Tema 1 Biolementos agua sales

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Biología 2º Bachillerato TEMA 1 Curso18/19
TEMA 1: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS:
AGUA Y SALES MINERALES
1.- CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
La Biología es la ciencia que estudia la vida (bios = vida y logos = estudio).
La vida es el conjunto de cualidades propias de los seres vivos, definiéndose éstos como
seres que poseen una estructura material y que son capaces de nutrirse, relacionarse y
reproducirse, las tres funciones vitales.
La vida no puede definirse tan solo por la suma de las propiedades de las partes, estructurales y
moleculares, que constituyen la naturaleza de los seres vivos, sino también por las interacciones
moleculares y celulares que se establecen entre las partes de ese sistema y con el medio o
soporte en el que se desarrolla, o en el que viven los seres vivos.
Los seres vivos son sistemas en homeostasis, que podríamos definir como la capacidad que
tienen los organismos vivos para mantener y controlar sus constantes físico químicas, vitales,
entre unos valores determinados que marcan el umbral de su equilibrio dinámico estable.
Por tanto, las propiedades de la materia viva y de los organismos vivos serían: 1.-Organización
estructural típica; 2.-Fijación y asimilación de energía (nutrición); 3.-Control de las reacciones
vitales (metabolismo); 4.-Continuidadd de la vida (autorreduplicación, reproducción); 5.-
Irritabilidad (respuesta a factores o estímulos)
2.- LA BIOLOGÍA: ESTUDIO DE LA CIENCIA DE LA VIDA
La Biología, como toda ciencia busca explicar razonablemente los fenómenos observados en un
lugar, o en los seres vivos. Además también intenta establecer una serie de principios generales
por los cuáles estos fenómenos se llevan a cabo. Los procesos y fases que se siguen para ello se
llama EL MÉTODO CIENTÍFICO:
Recogida de la información:observacióndel
fenómeno, planteamientode preguntas
Formular hipótesis
Diseñode experimentos
Realización de experimentos
Análisis de los resultados obtenidoscomparaciónResultados esperados (si
la hipótesis fuera correcta
Extracción de conclusiones
Aceptación o rechazo de la hipótesis
Resultados de experimentos independientes
Enunciadode teorías
Repetidasverificaciones

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El método científico es el proceso que siguen los científicos para responder a preguntas y
resolver problemas. Los pasos clásicos básicos (indicados de forma sencilla) que requiere una
metodología científica son los siguientes:
-OBSERVACIÓN: Los científicos prestan atención a un fenómeno o a una situación
que no tiene explicación y se plantean preguntas ¿Cómo? ¿Por qué?...
-ELABORACIÓN DE UNA HIPÓTESIS: Se recogen datos, se estudia el problema y se
elabora una hipótesis. Esa hipótesis sería una posible respuesta a las preguntas planteadas,
condicionada a que se pueda probar de modo experiencial.
-DISEÑO ESPERIENCIAL (fase experimental) y RECOGIDA DE DATOS: Los
experimentos realizados y los datos recogidos sirven para probar la hipótesis. Para que un
experimento tenga validez científica debe realizarse de acuerdo a un conjunto de
procedimientos, esto es, un protocolo que incluya controles en los que todas las variables sean
definidas. Los controles se comparan con cada una de las diferentes experiencias en las que se
modifica únicamente la variable que se desea comprobar.
-CONCLUSIONES y CONFIRMACIÓN ó RECHAZO DE LA HIPÓTESIS INICIAL:
Cuando los resultados obtenidos se comparan con la hipótesis planteada podemos llegar a
conclusiones que pueden apoyar la hipótesis planteada o, por el contrario, demostrar que es
errónea. En este último caso, habría que volver a comenzar, es decir formular otra hipótesis,
diseñar otras experiencias, etc.
ENUNCIADO DE UNA TEORÍA: Cuando una hipótesis se prueba experimentalmente
y se verifica en varias ocasiones, se puede enunciar una teoría.
-REVISIÓN DE LAS TEORÍAS: Con la mejora de los medios y la tecnología, a
menudo, las teorías son refutadas o modificadas por los resultados de nuevos experimentos. La
experimentación es un proceso continuo e inacabado que se revisa continuamente.
3.- NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS
Los seres vivos somos organismos extremadamente complejos. Esta complejidad afecta, entre
otros aspectos, a las moléculas que los componen y a cómo se organizan para formar las
diferentes estructuras. Dicha complejidad, hace que se establezcan diferentes niveles de
organización en los seres vivos, que van desde las partículas elementales (quarks, leptones y
bosones), hasta la biosfera, diferenciándose en niveles abióticos (partículas elementales,
partículas subatómicas, átomos, moléculas, macromoléculas, complejos supramoleculares) y
niveles bióticos (orgánulos, células, tejidos, órganos, aparatos y sistemas, individuos,
poblaciones, comunidades, ecosistemas y biosfera).
Debemos indicar, sin embargo, que existen unas formas con propiedades vitales que tienen una
organización estructural algo superior al nivel molecular, pero sin llegar a conseguir las
características del nivel celular, los VIRUS, verdaderas "estructuras moleculares" vivientes.
Asimismo, los PRIONES se han identificado también como moléculas con algunas
propiedades vitales, como la autorreduplicación.

