Tema 2: los bioelementos, el agua y las sales minerales
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TEMA 2: LOS BIOELEMENTOS, EL AGUA Y LAS SALES MINERALES1.-LOS BIOELEMENTOS. Al analizar la materia viva vemos que está formada por unos 70 elementos a los que denominamos bioelementos. Se clasifican en:
Los bioelementos primarios son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total. Son los elementos más idóneos para constituir los seres vivos ya que:
Por todo ello, el carbono es la base de la química orgánica, pero aunque todas las moléculas orgánicas son compuestos de carbono, no todos los compuestos de carbono son orgánicos. (Ej: CO2). 2.-ELAGUA. El agua es la sustancia más abundante en la materia viva, pues entre el 65 y el 95% del peso de de la mayor parte de las formas vivas es agua. El agua fue además el soporte donde surgió la vida. El agua se encuentra en la materia viva en tres formas:
E  s una molécula con un extraño comportamiento que la convierte en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su importancia biológica.La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes con un ángulo aproximadamente de 104'5º. El agua a temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar si se considera que otras moléculas de similar peso molecular, como el CO2 , son gases. La razón está en que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, ya que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el oxígeno, convirtiéndose en una molécula polar: alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. A  sí se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno formando grupos de 3, 4 y hasta 9 moléculas: 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 cercanas. E   stas agrupaciones duran fracciones de segundo dando así al agua sus propiedades de fluidez. En realidad, encontramos pequeños polímeros con huecos que son rellenados por moléculas aisladas. 2.1.-PROPIEDADES DEL AGUA. 1  . Elevada fuerza de cohesión. Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos. También explica el hecho de que su superficie ofrezca mucha resistencia a romperse permitiendo a muchos organismos vivir asociados a esa película superficial. 2. Elevada fuerza de adhesión. El agua tiene la capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la adhesión de las moléculas de agua a las paredes del conducto y a la cohesión de las moléculas de agua entre sí. A este fenómeno se debe la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos. 3. Gran calor específico. Todas las sustancias para elevar su temperatura necesitan un aporte de calor. El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a 1 gramo de agua para que su temperatura se eleve 1º C. En el caso del agua es una caloría y es un valor relativamente alto. Esto permite que el agua pueda absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Así se convierte en un magnífico estabilizador térmico del organismo frente a cambios bruscos de temperatura en el ambiente. 4. Elevado calor de vaporización. Los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. 5. Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido que explica que el hielo flote en el agua formando una capa termoaislante permitiendo la vida bajo ella.  6. Elevada constante dieléctrica. Gracias a esta propiedad el agua tiene una gran capacidad disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Por tener moléculas polares, disuelve compuestos iónicos (sales) y covalentes polares (glúcidos). El proceso se debe a que las moléculas polares del agua se disponen alrededor de las moléculas polares del soluto, llegando a romperlos en aniones y cationes en el caso de compuestos iónicos. Este fenómeno se llama solvatación iónica. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: medio donde ocurren las reacciones del metabolismo y ser el sistema de transporte. 7. Bajo grado de ionización. El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de: agua molecular (H2O ) protones hidratados (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-) Sin embargo sólo 1 de 551.000.000 moléculas de agua se encuentra ionizada. Por ello la concentración de iones hidronio (H3 O+ ) e hidroxilo (OH-) es muy baja (10-7 moles por litro). Por ello si le añadimos un ácido (añadimos H3 O+ ) o una base (añadimos OH-) estos valores varían bruscamente. 2.2.-PAPEL DEL AGUA Y DE LAS DISOLUCIONES SALINAS EN LOS EQUILIBRIOS OSMÓTICOS Y ÁCIDO BASE. En los seres vivos el estado líquido está formado por dispersiones de muchos tipos de moléculas a las que llamamos solutos, y un solo tipo de dispersante o disolvente que es el agua. Las propiedades de las disoluciones que más interés tienen en Biología son:
Y   se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan. Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intracelulares es igual , ambas disoluciones son isotónicas. Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se hacen hipertónicos respecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren (plamólisis). Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes ( turgencia ), llegando incluso a estallar. Los procesos de ósmosis explican cómo las plantas absorben gran cantidad de agua del suelo, y el por qué el agua del mar no calma la sed.
ph=-log H3O+ Los valores de pH oscilan entre 0 y 14 distinguiendo los siguientes tipos de disoluciones:
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l átomo de carbono es muy especial ya que posee una configuración tetraédrica, con cuatro valencias que les permite unirse a otros carbonos. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.
H2O + H2PO4- HPO42- + H3O+
tro ejemplo es el sistema tampón bicarbonato:
