Bioelementos y Biomoléculas. Agua y sales minerales.

Contenido
BIOELEMENTOS ............................................................................................................................................ 1
LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS ............................................................................................................... 2
BIOELEMETOS SECUNDARIOS ................................................................................................................ 2
3.- LOS PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLÉCULAS .............................................................................. 3
3.1.- EL AGUA ............................................................................................................................................... 3
3.2.-LAS SALES MINERALES ........................................................................................................................ 5
4.-LOS ESTADOS DE LA MATERIA VIVA ................................................................................................. 6
4.1. EL ESTADO SÓLIDO ......................................................................................................................... 6
4.2 EL ESTADO LÍQUIDO ......................................................................................................................... 7
4.3.- TIPOS DE DISPERSIONES COLOIDALES ........................................................................................ 7
4.4. ESTABILIDAD Y PRECIPITACIÓN DE lAS DISPERSIONES COLOIDALES ...................................... 8
4.5. PROPIEDADES DE LAS DISPERSIONES COLOIDALES ................................................................... 8
4.7 EL ESTADO GASEOSO ............................................................................................................................ 10
EJERCICIOS ............................................................................................................................................. 11
BIOELEMENTOS
Son elementos químicos que forman parte de la materia viva.
Los bioelementos se pueden clasificar en dos grupos: los bioelementos primarios y los bioelementos
secundarios .
 Los bioelementos primarios son un grupo de seis elementos, que constituyen el 96,2 por 100 del
total de la materia viva. Son el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrógeno (H), el nitrógeno (N), el
fósforo (P) y el azufre (S). Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de los
glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos, que son las biomoléculas (principios inmediatos)
presentes en todos los seres vivos.
Los principales son C,O,H,N, con las siguientes características:
1.
2.
Abundan en la corteza terrestre, atmósfera e hidrosfera,
Pueden compartir los electrones de sus capas más externas formando enlaces covalentes
de gran estabilidad. Todo esto debido al bajo peso atómico C=12 O=16 N=14 H=1.
3.
Los enlaces covalentes entre carbonos permite cadenas estables, dendo variabilidad en las
4.
moléculas y apareciendo grupos funcionales.
Los compuestos formados por CHON presentan una polaridad que permite su disolución
en agua formando emulsiones o dispersiones coloidales.
C y N presentan igual afinidad para unirse con el O e H pasando de estado oxidado a reducido y
viceversa, siendo las reacciones de oxido reducción la base de muchas reacciones metabólicas.
 Los bioelementos secundarios son todos los restantes. En este grupo se pueden distinguir dos
tipos: los indispensables, que se encuentran en todos los seres vivos en pequeñas cantidades, y
los variables, que son los que pueden faltar en algunos organismos.
Son bioelementos secundarios indispensables el calcio (Ca), el sodio (Na), el potasio (K), el
magnesio (Mg), el cloro (Cl), el hierro (Fe), el silicio (Si), el cobre (Cu), el manganeso (Mn), el boro
(B), el flúor (F) y el yodo (1). Son bioelementos secundarios variables :el bromo (Br), el cinc (Zn),
el titanio (Ti), el vanadio (V) y el plomo (Pb).
Los elementos que se encuentran en proporciones inferiores al 0,1 por 100 se denominan
oligoelementos. Muchos bioelementos pueden ser a la vez indispensables y oligoelementos, debido
a que su función no es estructural, sino catalizadora. Así, una pequeña cantidad de ellos es suficiente
para que todo el organismo funcione bien; pero si faltara totalmente alguno, el organismo moriría.
La razón de que el carbono, el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre sean los
bioelementos primarios, también llamados bioelementos plásticos, no se debe a que éstos sean los
elementos más abundantes en la litosfera o en la atmósfera, sino a que estos elementos establecen
entre sí enlaces covalentes. Estos enlaces covalentes son estables, pero susceptibles de romperse
con relativa facilidad y dar lugar a otras moléculas. Además, muchas veces son enlaces covalentes
polares, lo que permite la disolución de estas moléculas en agua, que es el medio en el que se dan
todas las reacciones bioquímicas.
LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS
El carbono tiene cuatro electrones en su periferia, por lo que puede formar enlaces covalentes
dirigidos hacia los cuatro vértices de un tetraedro imaginario. Esto permite la conformación de
estructuras tridimensionales. También el silicio presenta estas propiedades y, además, es más
abundante en la corteza terrestre que el carbono. Sin embargo, la vida está basada en el carbono y
no en el silicio porque los enlaces C-C son estables y permiten formar cadenas lineales o ramificadas
y anillos, que constituyen los esqueletos de muchas moléculas. Los enlaces C - H, C = O Y C - N
constituyen una serie de funciones con propiedades diferentes, que multiplican la diversidad
molecular. En cambio, las cadenas - Si - Si -, formadas por átomos de silicio, son inestables, y las
cadenas - Si - O - Si - O - (siliconas), formadas por átomos de silicio y de oxígeno, son tan estables
que prácticamente son inalterables. Por ello, no son aptas para los procesos biológicos. Además,
mientras el dióxido de carbono (CO 2) es gaseoso y soluble en agua, por lo que puede ser expelido
por los animales y absorbido por las plantas, el compuesto de silicio equivalente, SiO 2 (sílice), es
sólido e insoluble en agua.
El oxígeno es muy electronegativo, es decir, al formar un enlace covalente, el átomo de oxígeno
atrae hacia sí con mucha fuerza los electrones que comparte, por lo que forma enlaces muy estables.
Durante la oxidación biológica, el oxígeno acepta el único electrón que posee el hidrógeno, elemento
que estaba enlazado al carbono o al nitrógeno. De este modo, se forma agua y se libera una gran
cantidad de energia, que aprovechan los seres vivos.
El azufre y el fósforo no son tan electronegativos como el oxígeno o el nitrógeno, por lo que sus
enlaces no son tan estables y se pueden romper con facilidad. Al romperse el enlace que une dos
grupos fosfato - P03 - P03 - , se libera al organismo la energia contenida en dicho enlace. En estos
enlaces ricos en energia se almacena la energia liberada en otras reacciones, como las oxidaciones.
El fósforo interviene además en el proceso de la osificación. El nitrógeno forma parte de las proteínas
y los ácidos nucleicos. El hidrógeno aparece en prácticamente todos los compuestos orgánicos.
BIOELEMETOS SECUNDARIOS
Los bioelementos secundarios tienen funciones diferentes. Así, los iones Na+, K+ y Cl- son los más
abundantes en los medios internos y en el interior de las células. Intervienen, pues, en el
mantenimiento del equilibrio osmótico. Los iones Na+ y K+ son fundamentales en la transmisión
nerviosa. El calcio, en forma de carbonato (CaC0 3), da lugar a los caparazones de los moluscos ya
los esqueletos de otros muchos animales, y como ion (Ca z+) actúa en los mecanismos de la
contracción muscular, en la permeabilidad de las membranas celulares, etc. El magnesio es un
componente de muchas enzimas y del pigmento clorofila. El hierro es necesario para sintetizar la
hemoglobina de la sangre y los citocromos, enzimas que intervienen en la respiración celular. El yodo
es necesario para formar la hormona tiroidea, responsable del metabolismo energético.
El cobre se requiere para formar la hemocianina, el pigmento respiratorio de muchos invertebrados
acuáticos, y para algunas enzimas oxidasas. El cobalto hace falta para sintetizar la vitamina B1Z Y
algunas enzimas que regulan la fijación del nitrógeno. El flúor se encuentra en el esmalte de los
dientes y en los huesos. Su carencia favorece la caries. El silicio forma parte de los caparazones de
las diatomeas y da rigidez a los tallos de las gramíneas y de los equisetos. El litio actúa sobre los
neurotransmisores y favorece la estabilidad del estado de ánimo.
3.- LOS PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLÉCULAS
Si se efectúa un análisis físico de la materia viva, de forma que
podamos separar cada una de las sustancias que la componen
sin que éstas se alteren, se llega a los llamados principios
inmediatos o biomoléculas. Los métodos utilizados para este
análisis son la evaporación, la filtración, la destilación, la diálisis,
la cristalización, la electroforesis y la centrifugación.
Los principios inmediatos pueden ser simples o compuestos
(cuadro Ir). Se llaman simples cuando las moléculas están
formadas por átomos del mismo tipo, como en el caso del
oxígeno (02); y compuestos cuando hay átomos de diferentes
elementos, como, por ejemplo, el agua (H20). Los principios
inmediatos compuestos pueden ser inorgánicos, como el agua,
las sales minerales (carbonatos, fosfatos, etc.) y el dióxido de
carbono (C02); y orgánicos, es decir, constituidos por polímeros
de carbono, como los glúcidos, los lípidos, los prótidos y los
ácidos nucleicos.