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4.- UNIDAD EN LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS
El análisis químico de la materia viva revela una gran similitud en la composición de todos los
seres vivos. Todos ellos contienen los mismos elementos y compuestos químicos, esto implica que
bajo la enorme diversidad biológica subyace una gran uniformidad química. La rama de la
biología que se encarga de su estudio es la Bioquímica.
Todos los seres vivos estamos formados fundamentalmente por la combinación de más de 40
elementos químicos diferentes, y solo seis de ellos (C, O, H, N, P, S) serían suficientes para
constituir el 98% aproximadamente de la materia viva.
Los elementos constitutivos de la materia viva no son exclusivos de ella, sino que también se
encuentran en la materia inerte que abunda en la superficie de nuestro planeta.
Los elementos químicos de la vida y las biomoléculas que se han formado a partir de ellos, fueron
"seleccionados" a causa de su idoneidad para construir estructuras y realizar funciones capaces de
aumentar la supervivencia de las células que los incorporan. Los dos parámetros en función de los
que fueron seleccionados son:
- Su comportamiento en medio acuoso, es decir, si son solubles o insolubles, el efecto que
ejercen sobre la viscosidad de las disoluciones…
- La reactividad de los átomos y los tipos de enlaces que se pueden establecer para construir
las moléculas orgánicas, ya que las propiedades de la materia, viva e inanimada, dependen
de sus características fisicoquímicas.
4.1 LOS BIOELEMENTOS o ELEMENTOS BIOGÉNICOS
Si analizamos químicamente los diferentes tipos de seres vivos encontramos que su materia viva
está constituida por unos 70 elementos químicos, que son prácticamente la totalidad de los
elementos estables que existen en la Tierra, exceptuando los gases nobles.
Estos elementos que se encuentran en la materia viva reciben el nombre de bioelementos, o
elementos biogénicos y forman las moléculas indispensables para la vida, las biomoléculas o
principios inmediatos.
De acuerdo con su abundancia se dividen en bioelementos primarios, secundarios y los
oligoelementos o elementos vestigiales:
A)- Bioelementos primarios: Son los que se encuentran en mayor proporción, están presentes en
todas las biomoléculas. Representan el 96,2 % del peso total de la materia viva. Son el C, O,
H, N y en menor proporción el P y S.
El carbono tiene sólo 4 electrones en su capa más externa, que le permiten disponer de 4
valencias para formar 4 enlaces covalentes, formando un imaginario tetraedro. Tiene
capacidad para unirse con otros átomos de carbono mediante enlaces covalentes simples,
dobles o triples formando cadenas más o menos largas, ramificadas o no, que constituyen el
esqueleto de todas las moléculas orgánicas, algunas de gran complejidad.
El C puede unirse también, mediante enlaces covalentes, con el N, H, O y S, de esta forma se
introducen en el esqueleto de las moléculas orgánicas una gran variedad de grupos funcionales
que proporcionan a las moléculas unas propiedades físicas y químicas características.
Debido a que el oxígeno y el nitrógeno son elementos muy electronegativos, muchas de las
biomoléculas son polares (con una distribución asimétrica de cargas eléctricas) y por ello
solubles en agua, lo cual es importante ya que la mayoría de las reacciones químicas que se

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producen en el organismo se producen en el agua. El Nitrógeno forma parte de biomoléculas
importantes como las proteínas y los ácidos nucleicos
El hidrógeno resulta indispensable para formar materia orgánica, ya que junto con el
carbono forman hidrocarburos. El único electrón que posee le permite formar un enlace con
cualquiera de los otros bioelementos primarios. Las moléculas formadas solo por carbono e
hidrógeno (hidrocarburos) son apolares (insolubles en agua). Si algunos hidrógenos son
sustituidos por grupos polares, la molécula orgánica puede llegar a ser soluble en agua.
El azufre y el fósforo forman enlaces que se pueden hidrolizar fácilmente, por lo tanto, son
idóneos para formar enlaces ricos en energía. El azufre forma parte de muchas proteínas. El
fósforo se encuentra en los ácidos nucleicos, fosfolípidos, ATP, estructuras esqueléticas, etc
Los bioelementos primarios se pueden incorporar fácilmente a los seres vivos desde el medio
externo, ya que se encuentran en moléculas (CO2, H2O, nitratos) que se pueden captar de
manera sencilla.
B).-Bioelementos secundarios: Participan en la materia viva en menor proporción que los
primarios, aunque desempeñan funciones de vital importancia: Son Mg, Ca, K, Na y Cl. También
podría incluirse entre ellos el Fe, I y F, considerados generalmente como Oligoelementos. Entre
sus funciones cabe señalar:
Cloro, sodio y potasio. En forma iónica mantienen el equilibrio osmótico e intervienen en la
formación y transmisión del impulso nervioso, junto con calcio y magnesio.
Calcio. En forma de carbonato forma parte de estructuras esqueléticas de muchos animales
(huesos dientes, caparazones, etc), en forma iónica interviene en muchos procesos como la
contracción muscular, coagulación sanguínea, liberación de neurotransmisores durante la
sinapsis, formación del huso mitótico, etc.
Magnesio. Forma parte de muchas enzimas, entra en la composición de la clorofila, etc.
Hierro. Interviene en procesos de oxidación-reducción cediendo o tomando electrones. Forma
parte de proteínas importantes como la hemoglobina y mioglobina que intervienen en el
transporte de oxígeno,y en citocromos que intervienen en la respiración celular.
Iodo: Es necesario para la fabricación de la tiroxina, hormona tiroidea.
Flúor: Forma parte del esmalte de los dientes y de los huesos.
C)-Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en la
materia viva en una proporción inferior al 0,1 %, sin embargo son indispensables y pueden ser
nocivos tanto por exceso como por defecto. Desempeñan generalmente funciones catalizadoras
formando parte de enzimas, vitaminas, hormonas. Los principales son Fe, I, F, Mn ,Cu, Zn, y Co.
Otros también incluidos son B, Si, V, Cr, Se, Mo, Sn, Al, As, Ga, W, Ni, ... hasta 70 en total
Cobalto: Forma parte de la vitamina B12 y de la nitrogenasa que utilizan algunas bacterias para
fijar el nitrógeno atmosférico.
Silicio: En forma de óxido de silicio da rigidez a los tallos de muchas plantas (gramíneas,
equisetos,etc) y forma parte del caparazón de microorganismos como las diatomeas.
Cobre: El Cu forma parte de la hemocianina, en los crustáceos
Cinc (Zn): Actúa como cofactor de algunas enzimas.
Litio: Estimula la secreción de neurotransmisores y favorece la estabilidad del estado de ánimo.
Los bioelementos se unen entre sí para formar moléculas que llamaremos biomoléculas.

