vida, bajo ella, en ríos, mares y
lagos. Si el hielo fuera más denso que el
agua, acabaría helándose toda el agua.
Esto se explica por que los puentes de
hidrógeno “congelados” mantienen las
moléculas más separadas que en el
estado líquido.

29. 6. Elevado poder disolvente de las sustancias.6. Elevado poder disolvente de las sustancias. El agua es básica para
la vida, ya que prácticamente todas las reacciones biológicas tienen lugar
en el medio acuoso.

30. 7.- Bajo grado de ionización7.- Bajo grado de ionización.. De cada 10.000.000 de moléculas de
agua, sólo una se encuentra ionizada:
Por eso, la concentración de iones hidrógeno (H+
) e hidroxilo (OH-
) si
añadimos al agua un ácido (H+
) o una base (OH-
) cambiará bruscamente.

31. Por lo tanto la acidez o alcalinidad del medio interno de un organismo
dependerá de la proporción en que se encuentren los dos iones. Así será:
•Neutro cuando [H+
]=[OH-
]
•Ácido cuando [H+
]>[OH-
]
•Alcalino cuando [H+
]<[OH-
].
Para que los fenómenos vitales puedan
desarrollarse con normalidad es necesario
que la concentración de H+, que se
expresa en valores de pH sea más o
menos constante y próxima a la
neutralidad, es decir, pH=7. Esto se
consigue gracias a las sales minerales
disueltas que forman las disoluciones
tampón o amortiguadoras. Ya que si
cambiase demasiado el pH las enzimas
podrían precipitar llegando incluso a
ocasionar la muerte.
Acido Base
H+ OH-
7
6 8

33. Funciones del aguaFunciones del agua (en los organismos)(en los organismos)
1. Función disolvente y transporte de las sustancias.
2. Función bioquímica.
3. Función estructural.
4. Función mecánica amortiguadora.
5. Función termorreguladora.

34. 1. Función disolvente1. Función disolvente: Esta capacidad disolvente del agua y su
abundancia en el medio natural explican que sea el vehículo de transporte
(captación de sales minerales por las plantas, por ejemplo) y el medio
donde se realizan todas las reacciones químicas del organismo (caso de la
digestión de los alimentos)

35. 2.2. Función bioquímica.Función bioquímica. El agua interviene en muchas reacciones
químicas. Por ejemplo, en la hidrólisis (rotura de enlaces con
intervención de agua) que se da durante la digestión de los alimentos.

36. 3. Función estructural.3. Función estructural. El volumen y forma de las células que carecen de
membrana rígida se mantienen gracias a la presión que ejerce el agua
interna. Al perder agua, las células pierden su turgencia natural, se
arrugan y hasta pueden llegar a romperse (lisis).

37. 5.5. Función mecánica amortiguadora.Función mecánica amortiguadora. Por ejemplo, los vertebrados
poseen en sus articulaciones bolsas de líquido sinovial que evita el roce
entre los huesos.

38. 4.4. Función termorreguladora.Función termorreguladora. Se debe a su elevado calor específico y
a su elevado calor de vaporización. Es un material idóneo para mantener
constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo
energía si es necesario.
• Por ejemplo, los animales, al sudar,
expulsan agua, la cual, para
evaporarse, toma calor del cuerpo y,
como consecuencia, éste se enfría.

39. Sales minerales
Las sustancias minerales se pueden encontrar en los seres vivos de forma precipitada o
disueltas.
1.- Las sustancias minerales precipitadas constituyen estructuras sólidas,
insolubles, con función esquelética. Por ejemplo, el carbonato cálcico en las
conchas de los moluscos, en los huesos o el cuarzo (SiO2) en los exoesqueletos
de las diatomeas, etc. Este tipo de sales pueden asociarse a macromoléculas,
generalmente de tipo proteico.

40. 2.- Las sales minerales disueltas dan lugar a aniones y cationes. Los
principales son:
Cationes: Na+
K+
Ca2+
y Mg2+.
Aniones: Cl-
, S04
2-
, PO4
3-
, CO3
2-
, HCO3
-
y NO3
-
.
Estos iones mantienen un grado de salinidad constante dentro del
organismo y ayudan a mantener también constante su pH.
El medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas
constantes. Una variación provoca alteraciones de la permeabilidad,
excitabilidad y contractilidad de las células.

41. DISOLUCIONES TAMPÓN
Cuando la sangre se vuelve ácida (aumenta H+) la reacción se desplaza
hacia la derecha formando H2CO3 (bicarbonato) . Este se descompone
rápidamente generando CO2 y agua. De esta manera el pH de la sangre se
mantiene estable.

42. DISOLUCIONES Y DISPERSIONES
En los seres vivos el estado líquido está constituido por dispersiones de
muchos tipos de moléculas dispersas o solutos y un solo tipo de fase
dispersante o disolvente, que es el agua.
Las dispersiones de solutos de bajo peso molecular se denominan
disoluciones verdaderas o simplemente disoluciones (ej.cloruro sódico) y
las de elevado peso molecular se denominan dispersiones coloidales
(ej.proteínas)

43. Las disoluciones verdaderasLas disoluciones verdaderas
(con solutos de bajo peso molecular)(con solutos de bajo peso molecular)
Las propiedades de las disoluciones verdaderas que más interés tienen en
Biología son la difusión, la osmosis y la estabilidad del grado de acidez o pH.

44. PLASMÓLISISPLASMÓLISISTURGENCIATURGENCIA

45. Las dispersiones coloidalesLas dispersiones coloidales
(con solutos de alto peso molecular)(con solutos de alto peso molecular)
Las dispersiones coloidales pueden presentar se en dos estados en forma de sol
(estado líquido), y en forma de gel (estado semisólido). La diferencia entre ambos
estados es la cantidad de agua presente. El sol tiene aspecto de líquido. El gel tiene
aspecto semipastoso o gelatinoso.

46. Para que las amebas puedan desarrollar pseudópodos y realizar la endocitosis
de sustancias, su citoplasma debe hacer un cambio de fase gel a la sol. La
situación es la contraria cuando la célula recupera su forma original.

47. Efecto TyndallEfecto Tyndall
Se trata de una propiedad de las dispersiones coloidales. Así pues, las
dispersiones coloidales debido al gran tamaño de sus partículas si son
iluminadas lateralmente y sobre fondo oscuro, se observa una cierta
opalescencia provocada por la reflexión de los rayos luminosos.
Es algo parecido a lo que ocurre cuando un rayo de luz ilumina el polvo en una
habitación a oscuras.

48. Diálisis: Es la separación de las partículas dispersas de elevado peso
molecular (coloides) de las de bajo peso molecular (cristaloides), ya que las
más pequeñas pueden atravesar la membrana semipermeable.
Una aplicación clínica es la hemodiálisis, que es la separación de la urea de la
sangre (actúa como un riñón artificial) de individuos con deficiencia renal.

49. HEMODIÁLISISHEMODIÁLISIS

50. Electroforesis: Es el transporte de las partículas (proteínas) con un campo
eléctrico a través de un gel. Generalmente se utiliza para separar las distintas
proteínas de un tejido. La velocidad es mayor cuanto más alta sea su carga
eléctrica global y cuanto menor sea su tamaño.