El número de p+ tiene que ser igual al número de e. Por lo que los átomos son estructuras eléctricamente neutras. Lo que caracteriza a cada átomo es el número de protones. Número atómico




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Grupos funcionales más frecuentes e importancia jerarquizada


- ácido orgánico (-COOH)

- amino (- N H2) y la variante imino (= N H)

- aldehído (-CHO),

- cetonas (>C=O),

- alcohol (-OH),
Los componentes químicos de los seres vivos (niveles de organización)

Bioelementos, elementos que encontramos en los seres vivos

Biomoléculas (moléculas forman parte de los seres vivos como: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos)

-Inorgánicas (de la naturaleza HO sales minerales y gases CO2, O2)

-Orgánicas (exclusivas de los seres vivos)

- glúcidos

- lípidos

- proteínas

- ácidos nucleicos (ADN y ARN)

Por esto, las biomoléculas orgánicas también se denominan, principios inmediatos de la vida.
LOS BIOELEMENTOS o ELEMENTOS BIOGÉNICOS. (página 157)
Bioelementos Ningún Elemento químico es exclusivo de los seres vivos y todos se encuentran también en la Naturaleza, sin embargo, hay sólo 27 que forman parte permanente de los seres vivos y otros 50 que pueden aparecer ocasionalmente y abundan en distinta proporción, hay que tener en cuenta que todos ellos tienen la misma importancia, solo influye en la clasificación la abundancia o escasez de ellos.
Los bioelementos se pueden clasificar generalmente en dos grupos: los bioelementos primarios y los bioelementos secundarios.
a) - bioelementos primarios: Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), que son las moléculas que constituyen todos los seres vivos C, H, O, N, son los más abundantes representan el 95% en los seres vivos.

Sus características más importantes son:

-abundancia en la biosfera.

-facilidad que tienen los seres vivos para incorporarlos.

-Por su baja masa atómica.

-pueden compartir los e- de las capas más externas, lo que les permite formar enlaces covalentes estables entre sí y con otros átomos, con frecuencia dan lugar a moléculas dipolares.

- Dado que el agua también es dipolar, estos compuestos se disuelven bien en ella y pueden reaccionar entre sí.

Algunos autores consideran como bioelementos primarios un grupo de seis elementos que constituyen el 96,2% del total de la materia viva. Son el C, O, H, N, P y el S. (con lo que eliminarían del grupo de los secundarios al P y el S)
b) - bioelementos secundarios: Son todos los bioelementos restantes. En este grupo se pueden distinguir dos tipos: los indispensables, que son los que no pueden faltar porque son imprescindibles para la vida de la célula, y los variables, que son los que sí pueden faltar en algunos organismos. Son indispensables el Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, Si, Cu, Mn, B, F, I. Son variables el Br, Zn, V, Pb. Constituyen aproximadamente el 3,5% si se incluyen al P y el S entre los primarios

c- Oligoelementos o elementos traza: se encuentran en cantidades muy pequeñas, en conjunto representan menos del 1% muchos de ellos son esenciales para la vida, ya que desempeñan funciones importantes en las células: Fe, Zn, I, Cu, F, B, Mn, Cr, Sn, etc. No todos forman parte de todos los seres vivos.
Otra clasificación de los bioelementos es la basada en su abundancia. Los que se encuentran en proporciones inferiores al 0, 1% se denominan oligoelementos, y el resto bioelementos plásticos.

Los bioelementos primarios, función


Si se compara la composición atómica de la biosfera, con la composición de la atmósfera, de la hidrosfera y de la litosfera, se pueden deducir las siguientes conclusiones:

  • Las elevadas proporciones de H y O se deben a que la materia viva está constituida por agua en un porcentaje que varía de un 65% (organismos terrestres) a un 90% (organismos acuáticos). Lo cual se debe a que todas las reacciones químicas que se realizan en los organismos se desarrollan en el medio orgánico (acuoso). No es posible la vida sin agua.

  • Los porcentajes del resto de los bioelementos primarios (C, N, S y P) de la biosfera son muy diferentes de los encontrados en la atmósfera, hidrosfera o litosfera, por lo que se puede deducir que la materia viva se ha formado a partir de (C, H, O, N, P y S) que gracias a sus propiedades son capaces de constituirla. Estas propiedades son:


El Carbono se combina fácilmente con los demás bioelementos, tiene cuatro electrones en su periferia y puede formar enlaces covalentes estables con otros carbonos. Éstos le permiten constituir largas cadenas lineales o ramificadas. Gracias a que los enlaces pueden ser simples, dobles o triples, y, sobre todo, gracias a los diferentes radicales formados por los otros elementos (-H, -OH, -NH2), es posible un gran número de moléculas diferentes, que posibilitan una gran variabilidad de reacciones químicas.