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4.2.-LAS BIOMOLÉCULAS
Son sustancias orgánicas e inorgánicas a partir de la cuales se constituye la materia viva de los
organismos y están formadas por la combinación de diferentes bioelementos unidos entre sí
mediante enlaces químicos. revisaremos primero estos tipos de enlaces.
ENLACES QUÍMICOS
El enlace químico es la unión entre átomos, moléculas o iones. Un ión es un átomo o una
molécula con carga eléctrica. En la materia viva los principales enlaces son:
A- Enlaces Covalentes, entre átomos;
B- Enlaces Iónicos, entre iones
C- Enlaces Intermoleculares, entre moléculas. Pueden ser de 3 tipos:
--Por Puentes de Hidrógeno, Fuerzas de Van der Waals y Uniones hidrofóbicas
A).-ENLACES COVALENTES:
Son enlaces fuertes y muy resistentes en medios acuosos, como son los entornos normales
de la materia viva.
Se forman cuando átomos de un mismo o diferente elemento comparten electrones, que
llamaremos electrones de valencia, para poder completar su última capa. Se representan
mediante una raya o guión que simboliza cada par de electrones compartido
Los enlaces covalentes pueden ser simples, dobles o triples, dependiendo de que los átomos
que participen compartan entre sí 2, 4 ó 6 electrones de valencia.
Los enlaces covalentes pueden ser simples, dobles o triples, dependiendo de que los átomos
que participen compartan entre sí 2, 4 ó 6 electrones de valencia .

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El Carbono tiene cuatro electrones de valencia. Por ello puede formar 4 enlaces covalentes con
otros átomos de carbono ( 4 simples, 2 simples y 1 doble, 2 dobles, 1 simple y 1 triple)
Entre átomos de otros bioelementos primarios, se podrían formar también enlaces covalentes:
Polaridad de los enlaces covalentes:
Cuando los átomos unidos por un enlace covalente pertenecen a elementos de
electronegatividad muy diferente,(como el O y el H en el caso del Agua, H2O), el más
electronegativo atrae más hacia si al par de electrones del doble enlace, quedando con cierta
carga negativa ese lado, y el menos electronegativo queda con una ligera carga relativa positiva
hacia su lado. Por ello diremos que ese enlace y la molécula formada es polar, o dipolar, lo
que tiene una gran importancia en muchos procesos biológicos: polaridad del agua, estabilidad
de las proteínas y del ADN, solubilidad y soluciones verdaderas, dispersiones coloidales, ...
También podemos decir que los enlaces covalentes son dirigidos, forman ángulos relativos
entre sí cuando unen cadenas de átomos de bioelementos iguales y/o diferentes. Ej entre C.
B).-ENLACES IÓNICOS: Son más débiles en medios acuosos, que los covalentes.
Se da cuando uno de los átomos capta electrones del otro. El átomo que capta electrones
(receptor) se transforma en un ion negativo, que llamamos anión, y el que los pierde (dador) se
transforma en un ión positivo, que llamamos catión. Ambos quedan unidos por atracción
electrostática. Se da entre átomos de electronegatividad muy diferente, es decir, entre átomos

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con una gran avidez de electrones, los muy electronegativos, y átomos que retienen con poca
fuerza sus electrones, los poco electronegativos. Éstos, fácilmente, acaban perdiendo parte de
sus electrones frente a átomos más electronegativos que ellos.
C).-ENLACES INTERMOLECULARES:
+ Enlaces por puentes de hidrógeno: Se trata de enlaces
débiles pero que si se dan en gran número pueden llegar a dar una
gran estabilidad a las moléculas.
Los enlaces por puentes de hidrógeno se deben a la mayor o
menor electronegatividad de los elementos que participan en un
enlace covalente. Así, por ejemplo, en los grupos -C-O-H, el
oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae hacia sí el
par de electrones que forma el enlace covalente. En las
proximidades del oxígeno habrá un exceso de carga negativa y, por
el contrario, cerca del hidrógeno la carga será positiva. Lo mismo
sucede con los grupos -C-N-H, u otros, en los que también se
produce una diferencia de electronegatividad.
Como consecuencia se generarán fuerzas eléctricas entre átomos que presentan un exceso de
carga positiva (H) y otros con exceso de carga negativa (O, por ejemplo).
Estos enlaces son de gran importancia en determinados compuestos y, en particular, en las
proteínas y en los ácidos nucleicos.
+Fuerzas de Van der Waals: Se trata de fuerzas de carácter
eléctrico debidas a pequeñas fluctuaciones en la carga de los átomos.
Actúan cuando las moléculas se encuentran muy próximas unas a otras.
Se forman dipolos instantáneos. Ej. Entre moléculas de agua.
+Uniones hidrofóbicas: Ciertas sustancias
insolubles en agua cuando están en un medio acuoso van a
mantenerse unidas entre sí por su repulsión al medio en el
que se encuentran. Estas uniones, aunque son muy débiles,
van a ser de gran importancia en el mantenimiento de los
componentes lipídicos de las membranas celulares (con
polos hidrófobos y lipófilos) y en la configuración de
muchas proteínas.

