COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MATERIA VIVALos seres vivos están constituidos por los mismos elementos químicos que hay a la superficie de nuestro planeta, pero en una proporción muy diferente debido a que unos elementos son mucho más adecuados para constituir seres vivos que otros. Como hemos visto los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por poseer una organización celular, es decir determinadas moléculas se organizan de una forma particular y precisa e interactúan entre sí para establecer la estructura celular.Al estudiar químicamente estas moléculas observamos que las mismas están constituidas en un 98% por elementos tales como C, H, O, N, P y S; La combinación de estos seis elementos puede dar lugar a la formación de millones de moléculas distintas. ( el 2 % restante esta representado por elementos como el Fe, Ca , Na, K, Cu, Mg, I, Cl. Etc.)

Los elementos que forman los seres vivos se denominan elementos bioquímicos, bioelementos. Son unos 70 elementos y el más importante es el carbono, puesto que constituye la base de la gran mayoría de las moléculas que forman los seres vivos

Se distinguen dos grupos de bioelementos que son:

• Bioelementos primarios. Son los indispensables para formar los distintos tipos de materia orgánica, es decir para formar los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Son seis, el carbono C, el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S).

• Bioelementos secundarios. Son los bioelementos restantes. Los más importantes son el sodio (Na), el potassi (K), el calcio (Ca), el magnesio (Mg), el cloro (Cl) y el silicio (Si). En algunos organismos algunos de ellos pueden ser muy abundantes. Por ejemplo, el calcio en los moluscos bivalves puesto que las conchas son de carbonato cálcico.

Al unirse los bioelementos forman biomoleculas.

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los

cuatro bioelementos más abundantes en los seres vivos son

el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, representando alrededor del 99% de la masa de la

mayoría de las células.1 Estos cuatro elementos son los principales componentes de las

biomoléculas debido a que:

1. Permiten la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido

a su pequeña diferencia de electronegatividad. Estos enlaces son muy estables, la fuerza

de enlace es directamente proporcional a las masas de los átomos unidos.

2. Permiten a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales –C-

C-C- para formar compuestos con número variable de carbonos.

3. Permiten la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C; C y O; C y N. Así

como estructuras lineales ramificadas cíclicas, heterocíclicas, etc.

4. Permiten la posibilidad de que con pocos elementos se den una enorme variedad

de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con

propiedades químicas y físicas diferentes.

Las biomoléculas constituidas básicamente de átomos de carbono e hidrógeno se denominan biomoléculas orgánicas y la materia constituida por esta se denomina materia orgánica.Entre las biomoleculas organicas podemos distinguir a los carbohidratos,lípidos, proteínas, acidos nucleicos y las vitaminas

Las biomoléculas no constituidas básicamente de átomos de carbono y hidrógeno se denominan biomoléculas inorgánicas y la materia constituida por estas se denomina materia mineral. Entre las biomoleculas inorgánicas podemos encontrar el agua,las sales, gases, minerales solidos, minerales en solución.

Biomoléculas InorgánicasEl agua El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En las medusas, puede alcanzar el 98% del volumen del animal y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.Estructura MolecularEl agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La molécula tiene las siguientes características:• La molécula de agua tiene forma triangular plana, con un ángulo de enlace de 104,5º.• La molécula de agua es un dipolo: aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del oxígeno.• Este dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra. Estos puentes de hidrógeno son responsables de la mayoría de las propiedades físicoquímicas del agua.

Propiedades del aguaEl agua tiene propiedades especiales, derivadas de su singular estructura. Las más interesantes desde el punto de vista de la biología son:• Alto calor específico: (Cantidad de energía (julios) necesaria para elevar en un 1°K la temperatura de 1 kg de una materia) Para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario comunicarle mucha energía para poder romper los puentes de hidrógeno que se generan entre las moléculas.• Alto calor de vaporización: (Energía absorbida por las sustancias al cambiar de estado líquido a gaseoso) El agua absorbe mucha energía cuando pasa de estado líquido a gaseoso.

• Alta tensión superficial: (Fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica) Las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes de Hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire. Como las moléculas de agua están tan juntas el agua es incompresible.• Capilaridad: (Cualidad que posee una sustancia para absorber un líquido) El agua tiene capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la elevada cohesión o adhesión molecular.• Bajo grado de ionización: (Ionización es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones) La mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+) e iones negativos (OH-). En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7. Por esto, el pH del agua pura es igual a 7.• La densidad del agua: (Cantidad de masa contenida en un determinado volumen) En estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello, el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen.Importancia biológica del aguaLas propiedades del agua permiten que los seres vivos utilicen esta molécula para algunas funciones. Estas funciones son las siguientes:• Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica.También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.A su vez el agua es capaz de formar soluciones coloidales con sustancias anfipáticas.• Es el lugar donde se realizan reacciones bioquímicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización.• Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.• Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.• Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.• Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

SALES MINERALESLas sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas.PrecipitadasEn forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos: son las conchas, los caparazones o los esqueletos.Disueltas

Las sales disueltas en agua manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K, Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO43-, CO32-...

Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como:• Mantener el grado de grado de salinidad.• Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón.• Controlar la contracción muscular• Producir gradientes electroquímicos• Estabilizar dispersiones coloidales.• Ayudar al control de la presión osmótica.