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Las biomoléculas · Bioelementos y biomoléculas

Bioelementos y biomoléculas inorgánicas

Te tomas una chicha de piña bien fría en el Casco Antiguo: casi todo lo que hay en ese vaso es agua con unas pocas sales y azúcares disueltos. Solo unos veinte elementos de la tabla periódica forman parte de la materia viva, y cuatro de ellos (C, H, O y N) suman más del 95 % de la masa de cualquier ser vivo. En esta página vas a ver por qué la vida «eligió» tan pocos elementos y por qué el agua y las sales minerales, que no tienen carbono, son imprescindibles.

Bioelementos: primarios, secundarios y oligoelementos

Si calcinas una muestra de tejido vegetal o animal en el laboratorio, casi todo su peso se pierde en forma de gases y queda solo una pequeña porción de cenizas inorgánicas. ¿Qué elementos formaban la parte que ardió y cuáles las cenizas?

Diagrama de barras horizontales que compara la abundancia relativa en la materia viva de los bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos: la caja de los primarios es la más ancha y la de los oligoelementos la más estrecha. abundancia relativa en la materia viva (escala no lineal) primarios: C, H, O, N, P, S (> 95 %) secundarios: Ca, Na, K, Cl, Mg 0.1 % – 2 % < 0.1 % oligoelementos: Fe, Zn, Cu, I… la anchura de cada caja no representa su importancia, solo su cantidad
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Explica la diferencia entre bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos, y pon un ejemplo concreto de cada uno de los tres grupos.

Explica la diferencia entre bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos, y pon un ejemplo concreto de cada uno de los tres grupos.

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Observa el gráfico de barras de la abundancia de los principales bioelementos en la materia viva. Indica a qué grupo de bioelementos pertenecen los cuatro elementos más…

Observa el gráfico de barras de la abundancia de los principales bioelementos en la materia viva. Indica a qué grupo de bioelementos pertenecen los cuatro elementos más abundantes, qué porcentaje de la materia viva representan aproximadamente en conjunto y por qué se consideran imprescindibles para formar biomoléculas.

O C H N Ca P Fe, Zn, Cu… 62 % 20 % 10 % 3 % 2 % 1 % < 1 % primarios secundarios oligoelementos

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

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Compuestos biogenésicos: orgánicos e inorgánicos

Los bioelementos se combinan y forman los compuestos biogenésicos, es decir, las moléculas que constituyen la materia viva (las biomoléculas). Se clasifican en dos grandes grupos.

  • Inorgánicas: el agua y las sales minerales. No tienen cadenas de carbono propias de los seres vivos.

  • Orgánicas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Tienen esqueleto de carbono unido a H, O y N, y cada una tiene su propia página.

¿Por qué carbono y no silicio?

La materia viva y la corteza terrestre tienen composiciones muy distintas. En la materia viva abundan C, H, O y N; en la corteza dominan O, Si y Al, y el carbono es escaso. El carbono forma enlaces covalentes fuertes y estables con otros átomos de carbono (cadenas largas, ramificadas y anillos), con enlaces simples, dobles y triples, y con H, O y N. Sus compuestos son variados y estables en agua. El silicio forma enlaces Si–Si más débiles y sus óxidos son sólidos rocosos (como el cuarzo), mientras que el CO₂ es un gas soluble que los seres vivos pueden captar y expulsar con facilidad.

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Se analiza en el laboratorio la composición elemental (% en masa seca) de dos muestras desconocidas: Muestra 1: Oxígeno 62.4 %, Carbono 19.8 %, Hidrógeno 9.5 %,…

Se analiza en el laboratorio la composición elemental (% en masa seca) de dos muestras desconocidas:

  • Muestra 1: Oxígeno 62.4 %, Carbono 19.8 %, Hidrógeno 9.5 %, Nitrógeno 3.1 %, Calcio 1.4 %, Hierro 0.005 %, Zinc 0.003 %.

  • Muestra 2: Oxígeno 46.6 %, Silicio 27.7 %, Aluminio 8.1 %, Hierro 5.0 %, Calcio 3.6 %, Carbono 0.03 %.