Los principios inmediatos pueden tener una función estructural,
como las proteínas, las sales minerales de los huesos o los
lípidos de las membranas; función energética, como las grasas;
y función biocatalizadora, es decir, aceleradora de las
reacciones bioquímicas, como las proteinas enzimáticas.
El agua, un elemento indispensable para la vida en la Tierra.
LOS PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLÉCUIAS
Simples
Principios
inmediatos
oxígeno molecular (02), nitrógeno molecular (N2)
Inorgánicos
agua, dióxido de carbono,
sales minerales
Orgánicos
glúcidos, lípidos, prótidos,
ácidos nucleicos
Compuestos
3.1.- EL AGUA
El agua es la sustancia química más abundante en la materia viva. En el hombre representa el
63 por 100 de su peso, en las algas el 95 por 100, en el embrión humano el 94 por 100. Entre los
límites inferiores están los huesos, con un 22 por 100, algunas semillas, con un 20 por 100, y la
dentina de los dientes, con sólo un 10 por 100. Existe una relación directa entre contenido en agua y
actividad fisiológica de un organismo. Así, los menores porcentajes se dan en seres con vida latente,
como semillas, virus, etc.
El agua se encuentra en la materia viva en tres formas:

Como agua circulante; por ejemplo en la sangre, en la savia, etc.


Como agua intersticial, entre las células, a veces fuertemente adherida a la sustancia
intercelular (<<agua de imbibición»), como sucede en el tejido conjuntivo .
Como agua intracelular, en el citosol y en el interior de los orgánulos celulares.
En el caso del hombre, el agua circulante supone el 8 por 100 de su peso, el agua intersticial el 15 por
100 y el agua intracelular el 40 por 100.
Los organismos pueden conseguir el agua directamente a partir del agua exterior o a partir de otras
biomoléculas mediante diferentes reacciones bioquímicas; es lo que se denomina «agua metabólica».
Por ejemplo, a partir de la oxidación de la glucosa, aparece agua:
C6H120S + 6 O2 -
6 CO2 + 6 H20
El agua, a temperatura ambiente, es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, si se
considera que otras moléculas de parecido peso molecular, como el SOz, el COz, el NOz, 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 la molécula aparece un polo negativo (donde
hay mayor densidad electrónica) y un polo positivo (donde, al haber menor densidad electrónica,
predominan las cargas positivas de los núcleos de hidrógeno). Las moléculas de agua son, pues, dipolos.
Fuerzas de atracción entre las moléculas de
agua
Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamadas puentes de hidrógeno,
formándose grupos de 3, 4 y hasta poco más de 9 moléculas. Con ello se alcanzan pesos moleculares
elevados y el HzO se comporta como un líquido. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo (de 1010 a 10-z1 s), lo cual confiere al agua todas sus propiedades de fluido. En la realidad, coexisten estos
pequeños polímeros de agua con moléculas aisladas que rellenan los huecos. Cuando todas las moléculas
están unidas por Tª inferiores a Oº el estado es sólido y aumenta de volumen, cuando la Tª supera los
100ºC se rompen los enlaces y da lugar al vapor.
a) Características fundamentales del agua.


Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas, debida a los puentes de hidrógeno. Ello explica que
el agua sea un líquido prácticamente incompresible, idóneo para dar volumen a las células, provocar
la turgencia de las plantas, constituir el esqueleto hidrostático de anélido s y celentéreos, etc. También
explica que el agua tenga una elevada tensión superficial, es decir, que su superficie oponga una
gran resistencia a romperse. Esto permite que muchos organismos vivan asociados a esa película
superficial y la ascensión de la savia bruta por los tubos capilares. El fenómeno de la capilaridad
depende tanto de la adhesión de las moléculas de agua a las paredes de los conductos como de la cohesión de las moléculas de agua entre sí.
Elevado calor específico. Por ello hace falta mucho calor para elevar su temperatura (Q = m . Ce • (t1 –
t2]). Esto la convierte en estabilizador térmico del organismo frente a los cambios bruscos de
temperatura del ambiente.

Elevado calor de vaporización. Debido a que para pasar del estado líquido al gaseoso hay que
romper todos los puentes de hidrógeno.
