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Si analizamos cada uno de los diferentes tipos de seres vivos, encontraremos que la materia viva está constituida por unos setenta elementos. Estos elementos que se encuentran en la materia viva se llaman bioelementos o elementos biogénicos (de bios, vida, y genos, origen).
Estos biolementos se combinarán para dar lugar a las biomoléculas o principios inmediatos.
Los bioelementos se pueden clasificar por su contribución a la masa total del organismo en tres grupos: los bioelementos primarios, los bioelementos secundarios y los oligoelementos.
Los bioelementos primarios. Son imprescindibles para la formación de las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), que son las moléculas que constituyen todos los seres vivos. Las biomoléculas también reciben el nombre de principios inmediatos porque constituyen, sin intermediarios, la materia viva, y por eso pueden extraerse de ella mediante procedimientos físicos (disolución, evaporación, decantación, etc.). Son un grupo de seis elementos, que constituyen el 96 % del total de la materia viva.
| Elemento | Litosfera- atmósfera- hidrosfera (%) | Cuerpo humano (%) |
| Oxígeno (O) | 50,02 | 62,81 |
| Carbono (C) | 0,18 | 19,37 |
| Hidrógeno (H) | 0,95 | 9,31 |
| Nitrógeno (N) | 0,03 | 5,14 |
| Calcio (Ca) | 3,22 | 1,38 |
| Fósforo (P) | 0,11 | 0,64 |
| Azufre (S) | 0,11 | 0,63 |
| Sodio (Na) | 2,36 | 0,26 |
| Potasio (K) | 2,28 | 0,22 |
| Cloro (Cl) | 0,20 | 0,18 |
| Magnesio (Mg) | 2,08 | 0,04 |
| Flúor (F) | 0,10 | 0,009 |
| Hierro (Fe) | 4,18 | 0,005 |
| Aluminio (Al) | 7,30 | 0,001 |
| Manganeso (Mn) | 0,08 |
0,0002
|
| Silicio (Si) | 25,80 | 0.0048 |
Son aquellas que tienen una función fisiológica en los seres vivos, pero que no polimerizan. Por ejemplo, el CO2 es producto de desecho en la respiración, y también reactivo para la fotosíntesis. El CO2, no forma polímeros, por lo que no entra dentro de las biomoléculas orgánicas, que sí forman cadenas por la unión de monómeros.
Está el amoniaco (NH3), el CO2, el agua (H2O), entre otras, son ejemplos de moléculas inorgánicas que participan en los procesos de la vida, dirigidos por las biomoléculas.
El agua es la sustancia química más abundante en los seres vivos, representando el 63 % en peso de los humanos adultos, el 94 % del embrión humano y el 95 % de las algas. Pero también hay estructuras, como los huesos que sólo tienen un 22 % de agua, o la dentina de los dientes, que sólo tiene un 10 %. Hay una relación directa entre el contenido en agua y actividad fisiológica de un organismo. Así, los menores porcentajes de agua se dan en seres con vida latente como semillas, virus, etc.
Se puede encontrar el agua en la materia viva en tres formas:
En los humanos, el agua circulante supone el 8 % de su peso, el agua intersticial el 15 %, y el agua intracelular el 40 %.
Los organismos pueden conseguir el agua necesaria de dos formas:
El agua, a temperatura ambiente, es líquida, aunque esto no sería lo esperado, si tenemos en cuenta que otras moléculas de peso molecular similar, como el SO2, el CO2, el NO2, etc., son gases. Este comportamiento físico se debe a que en la molécula de agua los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxígeno, por lo que en esa zona de la molécula aparece un polo negativo, donde está el átomo de oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, en la zona donde están los dos átomos de hidrógeno, debido a la menor densidad electrónica. Las moléculas de agua son, pues, dipolos.
Los puentes de hidrógeno también causan que el agua tenga un calor de vaporización superior al que cabría esperar en moléculas covalentes con similar masa molecular. La estabilidad de los enlaces de hidrógeno disminuye al aumentar la temperatura; pero en el caso del agua, a 100 ºC todavía están presentes.
Se establecen entre estos dipolos, unas fuerzas de atracción llamadas puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3, 4 y hasta poco más de 9 moléculas. De este modo, se alcanzan pesos moleculares elevados, mayores que 18, y el H2O, entonces, se comporta como un líquido. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo (de 10-10 a 10-21 s), lo que hace que el agua tenga las propiedades de un fluido.
Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas:
Sales minerales precipitadas
Las sales minerales precipitadas constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética. Por ejemplo:
Sales minerales disueltas
Las sales minerales disueltas se encuentran disociadas en iones
Sales minerales asociadas a moléculas orgánicas
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.
Cuando estudiamos los niveles de organización de la materia viva, vimos que la materia está formada por átomos que se unen mediante enlaces para formar estructuras más complejas, las moléculas, indispensables para el funcionamiento de los seres vivos.
Recordaremos ahora los enlaces más importantes en biología, y a los que se hará referencia a lo largo de este curso.
Una molécula se produce por la unión estable de dos o más átomos. La formación de los enlaces que existen entre los átomos que componen una molécula requiere menos energía que la necesaria para mantener los átomos separados. Para romper estos enlaces es necesario aplicar energía. Si se requiere una gran cantidad de energía para romper el enlace, el enlace se llama una unión fuerte. Si se requieren pequeñas cantidades de energía, el enlace es un enlace débil.
El enlace covalente polar es intermediado en su carácter entre un enlace covalente y un enlace iónico. Los enlaces covalentes polares se forman con átomos distintos con gran diferencia de electronegatividades. La molécula es eléctricamente neutra, pero no existe simetría entre las cargas eléctricas originando la polaridad, un extremo se caracteriza por ser electropositivo y el otro electronegativo.
Los enlaces covalentes pueden ser simples cuando se comparte un solo par de electrones, dobles al compartir dos pares de electrones, triples cuando comparten tres pares de electrones, o cuádruples cuando comparten cuatro pares de electrones.
La diferencia entre enlace simple doble y triple reside en que en un enlace simple los átomos están más alejados, lo que hace al enlace más débil (menor energía) por el contrario en uno triple los átomos están más cerca que en el simple, esto hace al enlace más energético y más fuerte por lo tanto más energético.
Los enlaces covalentes no polares (0 o menor que 0,4) se forman entre átomos iguales, no hay variación en el número de oxidación. Los átomos enlazados de esta forma tienen carga eléctrica neutra.
En otras palabras, el enlace covalente es la unión entre átomos en donde se da un compartimiento de electrones, los átomos que forman este tipo de enlace son de carácter no metálico. Las moléculas que se forman con átomos iguales (mononucleares) presentan un enlace covalente pero en donde la diferencia de electronegatividades es nula.
Se presenta entre los elementos con poca diferencia de electronegatividad (< 1.7), es decir cercanos en la tabla periódica de los elementos químicos o bien, entre el mismo elemento para formar moléculas diatómicas.
Un enlace covalente es la unión química entre un elemento no metálico con otro no metálico. Dentro de estos se puede encontrar una clasificación según el tipo de enlace; existiendo el enlace sencillo (en el cual comparte un solo par de electrones); ejemplo del mismo se encuentra la molécula de ácido clorhídrico; el segundo es el enlace doble (en el cual se comparten dos pares de electrones); siendo ejemplo de ello la molécula de dióxido de carbono; el último caso representa lo que se define como triple enlace (en el cual se comparten tres pares de electrones); siendo ejemplo de ello la molécula diatómica de nitrógeno. Dentro de sus propiedades se encuentran: variedad en sus puntos de ebullición y fusión; geometrías moleculares definidas. polaridad del enlace debido a electronegatividades que difieren la carga eléctrica parcial del átomo enlazado. Se pueden encontrar como enlace covalente puro u homopolar (unión de dos o más átomos del mismo elemento) siendo ejemplo O₂; como enlace covalente polar o heteropolar (unión entre dos no metales diferentes) ejemplo de ello H₂O; por último el covalente coordinado (en la que un átomo se coordina para completar su octeto) siendo ejemplo el H₂SO4.
El enlace iónico es un tipo de interacción electrostática entre átomos que tienen una gran diferencia de electronegatividad. No hay un valor preciso que distinga la ionicidad a partir de la diferencia de electronegatividad, pero una diferencia sobre 2.0 suele ser iónica, y una diferencia menor a 1.7 suele ser covalente. En pocas palabras, un enlace iónico es aquel en el que los elementos involucrados aceptan o pierden electrones (se da entre un catión y un anión) o dicho de otra manera, es aquel en el que un elemento que tiene más electronegatividad se atrae con los elementos de menor electronegatividad.8 El enlace iónico implica la separación en iones positivos y negativos. Las cargas iónicas suelen estar entre –3e a +3e, este tipo de enlace es frecuente entre átomos de los grupos IA, IIA, IIIA que pierden electrones (Cationes) y átomos de los grupos VA, VIA, VIIA que ganan electrones (aniones).
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Si analizamos cada uno de los diferentes tipos de seres vivos, encontraremos que la materia viva está constituida por unos setenta elementos. Estos elementos que se encuentran en la materia viva se llaman bioelementos o elementos biogénicos (de bios, vida, y genos, origen).
Estos biolementos se combinarán para dar lugar a las biomoléculas o principios inmediatos.
Los bioelementos se pueden clasificar por su contribución a la masa total del organismo en tres grupos: los bioelementos primarios, los bioelementos secundarios y los oligoelementos.
Los bioelementos primarios. Son imprescindibles para la formación de las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), que son las moléculas que constituyen todos los seres vivos. Las biomoléculas también reciben el nombre de principios inmediatos porque constituyen, sin intermediarios, la materia viva, y por eso pueden extraerse de ella mediante procedimientos físicos (disolución, evaporación, decantación, etc.). Son un grupo de seis elementos, que constituyen el 96 % del total de la materia viva.
| Elemento | Litosfera- atmósfera- hidrosfera (%) | Cuerpo humano (%) |
| Oxígeno (O) | 50,02 | 62,81 |
| Carbono (C) | 0,18 | 19,37 |
| Hidrógeno (H) | 0,95 | 9,31 |
| Nitrógeno (N) | 0,03 | 5,14 |
| Calcio (Ca) | 3,22 | 1,38 |
| Fósforo (P) | 0,11 | 0,64 |
| Azufre (S) | 0,11 | 0,63 |
| Sodio (Na) | 2,36 | 0,26 |
| Potasio (K) | 2,28 | 0,22 |
| Cloro (Cl) | 0,20 | 0,18 |
| Magnesio (Mg) | 2,08 | 0,04 |
| Flúor (F) | 0,10 | 0,009 |
| Hierro (Fe) | 4,18 | 0,005 |
| Aluminio (Al) | 7,30 | 0,001 |
| Manganeso (Mn) | 0,08 |
0,0002
|
| Silicio (Si) | 25,80 | 0.0048 |
Son aquellas que tienen una función fisiológica en los seres vivos, pero que no polimerizan. Por ejemplo, el CO2 es producto de desecho en la respiración, y también reactivo para la fotosíntesis. El CO2, no forma polímeros, por lo que no entra dentro de las biomoléculas orgánicas, que sí forman cadenas por la unión de monómeros.
Está el amoniaco (NH3), el CO2, el agua (H2O), entre otras, son ejemplos de moléculas inorgánicas que participan en los procesos de la vida, dirigidos por las biomoléculas.
El agua es la sustancia química más abundante en los seres vivos, representando el 63 % en peso de los humanos adultos, el 94 % del embrión humano y el 95 % de las algas. Pero también hay estructuras, como los huesos que sólo tienen un 22 % de agua, o la dentina de los dientes, que sólo tiene un 10 %. Hay una relación directa entre el contenido en agua y actividad fisiológica de un organismo. Así, los menores porcentajes de agua se dan en seres con vida latente como semillas, virus, etc.
Se puede encontrar el agua en la materia viva en tres formas:
En los humanos, el agua circulante supone el 8 % de su peso, el agua intersticial el 15 %, y el agua intracelular el 40 %.
Los organismos pueden conseguir el agua necesaria de dos formas:
El agua, a temperatura ambiente, es líquida, aunque esto no sería lo esperado, si tenemos en cuenta que otras moléculas de peso molecular similar, como el SO2, el CO2, el NO2, etc., son gases. Este comportamiento físico se debe a que en la molécula de agua los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxígeno, por lo que en esa zona de la molécula aparece un polo negativo, donde está el átomo de oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, en la zona donde están los dos átomos de hidrógeno, debido a la menor densidad electrónica. Las moléculas de agua son, pues, dipolos.
Los puentes de hidrógeno también causan que el agua tenga un calor de vaporización superior al que cabría esperar en moléculas covalentes con similar masa molecular. La estabilidad de los enlaces de hidrógeno disminuye al aumentar la temperatura; pero en el caso del agua, a 100 ºC todavía están presentes.
Se establecen entre estos dipolos, unas fuerzas de atracción llamadas puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3, 4 y hasta poco más de 9 moléculas. De este modo, se alcanzan pesos moleculares elevados, mayores que 18, y el H2O, entonces, se comporta como un líquido. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo (de 10-10 a 10-21 s), lo que hace que el agua tenga las propiedades de un fluido.
Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas:
Sales minerales precipitadas
Las sales minerales precipitadas constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética. Por ejemplo:
Sales minerales disueltas
Las sales minerales disueltas se encuentran disociadas en iones
Sales minerales asociadas a moléculas orgánicas
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.
Cuando estudiamos los niveles de organización de la materia viva, vimos que la materia está formada por átomos que se unen mediante enlaces para formar estructuras más complejas, las moléculas, indispensables para el funcionamiento de los seres vivos.
Recordaremos ahora los enlaces más importantes en biología, y a los que se hará referencia a lo largo de este curso.
Una molécula se produce por la unión estable de dos o más átomos. La formación de los enlaces que existen entre los átomos que componen una molécula requiere menos energía que la necesaria para mantener los átomos separados. Para romper estos enlaces es necesario aplicar energía. Si se requiere una gran cantidad de energía para romper el enlace, el enlace se llama una unión fuerte. Si se requieren pequeñas cantidades de energía, el enlace es un enlace débil.
El enlace covalente polar es intermediado en su carácter entre un enlace covalente y un enlace iónico. Los enlaces covalentes polares se forman con átomos distintos con gran diferencia de electronegatividades. La molécula es eléctricamente neutra, pero no existe simetría entre las cargas eléctricas originando la polaridad, un extremo se caracteriza por ser electropositivo y el otro electronegativo.
Los enlaces covalentes pueden ser simples cuando se comparte un solo par de electrones, dobles al compartir dos pares de electrones, triples cuando comparten tres pares de electrones, o cuádruples cuando comparten cuatro pares de electrones.
La diferencia entre enlace simple doble y triple reside en que en un enlace simple los átomos están más alejados, lo que hace al enlace más débil (menor energía) por el contrario en uno triple los átomos están más cerca que en el simple, esto hace al enlace más energético y más fuerte por lo tanto más energético.
Los enlaces covalentes no polares (0 o menor que 0,4) se forman entre átomos iguales, no hay variación en el número de oxidación. Los átomos enlazados de esta forma tienen carga eléctrica neutra.
En otras palabras, el enlace covalente es la unión entre átomos en donde se da un compartimiento de electrones, los átomos que forman este tipo de enlace son de carácter no metálico. Las moléculas que se forman con átomos iguales (mononucleares) presentan un enlace covalente pero en donde la diferencia de electronegatividades es nula.
Se presenta entre los elementos con poca diferencia de electronegatividad (< 1.7), es decir cercanos en la tabla periódica de los elementos químicos o bien, entre el mismo elemento para formar moléculas diatómicas.
Un enlace covalente es la unión química entre un elemento no metálico con otro no metálico. Dentro de estos se puede encontrar una clasificación según el tipo de enlace; existiendo el enlace sencillo (en el cual comparte un solo par de electrones); ejemplo del mismo se encuentra la molécula de ácido clorhídrico; el segundo es el enlace doble (en el cual se comparten dos pares de electrones); siendo ejemplo de ello la molécula de dióxido de carbono; el último caso representa lo que se define como triple enlace (en el cual se comparten tres pares de electrones); siendo ejemplo de ello la molécula diatómica de nitrógeno. Dentro de sus propiedades se encuentran: variedad en sus puntos de ebullición y fusión; geometrías moleculares definidas. polaridad del enlace debido a electronegatividades que difieren la carga eléctrica parcial del átomo enlazado. Se pueden encontrar como enlace covalente puro u homopolar (unión de dos o más átomos del mismo elemento) siendo ejemplo O₂; como enlace covalente polar o heteropolar (unión entre dos no metales diferentes) ejemplo de ello H₂O; por último el covalente coordinado (en la que un átomo se coordina para completar su octeto) siendo ejemplo el H₂SO4.
El enlace iónico es un tipo de interacción electrostática entre átomos que tienen una gran diferencia de electronegatividad. No hay un valor preciso que distinga la ionicidad a partir de la diferencia de electronegatividad, pero una diferencia sobre 2.0 suele ser iónica, y una diferencia menor a 1.7 suele ser covalente. En pocas palabras, un enlace iónico es aquel en el que los elementos involucrados aceptan o pierden electrones (se da entre un catión y un anión) o dicho de otra manera, es aquel en el que un elemento que tiene más electronegatividad se atrae con los elementos de menor electronegatividad.8 El enlace iónico implica la separación en iones positivos y negativos. Las cargas iónicas suelen estar entre –3e a +3e, este tipo de enlace es frecuente entre átomos de los grupos IA, IIA, IIIA que pierden electrones (Cationes) y átomos de los grupos VA, VIA, VIIA que ganan electrones (aniones).
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