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LOS ESQUELETOS DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS
Las diferentes biomoléculas orgánicas van a estar constituidas básicamente por átomos de
carbono unidos entre sí mediante enlaces covalentes. La resistencia y versatilidad de los enlaces
carbono-carbono y del carbono con otros elementos: oxígeno, nitrógeno o azufre, va a
posibilitar el que se puedan formar estructuras que serán el esqueleto de las principales
moléculas orgánicas.
Asimismo, las moléculas orgánicas van a tener determinadas agrupaciones características de
átomos que reciben el nombre de funciones o grupos funcionales. Las cinco primeras están
formadas por C, H, y O (funciones oxigenadas); las dos últimas, por tener nitrógeno, se
denominan funciones nitrogenadas. Los aldehídos se diferencian de las cetonas por estar
siempre en un carbono situado en el extremo de la molécula; esto es, el carbono que lleva una
función aldehído se encuentra unido a otro carbono o a un hidrógeno.
Las sustancias orgánicas pueden representarse mediante:
a) Fórmulas empíricas: Ej. C3H6O3
b) Fórmulas semidesarrolladas
c) Fórmulas desarrolladas o estructurales:

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4.2.-LAS BIOMOLÉCULAS
Son las moléculas que se obtienen en un análisis físico de la materia viva sin que se alteren las
sustancias, mediante evaporación, filtración, destilación, diálisis, cristalización, electroforesis o
centrifugación. Podemos dividirlas en dos grupos:
 Inorgánicas: Están presentes tanto en la materia viva como en la inerte. Se diferencian en
simples: oxígeno molecular (O2) y nitrógeno molecular (N2); y compuestos, como el agua,
dióxido de carbono y las sales minerales.
 Orgánicas: Son exclusivas de la materia viva, tienen un alto porcentaje de carbono.
Muchas de ellas tienen una gran complejidad y se denominan macromoléculas o
polímeros estando formadas por la unión de unas unidades más sencillas denominadas
monómeros. Se incluyen: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, ...
4.2.1.-BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
Estudiaremos especialmente el agua y las sales mierales
A).- EL AGUA
Es la sustancia más abundante en la materia viva (en los humanos es (+ ó -) el 70% del peso).
Existe una relación directa entre el contenido en agua y la actividad fisiológica de un órgano o
un organismo. Por ejemplo: en el tejido nervioso, 95%; tejido adiposo 15 %; huesos 22 %.
En la materia viva se encuentra en tres formas:
 Agua circulante: sangre, savia...
 Agua intersticial: entre las células.
 Agua intracelular: en el interior de las células (citosol) y de orgánulos celulares.
El agua es continuamente recogida y eliminada por los organismos, está en continua renovación
Aportes: Por ingestión de agua y otros líquidos directamente; por ingestión de alimentos
sólidos y como resultado de las reacciones metabólicas (agua metabólica)
Eliminación: Por la orina y heces; por la respiración, en forma de vapor de agua; por el
sudor, lágrimas y otros procesos de excreción.
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA Y SU CARÁCTER DIPOLAR
La molécula de agua está formada por dos átomos
de hidrógeno y uno de oxígeno.
La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del
oxígeno determina la formación de un ángulo de
104'5 0.
Además, el átomo de oxígeno es más
electronegativo que el hidrógeno y atrae hacia sí
los electrones del enlace covalente. Esto hace que
la molécula presente un exceso de carga negativa
en las proximidades del átomo de oxígeno y un
exceso de carga positiva en los átomos de
hidrógeno. Por lo tanto, cada molécula de agua es
un dipolo eléctrico, tiene carácter dipolar.

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El marcado carácter dipolar hace que se produzcan interacciones con otras moléculas
dipolares o con iones cargados eléctricamente, así, se establecen interacciones entre las propias
moléculas de agua, que pertenecen a las uniones anteriormente denominadas puentes de
hidrógeno (la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática
sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes).
Así se forman grupos de 3, 4 y hasta 9 moléculas de agua. Con ello se alcanzan pesos
moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Estas agrupaciones duran
fracciones de segundo. Estos polímeros de agua coexisten con moléculas aisladas.
Aunque los puentes de hidrógeno son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada
molécula de agua se disponga un promedio de 3,4 moléculas de agua, unidas por puentes de
hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura reticular, responsable de su
comportamiento anómalo y de sus propiedades físico-químicas.
PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL AGUA
Las propiedades fisicoquímicas del agua derivan de su peculiar estructura molecular:
a.-A temperatura ambiente se encuentra en estado líquido, al contrario de lo que ocurre con
otras moléculas de similar peso molecular como CO2, NO2 etc. Esto es debido al carácter
dipolar, ya que al formar polímeros las moléculas se mantienen unidas.
b.-Los enlaces por puentes de hidrógeno duran muy poco tiempo, se rompen y se crean
constantemente esto hace que no sea viscosasino fluida.
c.-Acción disolvente, es considerada como disolvente universal: Esta propiedad es tal vez
la más importante para la vida, se debe a su carácter dipolar y a su capacidad para formar
puentes de hidrógeno con otras sustancias que se disuelven cuando interaccionan con las
moléculas dipolares del agua.
Las moléculas de agua se disponen alrededor de los iones positivos con la parte negativa
de su molécula hacia ellos y en el caso de los iones negativos les enfrentan la parte
positiva. También son solubles en agua las sustancias polares, por ejemplo: los glúcidos;
normalmente, estas sustancias tienen una elevada proporción de oxígeno. Por el contrario,
aquellas sustancias orgánicas que presentan una elevada proporción de hidrógeno y pocos
átomos de oxígeno son poco solubles en agua; ejemplo: los lípidos.
Algunas sustancias tienen una parte de su molécula que es soluble en agua, hidrófila
(polar) y otra parte insoluble, hidrófoba (no polar). Se dice que estas sustancias son
anfipáticas. Cuando están en un medio acuoso orientan su molécula y dan lugar a la
formación de micelas, monocapas o bicapas.
d.-Tiene una elevada fuerza de cohesión gracias a los puentes de hidrógeno que se dan entre
las moléculas, esto hace que sea un líquido casi incompresible y que tenga una elevada
tensiónsuperficial es decir que su superficie libre forme una lámina difícil de romper.
e.-Tiene una elevada fuerza de adhesión, atracción molecular, es decir, puede ser atraída
fuertemente por las paredes de los recipientes que la contienen. Esta adhesión junto con la
cohesión son las responsables de los fenómenos de capilaridad que permiten al agua
ascender a través de tubos muy delgados, lo cual es muy importante en el transporte de la
savia bruta a través de los vasos leñosos.
f.-Tiene un elevado calor específico, se necesita mucha energía (1 cal) para elevar 1ºC la Tª de
un gramo de agua, ya que parte de la energía se gasta no en aumentar la Tª sino en romper
los puentes de hidrógeno. (Se necesita 1 Kcal para elevar de 15 ºC a 16 ºC , 1 Kg de agua).

