Fundamentos de la Biología Celular: Bioelementos, Biomoléculas, Agua y Transporte Osmótico

Bioelementos: La Composición Química de los Seres Vivos

Los bioelementos o elementos biogénicos son aquellos que forman parte de los seres vivos, presentes en proporciones muy variables y a menudo pequeñísimas. Se clasifican según su abundancia:

Clasificación de los Bioelementos

1. Bioelementos Primarios (C, H, O, N): Son los más abundantes y están presentes en todos los seres vivos.
2. Bioelementos Secundarios (Na, Mg, P, S): Son menos abundantes, pero también están presentes en todos los seres vivos.
3. Oligoelementos: Son los que aparecen en una proporción >0,1%. Se clasifican en:
   • Oligoelementos Esenciales: Presentes en todos los seres vivos (Mn, Fe, Co, Cu).
   • Oligoelementos No Esenciales: No están presentes en todos los seres vivos (Al, Si).

Principios Inmediatos y Biomoléculas

Los principios inmediatos están formados por la combinación de los bioelementos. Las biomoléculas son exclusivas de los seres vivos (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

El Agua: Estructura y Propiedades Biológicas

Estructura Molecular del Agua

La molécula del agua (H₂O) está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), unidos por enlace covalente. La molécula es dipolar debido a que el oxígeno posee mayor electronegatividad, lo que resulta en que los hidrógenos adquieran una carga positiva parcial (δ+) y el oxígeno una carga negativa parcial (δ-). Esta polaridad permite que las moléculas de agua se unan entre sí mediante puentes de hidrógeno.

Propiedades Derivadas de la Polaridad

Al ser polar, el agua disuelve sustancias polares (actuando como disolvente universal) y funciona como medio de transporte de sustancias, como las sales minerales en las plantas. Además, una propiedad crucial es que la densidad del hielo es menor que la del agua líquida.

La Ósmosis y el Transporte a Través de Membrana

Definición de Ósmosis

La ósmosis es el proceso de difusión pasiva que se realiza a través de una membrana semipermeable que permite el paso de disolventes, pero no de solutos. Es decir, cuando la membrana separa medios con diferente concentración, el disolvente se difunde desde la disolución más diluida a la más concentrada.

Clasificación de Medios Según la Concentración (Tonicidad)

Según sus concentraciones de solutos, los medios se clasifican en:

• Hipertónicos: Si tienen una elevada concentración de solutos respecto a otro medio donde la concentración es menor.
• Hipotónicos: Si contienen una concentración de solutos baja con respecto a otro medio que la tiene superior.
• Isotónicos: Si la concentración de solutos es igual en ambos medios.

Presión Osmótica y Efectos Celulares

La presión osmótica ocurre cuando las moléculas de agua difunden desde los medios hipotónicos a los hipertónicos, provocando un aumento de presión sobre la cara de la membrana del compartimiento hipertónico.

Efectos de la Tonicidad en las Células

• Medio Externo Hipertónico: Cuando el medio externo celular es hipertónico con respecto al medio interno, la célula pierde agua por ósmosis y disminuye su volumen celular.
  • En células animales: Se denomina crenación.
  • En células vegetales: Se denomina plasmólisis.
• Medio Externo Hipotónico: Cuando el medio externo celular es hipotónico con respecto al interno, el agua difunde hacia el interior de la célula, aumentando el volumen celular.
  • En células animales: Se puede producir un estallido celular o hemólisis.
  • En células vegetales: Al tener paredes rígidas, se produce la turgencia celular.

Las Sales Minerales y sus Funciones Biológicas

Sales Minerales Solubles (Disociadas)

Son sales solubles en agua que se encuentran disociadas en sus iones y forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares. Sus funciones principales incluyen:

• Calcio (Ca): Contracción muscular y coagulación sanguínea.
• Hierro (Fe): Transporte de O₂ asociado a la hemoglobina.
• Potasio (K): Transmisión del impulso nervioso.
• Magnesio (Mg): Asociado a la clorofila.

Sales Minerales Precipitadas (Insolubles)

Son insolubles y aparecen en estado sólido, teniendo como función principal formar estructuras de protección y soporte.

• Carbonato Cálcico: Forma parte de caparazones de protozoos y, en vertebrados, endurece huesos y dientes.
• Silicatos: Forman caparazones de protección de algunos microorganismos y endurecen estructuras de sostén de algunos vegetales (como las gramíneas).
• Fosfato Cálcico: Forma parte de la matriz mineral que compone los huesos de los vertebrados.