 Mayor dénsidad en estado líquido que en estado sólido. Ello explica que el hielo forme una capa
superficial termoaislante que -permite la
vida en ríos, mares y lagos.

Elevada constante dieléctrica. Por tener molécu dipolares, el agua es un gran medio disolvente de
compuestos ió os, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares, omo los glúcidos. El
proceso de disolución se debe a que las moléc as de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los
grupos polares del soluto, llegando en el caso de los compuestos iónicos a desdoblarlos en aniones y
cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se denomina solvatación
iónica.
Esta capacidad disolvente del agua y su abundancia en el medio natural explican que sea el
vehículo de transporte (captación de sales minerales por las plantas, por ejemplo) y el medio donde
se realizan todas las reacciones químicas del organismo (tal es el caso de la digestión de los
alimentos).

Bajo grado de ionización. Sólo una molécula de cada 551.000.000 de moléculas de agua se
encuentra ionizada:
H20 ~
H30+ + OH-
Esto explica que la concentración de iones hidronio (H 30+) y de los iones hidroxilo (OH-)
sea muy baja, concretamente 10-7 moles por litro ([H30+] = [OH-] = 10-7).
Dados los bajos niveles de H30+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido (se añade H30+) o
una base (se añade OH-), aunque sea en muy poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.
b) Funciones del agua en los seres vivos.
Debido a las peculiares propiedades del agua, ésta desempeña funciones muy importantes en el
organismo vivo. Las principales son:






Función disolvente de las sustancias. Es básica para la vida, ya que prácticamente todas las
reacciones biológicas tienen lugar en el estado líquido del medio acuoso. Se produce debido a las
atracciones electroestáticas eentre los dipolos del agua y los iones de biomoléculas.
Función bioquímica. El agua interviene en muchas reacciones, por ejemplo, en las hidrólisis (rotura
de enlaces con intervención de agua), que se dan durante la digestión de los alimentos, como fuente
de hidrógeno en la fotosíntesis, etc.
Función de transporte de las sustancias desde el exterior al interior de los organismos y en el propio
organismo, a veces con un gran trabajo como en la ascensión de la savia bruta en los árboles.
Función estructural. El volumen y forma de las células que carecen de membrana rígida se
mantienen gracias a la presión que ejerce el agua interna. Al perder agua, las células pierden su
turgencia natural, se arrugan y hasta pueden llegar a romperse (lisis).
Función mecánica amortiguadora. Por ejemplo, los vertebrados poseen en sus articulaciones bolsas
de líquido sinovial que evita el roce entre los huesos.
Función termorreguladora. Se debe a su elevado calor específico y a su elevado calor de
vaporización. Por ejemplo, los animales, al sudar, expulsan agua, la cual, para evaporarse, toma calor
del cuerpo y, como consecuencia, éste se enfría.
3.2.-LAS SALES MINERALES
Las sustancias minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas: precipitadas,
disueltas en forma de iones o asociadas a sustancias orgánicas.
Las sustancias minerales precipitadas constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función
esquelética. Por ejemplo, el carbonato cálcico en las conchas de los moluscos, el fosfato cálcico,
Ca3(P04)z, y el carbonato cálcico que, depositados sobre el colágeno, constituyen los huesos, el
cuarzo (Si02) en los frústulos de las diatomeas y en las gramíneas, etc.
Las sales minerales disueltas dan lugar a aniones y cationes. Los principales son:
- Cationes: Na+, K+, Ca2+ y Mg2+.
-Aniones: Cl-, SO¡-, PO~-, C05-, RC03 yN03.
:
® El carbonato cálcico forma las conchas de los moluscos. ::ID El fosfato cálcico forma los huesos de los vertebrados. © El cuarzo aparece en
caparazones de las algas diatomeas.