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g.-Tiene un elevado calor de vaporización, se necesita mucho calor para pasar de líquido a
gas, esto es debido a que para pasar al estado gaseoso tienen que romperse primero todos los
puentes de hidrógeno y en ello se gasta parte de la energía. Calor de vaporización es la
cantidad de energía necesaria para que un gramo de una sustancia líquida se transforme en
gas, a tª constante. La del agua es 539 cal/g a 100ºC
h.-El agua en estado sólido es menos densa que en estado líquido, por eso el hielo flota
sobre el agua líquida. Esto permite en el medio acuático, en las épocas frías, la existencia de
vida por debajo de las capas de hielo. La densidad máxima del agua es = 1, a 4ºC.
i.-Bajo grado de ionización, la concentración de iones hidrogeno (H+) e hidroxilo ( OH-) es
solo de 10-7 moles por litro. ( pH = 7) Debido a los bajos niveles de esos iones, si se añade al
agua un pequeño volumen de un ácido, o una base, dichos niveles varían bruscamente.
FUNCIONES DEL AGUA
Debido a las propiedades que tiene, el agua desempeña numerosas e importantes funciones entre
las cuales destacan las siguientes:
1. Función metabólica o bioquímica: El agua interviene en todas las reacciones
metabólicas, ya sea como reactivo, como producto o como medio en el que transcurren las
reacciones. Es el medio en el que se producen la mayoría de las reacciones metabólicas,
puesto que las sustancias para que reaccionen tienen que estar disueltas. Además en
muchas de estas reacciones el agua actúa como reactivo como por ejemplo en las
reacciones de hidrólisis que ocurren en la digestión. Igualmente es la fuente de hidrógenos
en la fotosíntesis vegetal
2. Función disolvente y de transporte, como disolvente universal: El agua actúa como
vehículo transportador de sustancias por el interior del organismo y entre el exterior y el
interior del mismo, debido a que es líquida y es un excelente disolvente, las sustancias son
transportadas disueltas en ella.
3. Forma soluciones verdaderas y dispersiones coloidales, por su carácter dipolar.
4. Función estructural: Debido a la elevada fuerza de adhesión y cohesión da forma a las
células que carecen de pared rígida regulando los cambios y deformaciones del citoplasma.
5. Función amortiguadora y lubricante: Debido a la baja viscosidad, actúa como lubricante
facilitando el deslizamiento entre los órganos y amortiguando los rozamientos.
6. Función termorreguladora y homogeneizadora: Gracias a sus elevados calor específico
y calor de vaporización, regula la Tª del organismo amortiguando las variaciones bruscas
de la Tª externa y ayuda a mantener homogénea y constante la Tª del cuerpo en los
animales homeotermos o endotermos.
SOLUCIONES VERDADERAS y DISPERSIONES COLOIDALES
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. Los
solutos pueden ser de bajo peso molecular (cristaloides), ej: NaCl, o glucosa, que se pueden
ionizar fácilmente; o ser de elevado peso molecular, (coloides), ej: proteínas de tipo albúmina. Así
podemos diferenciar entre sí disoluciones verdaderas y dispersiones coloidales
DISOLUCIONES VERDADERAS: Aquellas dispersiones formadas por solutos de bajo peso
molecular, o por iones de pequeño tamaño, que son homogéneas y transparentes. Pueden ser:
-Disoluciones moleculares: los solutos son moléculas orgánicas, polares o con carga iónica
(ej.: alcoholes, aminoácidos, glúcidos simples, ...).
-Disoluciones iónicas: los solutos son electrolitos.