  1. a) Deduce razonadamente cuál de las muestras procede de materia viva y cuál de la corteza terrestre, justificando tu elección a partir de las propiedades fisicoquímicas del carbono que lo hacen más idóneo que el silicio para constituir las biomoléculas.
  2. b) A partir de los datos de la muestra biológica, clasifica sus elementos en primarios, secundarios y oligoelementos atendiendo a su abundancia relativa.
  3. c) Justifica por qué un oligoelemento como el zinc es tan indispensable para el mantenimiento de la vida celular como el carbono, a pesar de encontrarse en una proporción miles de veces inferior.
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El agua: una molécula polar unida por puentes de hidrógeno

Molécula de agua con geometría angular: el oxígeno (δ⁻) unido por enlaces covalentes a dos hidrógenos (δ⁺) con un ángulo de unos 104.5° y el dipolo eléctrico resultante. ángulo ≈ 104.5° O (δ⁻) H (δ⁺) H (δ⁺) dipolo eléctrico Molécula de agua angular en el centro, unida por cuatro puentes de hidrógeno a cuatro moléculas vecinas: sus dos hidrógenos δ⁺ atraen el oxígeno δ⁻ de dos vecinas y su oxígeno δ⁻ atrae un hidrógeno δ⁺ de cada una de las otras dos. Cada molécula de agua puede formar hasta 4 puentes de hidrógeno O O O O O H H H H H H H H H H δ⁻ δ⁻ δ⁻ δ⁺ δ⁺ δ⁺ δ⁺ puente de hidrógeno (entre moléculas) enlace covalente O–H (dentro de la molécula)
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Indica dos funciones del agua en los seres vivos que sean consecuencia directa de su polaridad y explica brevemente cada una de ellas.

Indica dos funciones del agua en los seres vivos que sean consecuencia directa de su polaridad y explica brevemente cada una de ellas.

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Propiedades del agua y sus funciones biológicas

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Relaciona la elevada capacidad calorífica del agua con la termorregulación de los organismos y pon un ejemplo que muestre esa función en un ser vivo concreto.

Relaciona la elevada capacidad calorífica del agua con la termorregulación de los organismos y pon un ejemplo que muestre esa función en un ser vivo concreto.

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Las sales minerales: disueltas y precipitadas

La chicha se prepara con agua que tiene sales minerales disueltas, igual que el agua del IDAAN y el suero oral que se da en una deshidratación. Pero esas mismas sales, en el esqueleto, están sólidas. ¿Qué cambia entre un estado y otro?

Comparación entre sales minerales disueltas, con iones Na⁺, K⁺, Cl⁻ y Ca²⁺ libres en el agua y rodeados de una capa de hidratación, y sales precipitadas, que forman una red cristalina sólida e insoluble de iones calcio y aniones como fosfato o carbonato, propia del hueso o de la concha. disueltas precipitadas H₂O Na⁺ Cl⁻ K⁺ Ca²⁺ capa de hidratación Ca²⁺ PO₄³⁻ o CO₃²⁻ cristal sólido insoluble iones móviles en el agua (líquidos corporales) sostén y protección (hueso, concha)
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Una célula acumula iones $\text{K}^+$ en su interior y mantiene iones $\text{Na}^+$ en el exterior. Explica en qué forma se encuentran estas sales minerales en el medio…

Una célula acumula iones $\text{K}^+$ en su interior y mantiene iones $\text{Na}^+$ en el exterior. Explica en qué forma se encuentran estas sales minerales en el medio celular (disueltas o precipitadas) y nombra dos funciones que pueden desempeñar.

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El esqueleto humano contiene sales de calcio en forma precipitada. Nombra una sal mineral concreta que lo forme y explica qué ventaja aporta que esté precipitada en…

El esqueleto humano contiene sales de calcio en forma precipitada. Nombra una sal mineral concreta que lo forme y explica qué ventaja aporta que esté precipitada en lugar de disuelta.

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Sistemas tampón y estabilidad del pH

Si echas una gota de ácido en agua pura, el pH cae mucho; si la echas en plasma sanguíneo, casi no cambia. ¿Cómo evitan los fluidos biológicos los cambios bruscos de acidez?

Un tampón combina una especie capaz de captar H⁺ con su forma protonada, que puede cederlos. Amortigua los cambios de pH, pero su capacidad es limitada. Destacan el sistema bicarbonato en el medio extracelular y el fosfato en el intracelular.

$$\mathrm{H_2PO_4^-\rightleftharpoons H^++HPO_4^{2-}}$$ Un tampón fosfato: ante un exceso de H⁺ la base HPO₄²⁻ capta un protón y pasa a H₂PO₄⁻; si faltan H⁺, el H₂PO₄⁻ cede un protón y vuelve a HPO₄²⁻. Exceso de H⁺: la base los capta H+ + HPO42− base H H2PO4− ácido Faltan H⁺: la forma ácida los cede H H2PO4− ácido HPO42− base + H+

Vuelta al principio: de todos los elementos, la vida «eligió» sobre todo C, H, O y N porque son pequeños y livianos y comparten electrones formando enlaces covalentes estables y variados, ideales para construir biomoléculas. Y el agua de la chicha, con sus sales disueltas, resulta ser el medio donde esas biomoléculas funcionan.

Resumen

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