Estos iones mantienen un grado de salinidad constante dentro del organismo y ayudan a
mantener también constante su pR. Los líquidos biológicos, a pesar de estar constituidos
básicamente por agua, no varían apenas su [R 30+], es decir, su pR (pR = -10g[R30+]) por la adición
de ácidos o bases. Ello se debe, en parte, a que estos líquidos contienen sales minerales que pueden
ionizarse en mayor o menor grado dando lugar a R 30+ o a ORque contrarresten el efecto de los
ácidos o a bases añadidos. Este fenómeno se denomina efecto tampón y a estas disoluciones se las
llama disoluciones tampón o amortiguadoras. Por otro lado, cada ion desempeña funciones específicas y a veces antagónicas. Por ejemplo, el K+ aumenta la turgencia, mientras que el Ca 2+ la
disminuye. Ello se debe a que el K+ favorece la captación de moléculas de agua (imbibición)
alrededor de las partículas coloidales citoplasmáticas, mientras que el Ca 2+ la dificulta. Otro ejemplo
es el corazón de la rana, que se para en sístole si hay exceso de Ca 2+ y en diástole si el exceso es
de K+. El Ca2+ y el K+ son, pues, iones antagónicos.
El medio interno de los organismos presenta unas concentraciones iónicas constantes. Una
variación en dicho equilibrio iónico provoca alteraciones en la permeabilidad, excitabilidad y
contractilidad de las células. A este respecto son conocidas las soluciones fisiológicas de Ringer para
los anfibios y de Tyrode para los mamíferos, en las que se puede mantener un órgano funcionante, y
la solución nutritiva de Arnon para cultivos hidropónicos.
Las sustancias minerales asociadas a moléculas orgánicas suelen encontrarse junto a
proteínas, como los fosfoproteidos; junto a lípidos, como los fosfolípidos; y junto a glúcidos, como en
el agar-agar.
Las principales funciones de las sustancias minerales en los organismos son:
- Formar estructuras esqueléticas.
- Estabilizar dispersiones coloidales.
- Mantener un grado de salinidad en el medio interno. Regulación de fenómenos
osmóticos(turgescencia y plasmolisis)
- Constituir soluciones amortiguadoras de las variaciones de pH o tampón.
- Acciones específicas: por ejemplo, el ion ferroso Fe2+ es necesario para sintetizar la
hemoglobina, el yodo es imprescindible en la hormona tiroidea, el ion magnesio Mg2+ es necesario en
la clorofila, etc.
4.-LOS ESTADOS DE LA MATERIA VIVA
Los seres vivos están constituidos por sustancias en estado sólido, líquido y gaseoso.
4.1. EL ESTADO SÓLIDO
En el estado sólido se presentan todas aquellas sustancias que constituyen elementos
esqueléticos y de protección, como los huesos, los depósitos de lípidos, el pelo, las plumas, el tronco
de los árboles, etc.
Las sustancias sólidas pueden ser de dos tipos:


Inorgánicas, como el fosfato cálcico y el carbonato cálcico, que se encuentran impregnando
una estructura proteica de colágeno, constituyendo así los huesos.
Orgánicas, como el propio colágeno, el almidón, la celulosa de la madera, la quitina del
exoesqueleto de los insectos, la queratina que constituye el pelo, las plumas, las uñas, etc., los
depósitos de sebo en los animales, etc.
4.2 EL ESTADO LÍQUIDO
En los seres vivos, el estado líquido está constituido por
dispersiones de muchos tipos de moléculas dispersas o
solutos y un solo tipo de fase dispersante o disolvente, que
es el agua.
Los solutos pueden ser de bajo peso molecular, como las
sales minerales; por ejemplo, el cloruro sódico (peso molecular
= 58,5) o las moléculas orgánicas pequeñas, como la glucosa
(peso molecular = 180); también pueden ser de elevado peso
molecular, del orden de varios miles, como, por ejemplo, las
proteínas de tipo albúmina (peso molecular entre 30.000 y
100.000).
Formas de sol y de gel
de una dispersión coloidal.
Las dispersiones de solutos de elevado peso molecular se
denominan dispersiones coloidales. El tamaño de las
partículas oscila entre una milimicra y 0,2 micras, que es el
límite de observación en el microscopio óptico. Son, pues,
transparentes y claras. Sin embargo, vistas al trasluz y sobre
fondo oscuro se observa cierta opalescencia. Ello se debe al
destello que emiten las partículas al reflejarse sobre ellas la
luz. Las dispersiones coloidales son estables, es decir, no
sedimentan, aunque pase mucho tiempo. Sin embargo,
mediante ultracentrifugación puede lograrse la separación de
la fase dispersa y la fase dispersante.
