Todos los seres vivos están formados por los mismos elementos químicos, organizados en biomoléculas. Las más sencillas son inorgánicas: el agua, que supone entre el 60 % y el 90 % de la masa de un organismo, y las sales minerales. Sus propiedades explican fenómenos tan cotidianos como la regulación de la temperatura corporal o la turgencia de una planta.
Objetivos
- Clasificar los bioelementos en primarios, secundarios y oligoelementos
- Relacionar la estructura dipolar del agua y los puentes de hidrógeno con sus propiedades y funciones
- Calcular e interpretar el pH y explicar el funcionamiento de un sistema tampón
- Explicar la ósmosis y predecir el comportamiento de una célula en medios hipotónicos e hipertónicos
1. Los bioelementos
Bioelemento: Elemento químico que forma parte de los seres vivos. Se clasifican según su abundancia en la materia viva.
| Grupo | Elementos | Ejemplos de función |
|---|---|---|
| Primarios (≈ 96 %) | C, H, O, N, P, S | Forman las biomoléculas orgánicas |
| Secundarios | Na, K, Cl, Ca, Mg | Impulso nervioso (Na⁺, K⁺), contracción muscular y huesos (Ca²⁺), clorofila (Mg) |
| Oligoelementos (< 0,1 %) | Fe, I, Zn, Cu, Mn, Co, F… | Hemoglobina (Fe), hormonas tiroideas (I), vitamina B₁₂ (Co) |
2. Estructura y propiedades del agua
La molécula de agua es eléctricamente neutra pero dipolar: el oxígeno, más electronegativo, atrae los electrones de los enlaces y queda con carga parcial negativa, mientras que los hidrógenos quedan con carga parcial positiva. Los enlaces forman un ángulo de unos 104,5°. Cada molécula puede establecer hasta cuatro puentes de hidrógeno con sus vecinas.
| Propiedad | Consecuencia biológica |
|---|---|
| Elevada constante dieléctrica | Disolvente de sustancias iónicas y polares: medio de las reacciones y del transporte |
| Elevado calor específico | Termorreguladora: amortigua los cambios de temperatura |
| Elevado calor de vaporización | La evaporación del sudor refrigera el cuerpo |
| Elevada cohesión y adhesión | Capilaridad (ascenso de la savia), esqueleto hidrostático, función amortiguadora |
| Densidad máxima a 4 °C; el hielo flota | Aislamiento térmico de los lagos: la vida continúa bajo el hielo |
| Pequeño grado de ionización | Participa en reacciones (hidrólisis) y define el pH |
3. Ionización del agua y pH
Kw = [H₃O⁺] · [OH⁻] = 10−14 (a 25 °C)
pH = −log [H₃O⁺]
pH de una disolución con [H₃O⁺] = 10−3 M
- pH = −log 10−3
- pH = 3, disolución ácida (pH < 7)
pH = 3
Sistema tampón (amortiguador): Pareja de un ácido débil y su base conjugada que mantiene constante el pH al neutralizar los H⁺ o los OH⁻ añadidos. Ejemplos: tampón bicarbonato (H₂CO₃ / HCO₃⁻) en la sangre y tampón fosfato (H₂PO₄⁻ / HPO₄²⁻) en el medio intracelular.
4. Sales minerales y ósmosis
- Sales precipitadas (insolubles): función esquelética y protectora. Fosfato cálcico de huesos, carbonato cálcico de caparazones y conchas, sílice de las diatomeas.
- Sales disueltas (iones): regulan el pH, mantienen el equilibrio osmótico y tienen funciones específicas (Na⁺ y K⁺ en el impulso nervioso, Ca²⁺ en la coagulación).
- Asociadas a moléculas orgánicas: fosfolípidos, fosfoproteínas, hemoglobina (Fe).
Ósmosis: Paso de agua a través de una membrana semipermeable desde la disolución hipotónica (menos concentrada) hacia la hipertónica (más concentrada), hasta igualar concentraciones.
| Medio externo | Célula animal | Célula vegetal |
|---|---|---|
| Hipotónico | Entra agua, se hincha y puede estallar (hemólisis en glóbulos rojos) | Entra agua: turgencia (la pared impide que estalle) |
| Isotónico | Sin cambio neto | Sin cambio neto |
| Hipertónico | Sale agua y se arruga (crenación) | Sale agua: plasmólisis |
Recuerda
- Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S; oligoelementos: menos del 0,1 % pero imprescindibles.
- El agua es dipolar y forma puentes de hidrógeno: de ahí su poder disolvente, su calor específico y su cohesión.
- pH = −log [H₃O⁺]; los tampones bicarbonato y fosfato mantienen el pH constante.
- En ósmosis el agua pasa del medio hipotónico al hipertónico.
- Hipotónico: hemólisis o turgencia; hipertónico: crenación o plasmólisis.
¡Ahora te toca a ti!
Comprueba que lo has entendido con los ejercicios y repasa con el resumen.