El hidrógeno es el otro elemento que resulta indispensable para formar la materia orgánica. Ésta se define como la materia constituida básicamente por carbono e hidrógeno. El único electrón que posee el átomo de hidrógeno le permite formar un enlace con cualquiera de los otros bioelementos primarios. Las moléculas formadas sólo por carbono e hidrógeno son covalentes apolares (insolubles en agua). Si algunos hidrógenos son sustituidos por grupos covalentes polares, la molécula orgánica puede llegar a ser soluble en agua.

El oxigeno es el bioelemento primario más electronegativo. Esto lo hace idóneo para quitar electrones a otros átomos, es decir, para oxidarlos. Como este proceso comporta la rotura de enlaces y la liberación de una gran cantidad de energía, la reacción de los compuestos de carbono con el oxígeno, la llamada respiración aeróbica, es la forma más común de obtener energía.

El nitrógeno al igual que el carbono y el azufre, presenta una gran facilidad para formar compuestos tanto con el hidrógeno como con el oxígeno, lo cual permite, la liberación de energía.

El azufre básicamente se encuentra en forma de radical sulfhidrilo (-SH) en determinados aminoácidos (Metionina y Cisteina). Estos radicales permiten establecer, entre dos aminoácidos próximos, unos enlaces covalentes fuertes denominados puentes disulfuro, que mantienen la estructura de las proteínas.

El fósforo forma parte de los ácidos nucleicos, permite establecer enlaces ricos en energía. En estos enlaces se almacena la energía liberada en otras reacciones.
Los bioelementos secundarios, función

Se pueden distinguir entre los que son abundantes y los que suelen ser oligoelementos. Los más abundantes son el Na, K, Mg, Cl y Ca.

Entre los oligoelementos citar: el Fe, Zn, Cu, Co, Mn, Li, Si, I y F.
Se encuentran en el interior de la célula disociados como iones. El sodio potasio y cloro participan en mantener el grado de salinidad así como en el impulso nervioso.
El calcio actúa como constitutivo de estructuras esqueléticas, en el mecanismo de contracción muscular y en la coagulación entre otros procesos. El magnesio es imprescindible para la acción catalítica de muchas enzimas.
Los oligoelementos

Son necesarios para el funcionamiento de la célula y suelen asociarse a enzimas.

El hierro participa en los procesos redox de la cadena respiratoria y forma parte de la hemoglobina.

El cobre forma parte de múltiples enzimas de oxidación.

El cobalto y el molibdeno forman parte de coenzimas.

El yodo es fundamental para la hormona del tiroides y el flúor en la formación de los dientes

LOS PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLÉCULAS (pág. 158)

Los átomos de los diferentes bioelementos se combinan para formar las moléculas

Si se efectúa un análisis físico de la materia viva, de forma que se puede separar cada una de las sustancias, se llega a los llamados principios inmediatos o biomoléculas. Los principios inmediatos pueden ser:

- inorgánicos, como el H2O, O2 CO2 y las sales minerales, y

- orgánicos, como los glúcidos, los lípidos, proteínas y ácidos nucleicos constituidos básicamente por polímeros.

Los principios inmediatos pueden tener:

- función estructural, como las proteínas y las sales minerales de los huesos,

- función energética, como las grasas y

- función biocatalizadora.
Muchos de estos compuestos orgánicos son macromoléculas formadas por otras moléculas más sencillas. La unidad estructural aislada se llama monómero y la macromolécula recibe el nombre de polímero.
EL AGUA
El agua es la biomolécula más abundante en la materia viva constituye el 75 % en peso de la materia viva. Se consigue por ingesta de líquidos y alimentos sólidos y como resultado de las reacciones metabólicas.

Cuanto más joven es el individuo, más porcentaje de agua tiene en su organismo, que va perdiendo con el paso del tiempo.En los humanos adultos representa el 63% de su peso, en el embrión humano el 94%, y en las algas el 95%. Existe una relación directa entre contenido en agua y actividad fisiológica de un organismo. Así, los menores porcentajes se dan en seres con vida latente, como semillas o virus.

El agua se encuentra en la materia viva en tres formas:

  • Como agua circulante se desplaza a través del organismo y es utilizada como transporte de sustancias. (en la sangre, en la savia).

  • Como agua intersticial o de imbibición (entre las células) o extracelular (fuera de las células) Se encuentra empapando los materiales citoplasmáticos, unida débilmente a los materiales biológicos de los que se separa por desecación a los 100 ºC

  • Como agua intracelular (en el citosol y en el interior de los orgánulos celulares). Agua ligada, retenida en combinaciones diversas en el interior de las células, no desaparece por desecación.

