Bioelementos y Biomoléculas.
Bioelementos. Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:
Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N, P y S. Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables. A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. 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.
Bioelementos secundarios: Mg, Ca, Na, K, Cl. Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.
Oligoelementos: Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: indispensables: hierro, manganeso, cobre, cobalto, zinc; variables: flúor, iodo, boro, aluminio, silicio, vanadio, cromo, selenio, molibdeno y estaño.
Biomoléculas. Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los cuatro biolementos más abundantes en los seres vivos son el C, H, O y N, representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células. Según la naturaleza química, las biomoléculas pueden ser:
Biomoléculas inorgánicas: Son biomoléculas no formadas por los seres vivos, pero imprescindibles para ellos, como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido de carbono) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4−), bicarbonato (HCO3−) y cationes como el amonio (NH4+).
Biomoléculas orgánicas: Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono. Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros elementos son a veces incorporados pero en mucha menor proporción. Las biomoléculas orgánicas son aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos.
Agua
El agua es la sustancia química más abundante en la naturaleza, y constituye el componente principal de la estructura celular de los seres vivos.
Del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos está constituída por agua. Así por ejemplo, constituye el 98% en un melón, el 80% en un pez y el 65% en un ser humano.
El citotoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución en agua, de sustancias grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares.
Asimismo, el agua es el vehículo mediante el cual, a través de los procesos de disolución, de ósmosis y de capilaridad, circulan en los seres vivos los elementos nutrientes y se eliminan los desechos de los procesos vitales.
El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, y es por ellas que se transportan los alimentos digeridos hacia los niveles de aprovechamiento; y se recogen y transportan para ser finalmente expulsados del cuerpo los materiales de desecho (toxinas) resultantes de los procesos biológicos.
El agua desempeña también un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos ingeridos, y una vez conducidos a los niveles de los tejidos, en la descomposición metabólica de moléculas nutrientes, tan esenciales para el mantenimiento de lo seres vivos, como las proteínas y los carbohidratos; lo que permite su incorporación al cuerpo o su utilización como elementos energéticos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.
En los seres humanos y otros organismos biológicamente superiores, el agua está presente en numerosos procesos fisiológicos.
Si los pulmones no estuvieran siempre húmedos, no sería posible la respiración.
En el proceso digestivo, la saliva comienza mojando el alimento, lo que permite ingerirlo; al tiempo que contiene enzimas que comienzan su digestión.
En el mismo proceso digestivo, el agua presente en la masa alimenticia - proveniente de los propios alimentos o ingerida en adición a ellos - disuelve los jugos digestivos, permite la acción mecánica para facilitar su mezcla por los movimientos estomacales y peristálticos; y facilita su circulación a lo largo del tracto estomacal e intestinal a efectos de su digestión y ulterior absorción.
La humedad de la boca y la lengua, permite captar las sensaciones gustativas.
Las lágrimas humedecen los ojos, evitando el resecamiento de sus tejidos.
La humedad de la nariz facilita el filtrado del polvo que se respira y el calentamiento del aire; así como permite captar los olores.
La transpiración y su consiguiente evaporación, conjuntamente con el vapor de agua eliminado en la respiración, contribuye a mantener regulada la temperatura del cuerpo evitando en ciertos casos que alcance valores excesivos.
Básicamente, el agua está constítuida por la unión de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, que se unen formando un ángulo de 105º. El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.
Esto da por resultado, en cuanto a la polaridad, que en la parte de la molécula donde se encuentra el oxígeno la densidad electrónica sea mayor que en la parte donde se encuentra el hidrógeno; pero el predominio de la carga negativa hace que de toda la molécula se polarice. De cualquier manera, la molécula es dipolar, es decir que presenta un polo positivo y otro negativo.
La circunstancia de que la molécula de agua sea dipolar, y que en ella cada átomo de oxígeno deje dos pares de electrones libres, habilita a que se formen “puentes” de hidrógeno entre ellas, que unen las diversas moléculas en forma bastante fuerte.
Estas propiedades eléctricas de la molécula de agua explican algunas de sus propiedades físicas.
