Bioelements i Principis Immediats: Fonaments Químics de la Vida

Enllaços Químics a la Matèria Viva

Els enllaços químics són fonamentals per a l'estructura i funció de la matèria viva. A continuació, es descriuen els principals tipus:

• Enllaç Iònic

  Un àtom capta els electrons d'un altre degut a una gran diferència d'electronegativitat. Es forma un catió (+) i un anió (-).

• Enllaç Covalent

  Els àtoms comparteixen electrons. Si uns àtoms atreuen més els electrons, es formen molècules polars (dipols moleculars) com l'aigua.

• Enllaç d'Hidrogen (Intermolecular)

  L'hidrogen (+) de molècules polars, com l'aigua, s'apropa a àtoms d'oxigen (-) propers, formant-se aquests ponts febles.

• Enllaç de Van der Waals

  L'aparició de dipols instantanis en molècules apolars genera atraccions febles i transitòries.

Bioelements: Components Essencials de la Vida

Els bioelements formen la matèria viva i es classifiquen en:

Bioelements Primaris

Són indispensables i constitueixen més del 98% del total (C, H, O, N, P i S). Hi ha molt H i O, ja que hi ha molta aigua als éssers vius. Aquests àtoms, igual que la resta, tenen una massa molecular petita i formen enllaços covalents estables. A més, l'O i el N formen fàcilment molècules dipolars, facilitant una bona dissolució en l'aigua.

• Carboni (C)

  Pot formar quatre enllaços covalents, sovint amb altres carbonis de forma tridimensional (llargues cadenes, enllaços dobles, triples i amb grups funcionals com SH, NH2, OH, etc.).

• Hidrogen (H)

  Indispensable per a la matèria orgànica. Forma hidrocarburs (H+C), que són insolubles en l'aigua.

• Nitrogen (N)

  Forma grups amino (NH2) en els aminoàcids i bases nitrogenades en els àcids nucleics.

• Oxigen (O)

  Molt electronegatiu. Quan s'uneix a l'hidrogen, es formen grups polars (OH, CHO i COOH) que fan les molècules solubles en l'aigua. S'utilitza en la respiració aeròbica (oxidació).

• Sofre (S)

  En forma de sulfhidril (SH) en aminoàcids, els quals poden formar ponts disulfur.

• Fòsfor (P)

  Permet formar enllaços rics en energia, com en l'ATP (entre fosfats), que en trencar-se alliberen energia. També el trobem en els àcids nucleics, fosfolípids de les membranes i ossos.

Bioelements Secundaris

Poden ser indispensables (Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, Cu, Si, I, F, Mn i B) o variables (Br, Zn, etc.). Es classifiquen en:

• Abundants

  • Sodi (Na), Potassi (K) i Clor (Cl): Manteniment de la salinitat.
  • Calci (Ca): Present en CaCO3 en closques i esquelets, i essencial per a la contracció muscular.
  • Magnesi (Mg): Forma part d'enzims i de la clorofil·la.

• Oligoelements (Traça)

  Constitueixen menys del 0,1% del total.

  • Ferro (Fe): Component de l'hemoglobina i els citocroms.
  • Zinc (Zn)
  • Coure (Cu): Present en l'hemocianina (en invertebrats).
  • Cobalt (Co): Part de la vitamina B12.
  • Manganès (Mn): Implicat en neurotransmissors.
  • Fluor (F): Component de l'esmalt de les dents.

Principis Immediats

Els principis immediats són les molècules que formen la matèria viva. Es classifiquen segons la seva composició:

Principis Immediats Simples

Formades per un únic tipus d'àtom (O2 i N2).

Principis Immediats Compostos

Formades per més d'un tipus d'àtom. Poden ser:

• Inorgànics

  Aigua, diòxid de carboni i sals minerals.

• Orgànics

  Glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics.

Aquests principis immediats tenen funcions estructurals, energètiques i de biocatalitzadors. Els monòmers formen polímers o macromolècules.

L'Aigua: Molècula Essencial per a la Vida

L'aigua és la substància més abundant a la matèria viva, present en proporcions diferents segons l'organisme i el teixit. La seva naturalesa polar permet la formació de dipols i ponts d'hidrogen transitoris.

Formes de l'Aigua en els Éssers Vius

• Aigua circulant: Sang, saba, etc.
• Aigua intersticial: Entre cèl·lules.
• Aigua intracel·lular: Al citosol i orgànuls.

Els organismes l'obtenen de l'exterior o mitjançant reaccions químiques.

Propietats de l'Aigua

• Dissolvent universal: Dissolvent de substàncies polars i iòniques.
• Elevada força de cohesió i adhesió: Això es tradueix en una alta tensió superficial i capil·laritat (essencial per al transport en vegetals).
• Elevada calor específica i de vaporització: Permet la termoregulació.
• Major densitat en estat líquid que sòlid: El gel flota, aïllant l'aigua inferior.
• Elevada constant dielèctrica: Pot dissoldre compostos iònics.
• Baix grau d'ionització: Contribueix a mantenir el pH.

Funcions de l'Aigua en els Éssers Vius

• Funció bioquímica: Intervé en moltes reaccions metabòliques.
• Funció estructural: Dona forma i volum a les cèl·lules.
• Funció de transport: En plantes (saba) i animals (sang).
• Funció mecànica esmorteïdora: Com el líquid sinovial o el líquid cefaloraquidi.
• Funció termorreguladora: Ajuda a mantenir una temperatura corporal constant.

Sals Minerals: Rol Vital en els Organismes

Les sals minerals són components inorgànics essencials per a la vida. Les podem trobar en diverses formes:

Sals Minerals Precipitades

Estructures sòlides, insolubles, amb funció esquelètica. Exemples: CaCO3, Ca3(PO4)2 o SiO2.

Sals Minerals Dissoltes

Formant cations (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, etc.) i anions (Cl-, PO43-, CO32-, etc.). Mantenen el grau de salinitat, formen dissolucions tampó o esmorteïdores i tenen funcions específiques (per exemple, el calci en la contracció muscular).

Sals Minerals Associades a Molècules Orgàniques

Com el Fe2+ associat per formar el grup hemo, el I per l'hormona tiroïdal o el Mg2+ per la clorofil·la.

Dissolucions i Dispersions Col·loïdals

L'estat líquid dels éssers vius està format per dispersions de soluts en dissolvents. Si els soluts són de pes molecular alt (col·loides), es formen dispersions col·loïdals (sol i gel). Si el pes és baix (cristal·loides), parlem de dissolucions.

Propietats de les Dissolucions

• Difusió: Repartició homogènia de partícules en un fluid.