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DISPERSIONES COLOIDALES:
Aquellas dispersiones formadas por solutos de elevado peso molecular (proteínas tipo
albúmina, ácidos nucleicos, polisacáridos). Las dispersiones coloidales van a poder estar en dos
estados: sol (aspecto fluido) y gel (forma semisólida, gelatinosa y elástica).
La fase dispersa, puede estar formada por MACROMOLÉCULAS de gran tamaño
molecular, con un diámetro O entre 1nm y 100 nm ( 1nm = 10 A / 1nm = 10 -7 cm ) o por
agregados moleculares llamados MICELAS, formados por moléculas de menor tamaño.
En el estado de sol predomina la fase dispersante, el agua, organizada en capas de
moléculas de agua adheridas unas a otras y orientadas por sus cargas electrostáticas,
formando dos mantos, un manto concreto, con las moléculas de agua más apretadas y
organizadas, y otro manto difuso, con ellas menos apretadas y mas desorganizadas, rodeando
las macromoléculas de la fase dispersa, la macromolécula proteica, cargada positivamente, por
ejemplo, siendo la dispersión más fluida.
Dispersión en estado de SOL = MANTO CONCRETO + MANTO DIFUSO
En el estado de gel la fase dispersante pierde la capa de moléculas de agua que formaban el
manto difuso y solamente permanece el manto concreto rodeando una macromolécula
proteica y, como consecuencia, la dispersión es más viscosa.
Dispersión en estado de GEL = MANTO CONCRETO
El paso de un estado a otro es reversible SOL GEL , por ganancia o pérdida de
agua ( SOL - H2O = GEL / GEL + H2O = SOL ). Esto puede deberse a diversos factores
físicos y químicos (sin necesidad de variar la concentración de la fase dispersa o el soluto)
como el pH, la temperatura o la variación de la concentración de algunos iones del medio.
El interior de las células está constituido por una mezcla de soluciones verdaderas y
dispersiones coloidales, y el paso de SOL a GEL y GEL a SOL determina corrientes que provocan
por ejemplo el movimiento de los orgánulos citoplasmáticos y los movimientos ameboides.

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B).-LAS SALES MINERALES INORGÁNICAS
Son moléculas inorgánicas que están presentes en la materia viva en pequeña cantidad. Son
importantes entre otras cosas porque aportan al organismo elementos necesarios.
En función de su solubilidad en el agua se distinguen dos tipos: insolubles y solubles en agua:
Sales inorgánicas insolubles enagua (precipitadas):
Presentan función plástica. Forman estructuras sólidas que pueden cumplir funciones de
protección y sostén, como órganos esqueléticos, huesos, dientes, caparazones, ...
Forman parte de caparazones (CaCO3) de crustáceos y moluscos, caparazones silíceos de
radiolarios y diatomeas; del esqueleto interno de vertebrados (fosfato, cloruro, fluoruro y
carbonato de calcio), esmalte de los dientes; otolitos del oído interno de animales…
Sales inorgánicas solubles en agua (disueltas): Suelen disociarse fácilmente en iones
constituyendo electrolitos si están disueltos en agua, en forma de:
ANIONES (con carga negativa): CO3
2-- , HCO3
-- , HPO4
2-- , H2 PO4
--
CATIONES (con carga positiva): Na+ , K+, Ca 2+y Mg 2+, Cu +, Mn 2+, Mg 2+, Fe2+, Fe 3+
Funciones:
Función Catalítica: necesarios para la actividad catalítica de enzimas, al ser cofactores
enzimáticos (Cu +, Mn 2+, Mg 2+….), formando parte de los tipos de grupos hemo
(hemoglobina, con Fe2+, Fe 3+; hemocianina, con Cu +; constituyente de las clorofilas, con
Mg2+).
Participan enla contracción muscular (Na+ , K+, Ca 2+yMg 2+).
Intervienen enla generacióny transmisión del impulso nervioso ( Na+ y K+).
Actúan en la regulación de los procesos osmóticos: Procesos relacionados con la
distribución de agua intra y extracelular. Los iones Na+, K+, Cl-, y Ca 2+ generan gradientes
electroquímicos.
Agentes básicos en la regulación del equilibrio ácido-básico: como tamponadores o
amortiguadores, manteniendo el pH constante, dentro de unos límites o umbrales.
Algunos cationes tienen acciones específicas, en función de su naturaleza, regulando la
actividad de algunos órganos.
Por ejemplo, los cationes Na+y K+ influyen sobre el latido cardiaco, reduciendo o
acelerando su frecuencia. (si diseccionamos el corazón de una rana y lo colocamos en un
medio fisiológico, seguirá latiendo un tiempo, pero si añadimos Na+ ó K+ al medio, el
corazón se parará en sístole o diástole, según el catión añadido)
Como Nutrientes: los organismos autótrofos usan determinadas sales (nitratos, sulfatos
fosfatos…) como fuentes de elementos para sintetizar compuestos orgánicos.
Asociadas a otras moléculas orgánicas: proteínas (fosfoproteínas), lípidos (fosfolípidos),
glúcidos (agar-agar), forman moléculas fundamentales.
Analizaremos con un cierto detenimiento las funciones relativas a la regulación del equilibrio
ácido-básico y los procesos osmóticos

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REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BÁSICO:
Esta regulación resulta necesaria debido a las variaciones de iones H+ y OH-- que provocan
la variación, a su vez, del pH.
Los iones H+ y OH-- pueden proceder de:
-- La disociación del agua: 2 H2O = H3O+ + OH--
--La disociación de ácidos: HCl = Cl-- + H+ reducen el pH, función ácida
--La disociación de bases: NaOH = Na+ + OH-- incrementan el pH, función básica
Para regular estas variaciones de pH que pueden producirse en los medios biológicos, hay
que contar con la presencia de amortiguadores o tamponadores. Los más importantes son:
Sistema carbónico - ión bicarbonato:
Está presente en los líquidos extracelulares. Está formado por el par ión bicarbonato- ácido
carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua.
H2CO3 HCO3
-- + H+
ácido base
Si hay un exceso de H+, la reacción se desplaza hacia la izquierda:
HCO3
-- + H+ H2CO3 CO2 + H2O
Si hay un déficit de H+, la reacción se desplaza hacia la derecha:
H2CO3H CO3
-- + H+
Sistema de los iones fosfato: Está presente en los líquidos intracelulares. Está formado por los
iones monohidrogenofosfato (base) y el ión dihidrogenofosfato (ácido).
H2PO4
-- HPO4
2-- + H+
ácido base
Si hay un exceso de H+, tiene lugar la siguiente reacción:
HPO4
2-- + H+ H2PO4
-
Si hay un defecto de H+ tiene lugar la siguiente reacción:
H2PO4
- HPO4
2- + H+
REGULACIÓN DE LOS PROCESOS OSMÓTICOS:
Llamaremos ÓSMOSIS al proceso físico que marca la tendencia que tienen dos disoluciones
de diferente concentración, si están separadas por una membrana semipermeable (que solamente
deja pasar a través de ella moléculas de disolvente, agua, y no deja pasar las moléculas de soluto),
a igualar sus concentraciones mediante el paso de moléculas de disolvente desde la disolución más
diluida (menos concentrada) hacia la disolución más concentrada.
La cantidad de agua que pasa depende únicamente de la diferencia de concentración de las
disoluciones y no de la naturaleza del soluto, por ello contribuyen por igual en los fenómenos
osmóticos las sales y las sustancias orgánicas.

