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La Química de la Vida: Bioelementos y Biomoléculas
Bioelementos
Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de la materia viva.
Clasificación según su abundancia:
Bioelementos primarios o plásticos (representan el 96% de la materia viva):
| Elemento | Símbolo | % en organismo | Función |
|---|---|---|---|
| Oxígeno | O | ~65% | Componente de agua y biomoléculas orgánicas |
| Carbono | C | ~18% | Esqueleto de todas las moléculas orgánicas |
| Hidrógeno | H | ~10% | Componente de agua y biomoléculas; transportador de electrones |
| Nitrógeno | N | ~3% | En proteínas (aminoácidos), ácidos nucleicos (bases nitrogenadas) |
- Ca, P, S, Na, K, Cl, Mg, Fe
- Ejemplo: Ca en huesos, P en ácidos nucleicos (fosfatos) y huesos, S en proteínas (aminoácidos cisteína y metionina), Fe en hemoglobina y citocromos
Oligoelementos o microelementos (en cantidades traza, < 0,01%):
- I, Mn, Cu, Zn, F, Co, Mo, Si, Se...
- Indispensables en pequeñas cantidades: ej. I en hormonas tiroideas, Cu en citocromos, Zn en enzimas
El carbono es el elemento clave de la vida por:
- Capacidad de formar 4 enlaces covalentes
- Capacidad de unirse entre sí en cadenas lineales, ramificadas y cíclicas
- Permite gran variedad estructural → diversidad de biomoléculas
📋 Preguntas PAU sobre bioelementos
EBAU — Aragón, junio 2019, opción B, cuestión 3
Respecto a los bioelementos:
a) ¿Qué son los bioelementos? Indica cuáles son los cuatro bioelementos primarios.
b) ¿Qué diferencia hay entre bioelementos secundarios y oligoelementos?
c) ¿Por qué el carbono es especialmente importante en la química de la vida?
Biomoléculas inorgánicas
El agua
El agua es la biomolécula más abundante en los seres vivos (60-95% del peso celular) y es esencial para la vida.
Estructura molecular:
- Fórmula: H₂O
- Geometría angular (V): el oxígeno forma un ángulo de ~104,5° con los hidrógenos
- El O es muy electronegativo → carga parcial negativa (δ-); los H tienen carga parcial positiva (δ+) → molécula dipolar (polar)
- Entre moléculas de agua se forman puentes de hidrógeno: el H de una molécula (δ+) atrae el O de otra (δ-)
Propiedades del agua:
| Propiedad | Explicación | Importancia biológica |
|---|---|---|
| Gran poder disolvente | Las cargas parciales del agua orientan las moléculas polares y iones | Medio de reacción; transporte de nutrientes, gases, residuos |
| Elevada tensión superficial | Los puentes de H cohesionan la superficie | Soporte de organismos pequeños; menisco en vasos estrechos |
| Elevados calores específico y de vaporización | Muchos puentes de H → necesita mucha energía para calentarse | Termorregulación en seres vivos y ecosistemas |
| Cohesión (fuerzas de adhesión y cohesión) | Columnas de agua en vasos conductores de plantas | Transporte del agua en el xilema |
| Densidad máxima a 4 °C | El hielo es menos denso que el agua líquida | El hielo flota → protege los ecosistemas acuáticos en invierno |
| Reactivo en reacciones de hidrólisis/condensación | Participa en síntesis y degradación de biomoléculas | Digestión, síntesis de polímeros |
| Transparente | Permite el paso de luz | Fotosíntesis en organismos acuáticos |
📋 Preguntas PAU sobre biomoléculas inorgánicas
EBAU — Aragón, junio 2020, opción A, cuestión 1
Respecto al agua:
a) Explica la estructura de la molécula de agua y por qué es polar.
b) ¿Qué son los puentes de hidrógeno?
c) Indica cuatro propiedades biológicas del agua y explica brevemente su importancia.
EBAU — País Vasco, junio 2018, opción A, cuestión 1
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos.
a) Explica la estructura química de la molécula de agua.
b) ¿Por qué el agua es una molécula polar? ¿Qué consecuencias tiene esta polaridad?
c) Indica tres propiedades del agua que sean importantes para la vida.
Las sales minerales
Las sales minerales se encuentran en los organismos en forma:
- Disociada (iones): en el agua corporal. Importantísimas para el equilibrio osmótico y la regulación del pH.
- Sólida (precipitada): en estructuras de soporte (huesos, concha, caparazón).
Función de los iones:
| Ion | Función |
|---|---|
| Na⁺, K⁺ | Potencial de membrana, impulso nervioso |
| Ca²⁺ | Contracción muscular, formación de huesos, coagulación |
| Mg²⁺ | Cofactor enzimático; en la clorofila |
| Fe²⁺/Fe³⁺ | Grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina; citocromos |
| PO₄³⁻ | Componente del ATP, ácidos nucleicos, fosfolípidos |
| HCO₃⁻, CO₃²⁻ | Sistema tampón del pH de la sangre |
| Cl⁻ | Equilibrio osmótico; jugo gástrico (HCl) |
| I⁻ | Síntesis de hormonas tiroideas |
- Tampón bicarbonato en sangre: HCO₃⁻/H₂CO₃ (pH ~7,4)
- Tampón fosfato en citoplasma: H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻
📋 Preguntas PAU sobre minerales
EBAU — Extremadura, junio 2019, pregunta 1
a) ¿Cuál es la función de las sales minerales en los seres vivos?
b) Cita dos ejemplos de iones biológicamente importantes y explica su función.
Biomoléculas orgánicas: clasificación
Las biomoléculas orgánicas son las moléculas que contienen carbono como esqueleto. Las principales son:
| Biomolécula | Monomero | Función principal |
|---|---|---|
| Glúcidos | Monosacáridos | Energética, estructural |
| Lípidos | Glicerol + ácidos grasos | Energética (reserva), estructural (membrana), reguladora |
| Proteínas | Aminoácidos | Estructural, enzimática, reguladora, defensiva, transportadora |
| Ácidos nucleicos | Nucleótidos | Almacenamiento y expresión de la información genética |
📋 Preguntas PAU sobre bioelementos, agua y sales minerales
EBAU — Aragón, junio 2015, opción A, cuestión 2
Clasifica las biomoléculas orgánicas e indica para cada grupo su monómero, un ejemplo y su función principal.