4.3.- TIPOS DE DISPERSIONES COLOIDALES
Atendiendo a la naturaleza de la fase dispersa, se distinguen dos tipos de dispersiones coloidales:
las de macromoléculas, o sea, de moléculas cuyo peso molecular es superior a 10.000, y las de micelas,
que es el nombre que reciben las partículas resultantes de la agrupación de cientos o miles de moléculas
pequeñas. Por ejemplo, las micelas de azufre coloidal están formadas por unas mil moléculas de S8 (ocho
átomos de azufre juntos).
Según el estado físico de la fase dispersa, se distinguen dos tipos de dispersiones coloidales:
suspensiones coloidales, cuando las partículas dispersas -ya sean macromoléculas o micelas- son
sólidas, y las emulsiones coloidales, cuando las partículas dispersas son micelas procedentes de un
líquido inmiscible con la fase dispersante.
Según la afinidad existente entre las partículas de la fase dispersa y las de la fase dispersante, se
distinguen dos tipos de coloides: los coloides liófilos, cuando las moléculas de la fase dispersa tienden a
rodearse de una <<nube» de moléculas de la fase dispersante, y los coloides liófobos, cuando no existe
esa afinidad o incluso aparece una repulsión entre las moléculas de las dos fases. Cuando el medio
dispersante es el agua, se habla de coloides hidrófilos (hydro = agua y filos = amigo), como es el caso de
las proteínas y de los glúcidos, y de coloide s hidrófobos (fobos = enemigo), como es el caso de las
micelas de grasa o de las micelas metálicas; por ejemplo, el oro y el hierro coloidales.
Las dispersiones coloidales, por otro lado, pueden presentarse en dos estados; en forma de solo estado
líquido, que es el estudiado hasta ahora, y en forma de gel o estado semisólido. El sol se produce cuando
la fase dispersa es un sólido y la fase dispersante es un líquido. Tiene aspecto de líquido. El gel se produce
cuando la fase dispersa es un líquido y la fase dispersante es un conjunto de fibras entrelazadas entre las
cuales quedan retenidas por capilaridad e hidratación las moléculas del líquido. Tiene aspecto semipastoso,
gelatinoso o de sólido vítreo. Pueden formar geles las gomas y pectinas vegetales, las mucinas secretadas
por los caracoles, el humor vítreo, el ectoplasma de la célula, etc. Del estado de sol se puede pasar al de
gel (fig. 8), pero no siempre este proceso es reversible; por ejemplo, el gel sólido de sílice se hidrata en
presencia de agua, pero ya no regenera el sol.
4.4. ESTABILIDAD Y PRECIPITACIÓN DE lAS DISPERSIONES COLOIDALES
Las dispersiones de coloide s hidrófilos (proteínas, glúcidos, etc.) son muy estables. Esto se
debe a que las partículas de la fase dispersa se hidratan, es decir, quedan rodeadas de múltiples
capas de moléculas de agua, formándose una especie de escudo que imposibilita el que dos o más
de estas partículas lleguen a enlazarse entre sí y se alcance el tamaño mínimo para sedimentar. La
precipitación aparece cuando se consigue eliminar estas capas de agua. Ello puede realizarse
mediante la adición de sustancias deshidratantes, como el alcohol o la acetona, y de iones que se
rodean también de moléculas de agua.
Cuando la precipitación es en forma de copos se denomina coagulación. Si éstos se unen a la
precipitación dando masas más grandes, llamadas flóculos, reciben el nombre de floculación; si
mediante la adición de agua al precipitado se vuelve a obtener un sol, se habla de coagulación
reversible; y si ello no es posible, estamos ante una coagulación irreversible.
Las dispersiones de coloide s hidrófobo s son menos estables. Sus partículas se rodean, mediante un
proceso de adsorción diferencial, de un determinado tipo de iones. Posteriormente, esta capa iónica
queda rodeada por los iones de carga opuesta y se establece así la llamada doble capa eléctrica.
Las partículas coloidales quedan así aisladas eléctricamente. Las sustancias que al disolverse dan
lugar a estos iones se ~enominan sustancias estabilizantes. En el caso de que se trate de una
emulsión se llaman sustancias emulsionantes. Los coloides hidrófilos (proteínas, jabones, etc.) son
buenos emulsionantes.
La precipitación se puede conseguir añadiendo iones de carga opuesta a la partícula coloidal. Al irse
asociando a ella, disminuyen su carga global y las partículas se pueden unir entre sí.