Esa cualidad dipolar, es lo que produce que muchas otras moléculas iguales, sean atraídas entre sí y se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas moleculares. Esa tendencia de las moléculas de agua a agruparse (cohesividad) , es lo que hace que, en condiciones adecuadas, se mantengan fuertemente unidas, adoptando formas de tendencia esférica. Es también lo que hace que el agua situada sobre una superficie plana totalmente horizontal, forme una capa de cierta altura y bordes redondeados.
Eso, en estado líquido, da lugar a la tensión superficial y en estado sólido al agrupamiento de las moléculas en cristales con forma de tetraedros, entre los que surgen los “huecos” que determinan su menor densidad respecto del agua líquida; por lo cual al solidificarse el agua se expande, y el hielo flota en el agua.
Este comportamiento del agua al pasar al estado sólido, es excepcional con respecto a lo que ocurre con otras sustancias líquidas, que se contraen al solidificarse y se dilatan al calentarse.
Otras consecuencias de ese agrupamiento molecular con la formación de los “huecos”, es lo que determina que el agua tenga grandes posibilidades de solubilidad de muchas sustancias. Del mismo modo, el punto de ebullición del agua, a 100ºC, es comparativamente superior al de otras sustancias líquidas, como por ejemplo los alcoholes; lo cual es debido a que para vencer esa atracción eléctrica existente entre sus moléculas, es necesaria una mayor cantidad de energía calórica.
En el agua, la tensión superficial es la resultante de la fuerza de atracción intermolecular de las moléculas del agua asociadas por puentes de hidrógeno. Esto produce, por ejemplo, el efecto de que ciertos sólidos livianos, como una hoja de afeitar o una aguja de coser, o ciertos insectos, puedan flotar y aún desplazarse sobre la superficie del agua, a pesar de tener mayor densidad que ella.
Si el líquido está embebido en una especie de continente sumamente fino, como una malla muy estrecha (por ejemplo el alcohol o el queroseno, entre las fibras de las mechas de un encendedor, un quemador, o una estufa a llama) o en un conducto de muy pequeño diámetro, eso produce el efecto de capilaridad por el cual el líquido asciende desde el interior hasta la punta superior de la mecha.
Bioelementos. Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:
Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N, P y S. Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables. A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. 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.
Bioelementos secundarios: Mg, Ca, Na, K, Cl. Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.
Oligoelementos: Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: indispensables: hierro, manganeso, cobre, cobalto, zinc; variables: flúor, iodo, boro, aluminio, silicio, vanadio, cromo, selenio, molibdeno y estaño.
Biomoléculas. Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los cuatro biolementos más abundantes en los seres vivos son el C, H, O y N, representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células. Según la naturaleza química, las biomoléculas pueden ser:
Biomoléculas inorgánicas: Son biomoléculas no formadas por los seres vivos, pero imprescindibles para ellos, como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido de carbono) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4−), bicarbonato (HCO3−) y cationes como el amonio (NH4+).
Biomoléculas orgánicas: Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono. Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros elementos son a veces incorporados pero en mucha menor proporción. Las biomoléculas orgánicas son aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos.
Agua
El agua es la sustancia química más abundante en la naturaleza, y constituye el componente principal de la estructura celular de los seres vivos.
Del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos está constituída por agua. Así por ejemplo, constituye el 98% en un melón, el 80% en un pez y el 65% en un ser humano.
El citotoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución en agua, de sustancias grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares.
Asimismo, el agua es el vehículo mediante el cual, a través de los procesos de disolución, de ósmosis y de capilaridad, circulan en los seres vivos los elementos nutrientes y se eliminan los desechos de los procesos vitales.
El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, y es por ellas que se transportan los alimentos digeridos hacia los niveles de aprovechamiento; y se recogen y transportan para ser finalmente expulsados del cuerpo los materiales de desecho (toxinas) resultantes de los procesos biológicos.
El agua desempeña también un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos ingeridos, y una vez conducidos a los niveles de los tejidos, en la descomposición metabólica de moléculas nutrientes, tan esenciales para el mantenimiento de lo seres vivos, como las proteínas y los carbohidratos; lo que permite su incorporación al cuerpo o su utilización como elementos energéticos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.
