Bioelementos y Biomoléculas: Composición, Estructura y Funciones Esenciales

Bioelementos y Biomoléculas: Composición y Funciones

Bioelemento: Elemento químico que forma parte de la materia viva.

Biomolécula: Molécula resultante de la unión por enlaces químicos de bioelementos y que forma parte de los seres vivos.

Ejemplos:

• Bioelementos: C, O, H, N, P, etc.
• Biomoléculas: Agua, sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Enumeración e Importancia Biológica

• Carbono: Esqueleto de las moléculas orgánicas.
• Oxígeno: Oxidación biológica para la obtención de energía.
• Azufre: Enlaces puente disulfuro en proteínas.
• Fósforo: ATP y nucleótidos, fosfolípidos.
• Agua: Medio de transporte, termorregulación, etc.
• Sales minerales: Estructural, amortiguadoras de pH, etc.
• Glúcidos: Energética y estructural (pared celular vegetal), etc.
• Lípidos: Energética y estructural (membranas), etc.
• Proteínas: Enzimática, contráctil, etc.
• Ácidos nucleicos: Información hereditaria.

Clasificación de los Bioelementos

• Bioelementos primarios: Son el carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre y fósforo (estos dos últimos en menor proporción). Constituyen el 99% de la materia viva y son imprescindibles para la formación de las biomoléculas orgánicas.
• Bioelementos secundarios: Aparecen en una proporción inferior al 1% y se encuentran generalmente en estado iónico. Son el Mg²⁺, Ca²⁺, Na⁺, K⁺ y Cl^-.
• Oligoelementos: Representan menos del 0,1% de la masa de un ser vivo. Su falta provoca enfermedades carenciales, mientras que su exceso puede provocar intoxicaciones.

Propiedades Fisicoquímicas del Carbono

El carbono posee cuatro electrones en su capa más externa, lo que le permite formar cuatro enlaces covalentes muy estables, dirigidos hacia los vértices de un tetraedro, formando estructuras moleculares tridimensionales. Puede unirse consigo mismo o a otros átomos similares, mediante enlaces simples, dobles o triples, dando lugar a cadenas lineales o ramificadas y anillos.

Estructura y Propiedades del Agua

La estructura del agua es un dipolo formado por oxígeno e hidrógeno, donde los átomos de hidrógeno, unidos mediante enlaces covalentes, se encuentran separados por un ángulo de 105°.

Enlaces entre Moléculas de Agua

Enlaces de hidrógeno.

Propiedades del Agua

• Elevada fuerza de cohesión-adhesión.
• Elevado calor específico.
• Elevado calor de vaporización.
• Baja densidad en estado sólido.
• Elevada constante dieléctrica.
• Bajo grado de ionización.

Funciones del Agua

• Disolvente de sustancias.
• Función química.
• Transportadora.
• Estructural.
• Amortiguadora.
• Termorreguladora.

Disolución de Sustancias en Agua

El agua disuelve muchas sales cristalizadas y compuestos iónicos (NaCl) gracias a su elevada constante dieléctrica, que le permite vencer las fuertes atracciones electrostáticas existentes entre los iones de una red. Los cationes y aniones quedan rodeados por moléculas de agua (capa de hidratación o solvatación), formándose los iones hidratados correspondientes, muy estables, superando con ello la tendencia de los iones a atraerse entre sí.

Capilaridad: Cohesión y Adhesión

La fuerza de cohesión se debe a los puentes de hidrógeno, que mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas. La fuerza de adhesión se debe a los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares. La combinación de la cohesión de las moléculas de agua y la adhesión de estas a superficies cargadas permite procesos de capilaridad, como la ascensión de la savia bruta a través del xilema o la penetración de agua por capilaridad en semillas, madera, etc.

Medios Hipotónicos e Hipertónicos

• Hipotónico: Cuando el medio externo de una célula tiene menor concentración de solutos que el medio interno de esta.
• Hipertónico: Cuando el medio externo de una célula tiene mayor concentración de solutos que el medio interno de esta.

Consecuencias de las Diferencias de Concentración en las Células

Una célula, situada en un medio hipertónico, puede experimentar un proceso de plasmólisis, por salida continuada de agua de su interior; en este caso, la célula se arruga y la membrana puede llegar a romperse. Del mismo modo, si las condiciones del medio son hipotónicas, sufre turgescencia, debido a la entrada de agua, que puede acabar con la rotura de la membrana por incremento de su volumen intracelular.