Un ejemplo de dispersión coloidal hidrófoba es la emulsión de aceite en agua gracias a la adición de
un jabón, por ejemplo, el palmitato Sódico, CH3- (CH2h4:"- COONa. Al disolverse el jabón, el polo
lipófilo del anión, CH3-(CH2h4-COO-, se une a la superficie de las gotitas de aceite, quedando éstas
rodeadas por una capa de dichos aniones, que recibe el nombre de membrana haptógena.
Alrededor se sitúan los cationes Na+ y las partículas quedan así con carga positiva y aisladas unas
de otras. Éste es el fundamento de la acción detergente del jabón sobre las manchas de grasa, de la
adsorción de los alimentos grasos en el intestino, de la estabilidad de la leche animal (en ella la
membrana haptógena que rodea las gotas de grasa está formada por la proteína caseína), de la
estabilidad de la salsa mahonesa (gracias a la proteína ovoalbúmina), etc. (fig. 9, página siguiente).
4.5. PROPIEDADES DE LAS DISPERSIONES COLOIDALES
La mayoría de los líquidos de los seres vivos se encuentran en forma de dispersiones coloidales; de
ahí que sea tan importante el estudio de sus propiedades.
a) Elevada viscosidad. La viscosidad es la resistencia interna que presenta un líquido al movimiento
relativo de sus moléculas. Las dispersiones coloidales, dado el elevado tamaño de sus moléculas, son
muy viscosas y esta viscosidad aumenta si pasan de sol a gel. En el citosol se establece un mecanismo
de regulación de este proceso según interese un mayor hidrodinamismo o una mayor estabilidad del
medio interno.
Los
Irpidos son insolubles en
agua. Tras agitación dan
emulsiones inestables.
Tras la adición de jabón
se forma una membrana
haptógena en la
superficie de las gotitas
APARECE UNA
EMULSIÓN
PERSISTENTE.
de grasa.
b) Elevado poder adsorbente. La adsorción es la atracción que ejerce la superficie de un sólido
sobre las moléculas de un líquido o de un gas. La misma cantidad de sustancia ejerce mayor
adsorción si se encuentra finamente dividida.
Un ejemplo de sustancia muy adsorbente es el «carbón activo». Es un carbón muy poroso obtenido
a partir de la destilación seca de la madera de coco. Finamente granulado se utiliza en las caretas
antigás y para filtrar líquidos con impurezas. Ejemplos biológicos de adsorción son los contactos
enzima con sustrato, anticuerpo con antígeno, etc.
Debe evitarse confundir adsorción con absorción, que es la captación de un fluido por parte de otro;
por ejemplo, el enriquecimiento en oxígeno del agua mediante la aireación de la misma es un
proceso de absorción.
c) Efecto Tyndall. Las dispersiones coloidales, al igual que las disoluciones verdaderas, resultan
transparentes. Sin embargo, si se iluminan lateralmente y sobre un fondo oscuro, se observa una
cierta opalescencia provocada por la reflexión de los rayos luminosos. Es algo parecido a lo que
ocurre cuando un rayo de luz ilumina el polvo en una habitación a oscuras. Si la iluminación es
frontal, ya no resulta apreciable dicho polvo. El efecto Tyndall también se puede apreciar mediante
un microscopio de campo oscuro.
d) Movimiento browniano. Es el movimiento caótico que presentan las partículas coloidales debido
a los impactos que sobre ellas ejercen las moléculas de la fase dispersante que, como se sabe
por la teoría cinético molecular, siempre están en continuo movimiento.
HEMODIÁLISIS
una aplicación práctica
de la diálisis es la
hemodiálisis que se
aplica a enfennos del
riñón. Consiste en
enfrentar' la sangre del
enfenno, cargada de
urea, a una solución
especial a través de la
membrana
semipenneable que
pennite el paso de agua,
sales, urea y otras
moléculas pequeñas. Al
cabo de un tiempo, si se
han enfrentado
volúmenes iguales, la
concentración de urea en
la sangre será la mitad.
