Fundamentos de Bioquímica Celular: Bioelementos, Propiedades del Agua y Estructura de Glúcidos

Conceptos Fundamentales de Bioelementos

Los bioelementos son elementos químicos que forman la materia viva y se clasifican en bioelementos primarios y secundarios.

Clasificación de Bioelementos

Bioelementos Primarios

Constituyen aproximadamente el 96% de la materia viva (CHONIPS: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre) y son indispensables para la formación de las biomoléculas.

Al comparar la composición atómica de la materia viva con las capas terrestres (atmósfera y litosfera) se deduce que:

• Los altos porcentajes de oxígeno e hidrógeno en la materia viva se deben a que esta está formada principalmente por agua.
• Los porcentajes de otros bioelementos primarios son muy diferentes a los que se encuentran en la atmósfera y la litosfera.

Los bioelementos se combinan mediante enlaces covalentes estables.

Bioelementos Secundarios

No son básicos para formar las biomoléculas orgánicas principales. Se dividen en dos tipos:

• Indispensables: Son imprescindibles para la vida celular y se encuentran en todos los seres vivos (ej. Na, K, Ca, Mg, Cl).
• Variables: No están presentes en todos los seres vivos (ej. B, Al, I).

Otras Clasificaciones

Los bioelementos también se clasifican según su proporción:

• Bioelementos Mayoritarios (o Plásticos): Constituyen cerca del 99% de la materia viva.
• Oligoelementos (o Elementos Traza): Se encuentran en proporciones mínimas (inferiores al 0.1%).

Propiedades y Funciones del Agua

El agua (H₂O) es la sustancia química más abundante en la materia viva.

Formas de Presentación del Agua en Seres Vivos

• Agua Circulante: Ejemplos son la sangre o la savia. En seres humanos, representa aproximadamente el 8% de su peso corporal.
• Agua Intersticial: Es la que se encuentra entre las células.
• Agua Intracelular: Está en el citosol y en el interior de los orgánulos celulares.

Estructura Molecular y Comportamiento

A temperatura ambiente, el agua es líquida porque los electrones de los dos átomos de hidrógeno están desplazados hacia el átomo de oxígeno. Así, las moléculas son dipolos, y entre ellas se establecen fuerzas de atracción que originan los enlaces de hidrógeno. Estas fuerzas hacen que el H₂O se comporte como un líquido.

Propiedades Físico-Químicas

• Elevada fuerza de cohesión entre las moléculas.
• Elevada tensión superficial.
• Elevado calor específico.
• Elevado poder disolvente (universal).
• Elevado calor de vaporización.

Función de las Soluciones Tampón

Las sales minerales, al disolverse, dan lugar a cationes y aniones. Las células utilizan estas sales para mantener constante el pH interno gracias al efecto tampón.

Osmosis y Tonicidad Celular

Definición de Osmosis

La ósmosis consiste en el paso de disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable (que impide el paso de solutos), desde la disolución de menor concentración hacia la de mayor concentración, hasta alcanzar el equilibrio o la igualdad de condiciones.

Tipos de Disoluciones y Efectos Celulares

El comportamiento de la célula varía según el medio en el que se encuentre:

• Medio Hipertónico: La célula pierde agua, se arruga y se encoge en un proceso llamado plasmólisis.
• Medio Hipotónico: La célula absorbe agua, se hincha y puede llegar a explotar (lisis) o alcanzar la máxima hinchazón (turgencia, especialmente en células vegetales).

Glúcidos (Carbohidratos)

Principales Grupos Funcionales

Los glúcidos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Sus grupos funcionales clave son:

• Grupo Alcohólico: –OH
• Grupo Cetónico: C=O
• Grupo Aldehído: –CHO
• (Nota: El grupo amino –NH₂ y el grupo ácido –COOH son característicos de otras biomoléculas, como proteínas y lípidos, respectivamente, aunque pueden estar presentes en derivados de glúcidos).

Clasificación de Glúcidos

Según el número de unidades polihidroxialdehídicas o cetónicas, los glúcidos se clasifican en:

• Monosacáridos
• Oligosacáridos
• Polisacáridos

Conceptos de Isomería

Isomería Estructural

La isomería es la propiedad de los compuestos químicos, especialmente las cadenas de carbono, de poseer la misma fórmula molecular, pero diferente estructura y propiedades.

Isomería Óptica

Existen moléculas que coinciden en todas sus propiedades excepto en su capacidad de desviar la luz polarizada; son los llamados isómeros ópticos.

Isomería Anomérica

Se define anómero como el isómero de un monosacárido de más de cinco carbonos que, al ciclarse, determina dos posiciones para el grupo hidroxilo del carbono anomérico (posición alfa o beta), según la orientación del plano.

Carbono Asimétrico

Es un átomo de carbono que está enlazado con cuatro sustituyentes o elementos diferentes. La presencia de carbonos asimétricos es fundamental en la estructura de los glúcidos y determina su actividad óptica.