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Partimos de : [ A ] > [ B ] y Volumen A = Volumen de B
Y finalizado el proceso las relaciones serían: [A] = [B] y Volumen A < Volumen de B
Solamente cuando se compara la concentración de las disoluciones entre sí podemos indicar
que la disolución que tiene mayor concentración se la denomina hipertónica o hiperosmótica,
mientras que a la más diluida se la llama hipotónica o hiposmótica. Si ambas tienen la misma
concentración se denominan isotónicas o isosmóticas.
Ejemplo: [ A ] > [ B ] > [ C ]
Si comparamos A y B, podemos decir: A es hipertónica respecto a B, que será hipotónica
Si comparamos B y C, podemos decir: B, en este caso, es hipertónica respecto a C, que será
hipotónica. B en el primer caso era hipotónica y en el segundo caso es hipertónica, porque
la comparamos con concentraciones diferentes ( A y C)
Presión osmótica () sería la presión que habría que hacer para evitar el flujo de agua a través
de la membrana semipermeable debido a la ósmosis, desde la solución menos concentrada hacia la
más concentrada.
Las membranas celulares funcionan como membranas semipermeables y selectivas, por ello es
importante que las células estén en equilibrio osmótico con los líquidos extracelulares que las
bañan, para evitar así que pierdan o ganen agua, sin control.
Si las células se encuentran en un medio hipertónico respecto al medio intracelular, entonces
pierden agua. Las células animales disminuyen su volumen, se arrugan y se deshidratan pudiendo
llegar a morir. En las células vegetales la membrana se desprende de la pared lo que puede
provocar la rotura de la célula. A este fenómeno se le llama plasmólisis (o crenación en el caso de
los eritrocitos)
Si las células se encuentran en un medio hipotónico respecto al medio intracelular, entonces
entrará agua dentro de las mismas, como consecuencia se hinchan aumentando el volumen y la
presión interior. A este fenómeno se le denomina turgencia. En el caso de los eritrocitos pueden
llegar a estallar al no disponer de pared celular, lo que se denomina hemólisis. En el caso de las
células vegetales y bacterias no estallan debido a la pared celular.
Si la célula se encuentra en un medio isotónico respecto al interior de la célula el agua entra y
sale en igual cantidad.

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Los procesos de ósmosis explican cómo las plantas consiguen absorber grandes cantidades de
agua del suelo, y por qué el agua del mar no sacia la sed, ya que, al estar más concentrada que el
medio intracelular, provoca una pérdida de agua por parte de las células. También pueden explicar
por qué no debemos aliñar una ensalada antes de tiempo, por qué es muy importante mantener el
volumen sanguíneo, por qué no debemos extraer a los organismos acuáticos de su medio natural y
colocarlos en un medio de concentración diferente.
DIFUSIÓN
Es la repartición homogénea de las partículas de un fluido (líquido o gas), en el seno de otro al
ponerlos en contacto. El proceso se debe al constante movimiento en que se encuentran las
partículas de los fluidos. La absorción o disolución del oxígeno en agua es un ejemplo de difusión.
Cuando colocamos en dos recipientes separados por una membrana permeable ( que deja pasar
tanto el soluto como el disolvente ) sendas disoluciones de distinta concentración, estas se mezclan
fácilmente, igualando sus concentraciones y sus volúmenes. a esto se le llama DIFUSIÓN.
En este caso:
Partimos de : [ A ] > [ B ] y Volumen A = Volumen de B
Y finalizado el proceso las relaciones serían: [A] = [B] y Volumen A = Volumen de B
GASES
Determinados gases (atmosféricos o disueltos en agua) son esenciales para los seres vivos:
 Oxígeno: imprescindible para la respiración aerobia (subproducto de la fotosíntesis).
 Dióxido de carbono: principal fuente de carbono para la fotosíntesis y la quimiosíntesis
(subproducto de la respiración aerobia).
 Nitrógeno (N2): es una fuente de nitrógeno para las bacterias y cianobacterias fijadoras de
nitrógeno atmosférico.
 Óxido nítrico (NO): actúa como molécula mensajera en ciertos procesos en los animales
4.2.2.- LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS EN LOS SERES VIVOS
Son compuestos orgánicos los compuestos de carbono. Esto es, aquellos en los que el
átomo de carbono es un elemento esencial en la molécula y forma en ella la cadena básica a la
que están unidos los demás elementos químicos.
Los seres vivos contienen compuestos orgánicos. Son éstos los que caracterizan a
lamateria viva y la causa de las peculiares funciones que realiza. La gran variedad de
compuestos orgánicos que contienen los seres vivos no se clasifican desde un punto de vista
químico, sino a partir de criterios muy simples, tales como su solubilidad o no en agua, u otros.
Siguiendo estos criterios se clasifican en:
 Glúcidos o hidratos de carbono: funciones energéticas y estructurales.
 Lípidos: funciones energéticas, estructurales y funcionales.
 Proteínas: funciónes enzimáticas, funcionales y estructurales.
 Ácidos nucleicos: responsables de la información genética.
Algunas sustancias son de gran importancia para los seres vivos pero estos las necesitan en
muy pequeña cantidad y nunca tienen funciones energéticas ni estructurales. Por esta causa
reciben el nombre de biocatalizadores. Son biocatalizadores las vitaminas, las enzimas y las
hormonas.