La hemodiálisis dura
unas ocho horas y se
debe realizar una, dos o
tres veces por semana.
e) Sedimentación. Las dispersiones coloidales son estables en
condiciones normales; pero, si sometes a fuertes campos
gravitatorios, se puede conseguir que sedimenten sus
partículas. se realiza en las ultracentrifugas que pueden
alcanzar las 100.000 revoluciones por minuto. Conociendo el
número de revoluciones, el tiempo necesario para su
sedimentación y la viscosidad del medio se puede averiguar el
peso molecular de las partículas coloidales.
f) Diálisis. Es un proceso mediante el cual se separan las
partículas dispersas de elevado peso molecular (coloides) de
de
bajo peso molecular (cristaloides), aprovechando una
membrana semipermeable, es decir, que deja pasar las
moléculas pequeñas (agua y cristaloides), pero no las grandes.
El
celofán, el pergamino y las membranas animales son
membranas semipermeables de fácil uso en el laboratorio.
g) Electroforesis. Es el transporte de las partículas coloidales
debido a la acción de un campo eléctrico. Las partículas
coloidales con carga positiva se dirigen hacia el cátodo
(electrodo negativo), y las que tienen carga negativa se dirigen
hacia el ánodo (electrodo positivo). Generalmente, la
electroforesis se utiliza para separar los distintos tipos de
proteínas que se aíslan juntas a partir de un determinado tejido.
Para realizar la electroforesis se utilizan los geles de almidón, los geles de poliacrilamida o bien
tiras de papel especial empapado en una disolución electrolítica tampón. Obviamente, las
moléculas más pequeñas tendrán más facilidad para atravesarlos que las más grandes. El
proceso se detiene antes de que las proteínas más «rápidas» hayan llegado a los electrodos. La
velocidad de una proteína depende del tamaño de sus moléculas y del número de cargas
eléctricas que posea
ÓSMOSIS
solución hipotónica solución hipertónica
Membrana semipermeable
Célula en una solución hipertónica
Plasmólisis
Célula en una solución hipotónica
Turgencia
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Todos los seres vivos mantienen constante el pH de su medio interno. Esto se logra, sobre todo,
mediante las sales minerales disueltas, que constituyen las llamadas disoluciones tampón. Si variase el pH,
muchas reacciones se verían desplazadas y muchas enzimas precipitarían, con lo que se provocarían
graves trastornos e incluso la muerte.
Un ejemplo de disolución tampón son los iones dihidrógeno fosfato (HzPO¡-) y monohidrógeno fosfato
(HPO¡-), que se encuentran en equilibrio. Se denominan sistema tampón fosfato. Este sistema mantiene
constante el pH interno celular en 7,2 y está interrelacionado con los fosfatos orgánicos, como el ATP.
Si en la célula aumentaran los ácidos, la reacción se desplazaría hacia la izquierda; y si
disminuyeran, la reacción se desplazaría hacia la derecha. Así, se amortiguarían las variaciones.
Otro ejemplo es el sistema tampón bicarbonato:
H+ + HC03- -+ HZC03 -+ COz + HzO
El HZC03 es muy inestable y enseguida se descompone en COz Y HzO. Ante una acidosis en la sangre
(exceso de H+), el HC03 se une al exceso de H+, dando HZC03, que se descompone inmediatamente en COz
Y HzO.
4.7 EL ESTADO GASEOSO
Algunos gases son también constituyentes de los seres vivos. Hay que considerar que la mayor parte de la
vida se desarrolla en un ambiente aéreo o próximo a él.
Entre los gases podemos distinguir unos que intervienen en el metabolismo y otros que son inertes. Entre
los primeros, citaremos el oxígeno (Oz) y el dióxido de carbono (COz), producto final del metabolismo
aeróbico. Entre los inertes, cabe mencionar el nitrógeno (Nz), que, por ejemplo, se encuentra en el interior
de algunas cianofíceas (Nostoc) y ocupa las cámaras de la concha de algunos cefalópodo s (Nautilus),
colaborando en la flotación.
EJERCICIOS
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1-¿En qué se distinguen el crecimiento de una planta y el crecimiento de unos cristales de sal al
evaporarse el agua?
2.-Dibuja un grupo de moléculas de agua enlazadas mediante puentes de hidrógeno y explica en qué
consiste este tipo de enlace.
3.-¿Qué es el efecto tampón?
4.-Enumera las diferencias que existen entre las dispersiones coloidales y las disoluciones
verdaderas.
5.-¿En qué se diferencian la diálisis y la ósmosis?
6.-¿En qué se diferencian la absorción y la adsorción?
7-¿Qué función tiene la administración de bicarbonato sódico o citrato sódico en pacientes con
acidosis?