Biología Celular: Bioelementos, Biomoléculas y las Propiedades del Agua en los Seres Vivos

1. Introducción

Los seres vivos (S.V.) forman su estructura a partir de moléculas inanimadas, presentes en la materia que forma parte de los S.V. Estos presentan características especiales:

• Alto grado de organización, gran complejidad y diversidad, frente a la materia inanimada, que es simple y poco variada.
• Forman largas moléculas de carbono denominadas macromoléculas.

En conclusión, las células y los organismos están vivos no en función de la materia que los compone, sino del modo en que esta está organizada.

2. Elementos biogénicos y biomoléculas

a) Bioelementos

De todos los elementos que existen en la Tierra, solo 70 forman parte de los S.V. Seis de estos bioelementos forman el 99% de la materia orgánica, y se denominan bioelementos primarios: C, H, O, N (95%), P y S (4%).

Existen bioelementos que, aunque se encuentran en menor proporción, son muy importantes; se llaman bioelementos secundarios (Na, K, Cl, Ca, Mg, etc.). Además, existen los oligoelementos (Cu, Si, Fe, I, F, etc.), cuya proporción es inferior al 0,1%, pero que desempeñan un papel esencial en procesos fisiológicos y bioquímicos.

b) Biomoléculas o principios inmediatos

• Biomoléculas inorgánicas: agua y sales minerales.
• Biomoléculas orgánicas: proteínas, glúcidos, lípidos, vitaminas y ácidos nucleicos.

3. El agua

Es uno de los compuestos más abundantes de la naturaleza. En la Tierra se encuentra en sus tres estados físicos y es el componente mayoritario de los S.V. (60-95%). Esta gran cantidad de agua representa la importancia de esta en las funciones vitales, que dependen de sus propiedades físico-químicas, y estas, a su vez, de su estructura.

a) Estructura

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, formando un ángulo de 104,15º. Su carga neta es neutra; sin embargo, al ser el oxígeno más electronegativo que los hidrógenos, atrae con mayor fuerza el par de electrones compartidos, convirtiéndose en una molécula dipolar: el entorno del oxígeno presenta densidad de carga negativa, y los hidrógenos, densidad de carga positiva. Esto le permite interaccionar con otras moléculas dipolares. El tipo de interacción entre el agua y otras moléculas dipolares se denomina puente de hidrógeno.

b) Propiedades físico-químicas y funciones biológicas

• Elevada constante dieléctrica: indica la fuerza con la que las moléculas de un disolvente pueden mantener separados dos iones de carga contraria. El agua es la sustancia que más moléculas es capaz de disolver, por lo que se le considera el disolvente universal, debido a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras moléculas polares.
  Función biológica: casi todas las sustancias que reaccionan deben hacerlo en un medio acuoso; el agua se constituye así como medio de transporte de sustancias en el organismo.
• Elevada fuerza de adhesión: los puentes de hidrógeno confieren al agua gran adherencia, al poder interaccionar con otras sustancias polares. Esta propiedad, junto con la anterior, permite al agua tener una gran tensión superficial.
  Función biológica: algunos S.V. son capaces de desplazarse sobre el agua, y esta puede ascender por capilaridad. De esta forma, la savia bruta puede subir desde las raíces hasta las hojas.
• Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: los puentes de hidrógeno dan al agua una estructura compacta.
  Función biológica: el agua funciona como esqueleto hidrostático de algunos S.V. En las plantas es la responsable de los fenómenos de turgencia (aumento del volumen celular), lo que influye en su crecimiento y en su volumen total.
• Elevado calor específico: es la capacidad de acumular energía frente a un incremento de temperatura determinado. El agua es capaz de absorber gran cantidad de energía calorífica sin que su temperatura suba ni baje en exceso.
  Función biológica: en los S.V. actúa como tapón térmico o regulador, evitando subidas o bajadas drásticas de temperatura. Además, evita que se acumule en el lugar donde se producen las reacciones metabólicas el calor resultante de ellas, gracias a su elevada conductividad térmica.
• Elevado calor latente de vaporización: para que 1 g de agua a 20 ºC pase del estado líquido al gaseoso es necesario suministrarle 540 cal. Al estar las moléculas unidas por puentes de hidrógeno, hay que aportar mucha energía para romperlos y que la sustancia pase al estado gaseoso.
  Función biológica: los S.V. se refrigeran mediante la sudoración.