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ANEXOS
IONIZACION DEL AGUA: ESCALA DE pH
El agua pura se comporta como un electrolito débil y se encuentra en parte disociada en iones
H+(protones) y OH- (ión hidroxilo) según la siguiente ecuación:
H2O  H+ + OH-
En el agua la disociación es muy débil, esto significa que la mayor parte del agua se encuentra
como H2O sin disociar y solo una pequeña parte está disociada. El producto de las concentraciones
de los iones H+ y OH- es constante y se denomina producto iónico, en el agua a 25ºC es:
[H+].[OH-] = 10-14 =Kw
En el agua pura por cada H+ que se forma, se forma un OH- lo que hace que la concentración de
ambos iones sea la misma. Si aumenta la concentración de uno de los iones disminuye la del otro
para mantener constante el producto
[H+] = [OH-] = 10-7
Hay sustancias que al disolverse en el agua, aumentan la concentración de hidrogeniones [H+], se
denominan ácidos. Otras por el contrario disminuyen la[H+], se denominan bases.
La acidez de una disolución viene determinada por la [H+], Sorensen ideó la escala de pH para
expresar la concentración de hidrogeniones [H+] de una disolución y por lo tanto la acidez.
El pH = - log [H+]. El valor oscila 0 y 14.
Si el pH de una disolución es 7 (como en el agua pura), La disolución es neutra. H+ = OH-
Si el pH es <7 ,la disolución es ácida. H+> OH- .
Si el pH es > 7, la disolución es básica. H+< OH-.
La escala de pH es logarítmica, es decir que si aumenta o disminuye en una unidad significa que la
concentración de H+ se hará 10 veces menor o mayor.
Los líquidos que forman el medio interno tienen un pH constante próximo a la neutralidad. Para
que los procesos biológicos que tienen lugar en este medio interno se desarrollen con normalidad,
es necesario que no se produzcan variaciones bruscas del pH. En los procesos metabólicos se están
desprendiendo continuamente productos ácidos y básicos que variarían el pH. Para evitar esto los
seres vivos han desarrollado unos mecanismos químicos que tienen como función mantener
constante el pH del medio interno. Estos mecanismos son las disoluciones amortiguadoras,
reguladoras, tampón o buffer.
Estas soluciones están formadas por una mezcla de dos sustancias que actúan una como ácido y la
otra como base y que se mantienen en equilibrio. Por lo general suelen ser un ácido débil y la sal
de dicho ácido. El funcionamiento en esencia consiste en lo siguiente:
AH (Acido)  A- ( Base) + H+
Si hay un aumento de H+ en el medio disminuye el pH, el equilibrio se desplaza hacia la
izquierda, actúa el componente básico de la reguladora que reacciona con ellos y se rebaja la
concentración de H+ y el pH aumenta.
Si hay una disminución de H+ aumenta el pH-, el equilibrio se desplaza hacia la derecha, actúa
el componente ácido de la reguladora y se liberan H+ aumentando su concentración y
disminuye el pH.

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TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE BIOMOLÉCULAS
Las principales técnicas bioquímicas de separación de biomoléculas son las siguientes:
CENTRIFUGACIÓN
Consiste en la separación de los componentes de una mezcla en
función de las diferencias entre las masas de esos componentes, así
como las velocidades que presentan al someterlos a elevadas
aceleraciones (g). Esto se consigue haciendo girar la mezcla en un
rotor a un gran número de vueltas por minuto. Los aparatos
empleados con este fin se denominan ultracentrífugas.
DIÁLISIS
Separación de las partículas dispersas de elevada masa molecular (coloides) de las de baja
masa molecular (cristaloides), gracias a una membrana semipermeable que tan solo deja pasar
moléculas pequeñas (agua y cristaloides). Es similar a un proceso de ósmosis.
CROMATOGRAFÍA
Se fundamenta en la separación de los componentes de una mezcla por sus diferencias de
absorción. Estas diferencias van a ser debidas a las fuerzas de Van der Waals que se establecen
entre los componentes de la mezcla y una sustancia que actúa de fase estacionaria.
ELECTROFORESIS
En este método, la mezcla a separar se deposita en una cubeta
sobre un soporte de tipo poroso (acetato de celulosa o también
gel de agar, de almidón). A continuación se establece una
diferencia de potencial entre los extremos del soporte. Las
sustancias que componen la mezcla se desplazaran en función de
su tamaño molecular y su carga eléctrica. Naturalmente este
método se empleara con sustancias que presenten cargas
eléctricas (proteínas y ácidos nucleicos)
6.5 ESPECTROFOTOMETRÍA
Técnica de análisis óptico que permite comparar la radiación absorbida por una solución que
contiene una concentración desconocida de soluto con otra que contiene una concentración
conocida del mismo soluto. El grado de absorción de cada sustancia es diferente según la
longitud de onda utilizada (espectro de absorción), lo cual permite reconocerla. El instrumento
utilizado es el espectrofotómetro.

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