En los seres humanos y otros organismos biológicamente superiores, el agua está presente en numerosos procesos fisiológicos.
Si los pulmones no estuvieran siempre húmedos, no sería posible la respiración.
En el proceso digestivo, la saliva comienza mojando el alimento, lo que permite ingerirlo; al tiempo que contiene enzimas que comienzan su digestión.
En el mismo proceso digestivo, el agua presente en la masa alimenticia - proveniente de los propios alimentos o ingerida en adición a ellos - disuelve los jugos digestivos, permite la acción mecánica para facilitar su mezcla por los movimientos estomacales y peristálticos; y facilita su circulación a lo largo del tracto estomacal e intestinal a efectos de su digestión y ulterior absorción.
La humedad de la boca y la lengua, permite captar las sensaciones gustativas.
Las lágrimas humedecen los ojos, evitando el resecamiento de sus tejidos.
La humedad de la nariz facilita el filtrado del polvo que se respira y el calentamiento del aire; así como permite captar los olores.
La transpiración y su consiguiente evaporación, conjuntamente con el vapor de agua eliminado en la respiración, contribuye a mantener regulada la temperatura del cuerpo evitando en ciertos casos que alcance valores excesivos.
Básicamente, el agua está constítuida por la unión de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, que se unen formando un ángulo de 105º. El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.
Esto da por resultado, en cuanto a la polaridad, que en la parte de la molécula donde se encuentra el oxígeno la densidad electrónica sea mayor que en la parte donde se encuentra el hidrógeno; pero el predominio de la carga negativa hace que de toda la molécula se polarice. De cualquier manera, la molécula es dipolar, es decir que presenta un polo positivo y otro negativo.
La circunstancia de que la molécula de agua sea dipolar, y que en ella cada átomo de oxígeno deje dos pares de electrones libres, habilita a que se formen “puentes” de hidrógeno entre ellas, que unen las diversas moléculas en forma bastante fuerte.
Estas propiedades eléctricas de la molécula de agua explican algunas de sus propiedades físicas.
Esa cualidad dipolar, es lo que produce que muchas otras moléculas iguales, sean atraídas entre sí y se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas moleculares. Esa tendencia de las moléculas de agua a agruparse (cohesividad) , es lo que hace que, en condiciones adecuadas, se mantengan fuertemente unidas, adoptando formas de tendencia esférica. Es también lo que hace que el agua situada sobre una superficie plana totalmente horizontal, forme una capa de cierta altura y bordes redondeados.
Eso, en estado líquido, da lugar a la tensión superficial y en estado sólido al agrupamiento de las moléculas en cristales con forma de tetraedros, entre los que surgen los “huecos” que determinan su menor densidad respecto del agua líquida; por lo cual al solidificarse el agua se expande, y el hielo flota en el agua.
Este comportamiento del agua al pasar al estado sólido, es excepcional con respecto a lo que ocurre con otras sustancias líquidas, que se contraen al solidificarse y se dilatan al calentarse.
Otras consecuencias de ese agrupamiento molecular con la formación de los “huecos”, es lo que determina que el agua tenga grandes posibilidades de solubilidad de muchas sustancias. Del mismo modo, el punto de ebullición del agua, a 100ºC, es comparativamente superior al de otras sustancias líquidas, como por ejemplo los alcoholes; lo cual es debido a que para vencer esa atracción eléctrica existente entre sus moléculas, es necesaria una mayor cantidad de energía calórica.
En el agua, la tensión superficial es la resultante de la fuerza de atracción intermolecular de las moléculas del agua asociadas por puentes de hidrógeno. Esto produce, por ejemplo, el efecto de que ciertos sólidos livianos, como una hoja de afeitar o una aguja de coser, o ciertos insectos, puedan flotar y aún desplazarse sobre la superficie del agua, a pesar de tener mayor densidad que ella.
Si el líquido está embebido en una especie de continente sumamente fino, como una malla muy estrecha (por ejemplo el alcohol o el queroseno, entre las fibras de las mechas de un encendedor, un quemador, o una estufa a llama) o en un conducto de muy pequeño diámetro, eso produce el efecto de capilaridad por el cual el líquido asciende desde el interior hasta la punta superior de la mecha.
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