En los seres humanos, el agua circulante supone el 8% de su peso, el agua intersticial el 15%, y el agua intracelular el 40%.



Características fundamentales del agua:

  • Líquida a temperatura ambiente, (otras moléculas de parecido peso molecular son gases). Este comportamiento físico se debe a que en la molécula de agua (a pesar de poseer una carga total neutra) aparece un polo negativo, donde está el átomo de oxígeno (el O consigue que los e- del enlace estén más tiempo cerca de él, creando zonas con carga), y dos polos positivos, donde están los dos núcleos de hidrógeno. Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamadas puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3, 4 y hasta poco más de 9 moléculas (pero se hacen y deshacen al momento). Con ello se alcanzan pesos moleculares elevados y el H2O se comporta como un líquido, (sólido moléculas quietas, líquido moléculas unidas por puentes de H, Gaseoso moléculas sueltas)

  • Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas, debida a los puentes de hidrógeno. Ello explica que el agua sea un líquido prácticamente incomprensible. El agua es ideal para darle volumen a las células. También explica que tenga una elevada tensión superficial y una capilaridad.

  • Elevada tensión superficial: es como la resistencia de la superficie al romperse, que al ser elevada favorece los cambios y deformaciones del citoplasma y la subida de sabia bruta por los vasos leñosos debido a la capilaridad.

  • El elevado calor específico. Se necesita una caloría para elevar un gramo 1 ºC, un valor relativamente alto que permite que el agua absorba o libere cantidades de calor sin sufrir variaciones en su temperatura. Esto la convierte en estabilizador térmico del organismo frente a los cambios bruscos de temperatura y ayuda a mantener una Tª constante.

  • Alta conductividad: facilita la distribución del calor por toda la masa de agua.

  • Elevado calor de vaporización. Ello se debe a que para pasar del estado líquido al gaseoso hay que romper todos los puentes de hidrógeno.

  • Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido. Ello explica que el hielo flote en el agua y por ello puede haber vida en zonas frías.

  • Elevada constante dieléctrica. Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando en el caso de los compuestos iónicos a desdoblarlos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se denomina solvatación iónica.

  • Bajo grado de ionización.


Funciones del agua en los seres vivos:

  • Función disolvente por ser una molécula polar, permite que se disuelvan la mayor parte de las biomoléculas, esto permite que en su seno se realicen todas las reacciones químicas del metabolismo. Dispersa sustancias anfipáticas, que contienen grupos hidrófobos e hidrófilos. No disuelve moléculas apolares

  • Función bioquímica. Reactivo químico: participa en las reacciones por su capacidad de disociarse en iones H+ y OH-, como ocurre en la hidrólisis, rotura de enlaces introduciendo agua.

  • Medio de reacción: gracias al poder disolvente, la mayoría de las biomoléculas están disueltas en agua y de ese modo reaccionan entre sí.

  • Función de transporte. El agua es el medio de transporte de las sustancias desde el exterior al interior de los organismos.

  • Función estructural. El volumen y forma de las células que carecen de membrana rígida se mantienen gracias a la presión que ejerce el agua interna.

  • Función mecánica amortiguadora.

  • Función termorreguladora impidiendo que los cambios bruscos de Tª afecten a los organismos. Se debe a su elevado calor específico y a su elevado calor de vaporización.


LAS SALES MINERALES

Las sustancias minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas: precipitadas, disueltas o asociadas a sustancias orgánicas. Su metabolismo se diferencia del de los demás componentes de la materia viva en que no pueden ser ni producidas ni degradas.

  • Las sustancias minerales precipitadas constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética (huesos, caparazones de moluscos, diatomeas).

  • Las sales minerales disueltas dan lugar a aniones y cationes.

  • Las sustancias minerales asociadas a moléculas orgánicas suelen encontrarse junto a proteínas, como las fosfoproteínas; junto a lípidos como los fosfolípidos, y junto a glúcidos como en el agar-agar.

Las principales funciones de las sustancias minerales en los organismos son:

  • Formar estructuras esqueléticas.

  • Estabilizar dispersiones coloidales.

  • Mantener un grado de salinidad en el medio interno. Si éste varía, pueden producirse fenómenos osmóticos desfavorables para las célula. Regulación de la presión osmótica

  • Constituir soluciones amortiguadoras o tampón, manteniendo el pH constante.

  • Algunas sales minerales desempeñan funciones específicas: ejemplo la transmisión del impulso nervioso (Na+ y K+) o en la contracción muscular Ca++).



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