BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

Cuestiones de las que hemos hablado en clase y no están desarrolladas en los libros

  1. El tema del origen de los elementos químicos. Creo que es importante conocer que los átomos de los que estamos formados son algo que ha tenido que formarse de alguna manera. Todo tiene un origen (al menos en la tradición judeocristiana...) y el nuestro está en las estrellas...
  2. Las enormes diferencias entre las composiciones de los seres vivos y la geosfera y atmósfera. El parecido con la hidrosfera es mucho mayor. Esto último tiene lógica porque la Vida apareció en el mar y las células son básicamente agua. Aún así, la cantidad de C, N y P es mucho mayor de lo que le correspondería según la correlación que vemos en la Figura 1.2. Todo ello nos indica que los seres vivos somos sistemas en desequilibrio composicional con el entorno en el que vivimos. Es decir, somos cosas raras, inesperables. Conseguimos mantenernos alejados del equilibrio (y, por tanto vivos) a base de consumir cantidades muy importantes de energía. Sin ese consumo energético, la Vida desaparece.
  3. Las clasificaciones son siempre una cuestión compleja en las Ciencias de todo tipo. En el caso de los tipos de bioelementos vemos que no todos los libros coinciden en el esquema de clasificación, el número total de bioelementos que hay y, ni siquiera, en cuáles son los secundarios. La definición sólo está clara para los bioelementos primarios. Es importante tener claro que nuestro conocimiento de la biodiversidad es muy incompleto (y no sólo de las especies sino de su composición química y genética). Cualquier elemento que entra a formar parte de las estructuras, o que interviene en los procesos fisiológicos de cualquier especie de la Biosfera, es un bioelemento. Por lo tanto, no es necesario que estén en todas ellas, ni que su abundancia sea la misma en todas...
  4. En todas las ciencias se utilizan muy a menudo las gráficas de dispersión para estudiar la correlación entre variables. En ellas podemos ver en forma de nube de puntos los valores que toman diferentes casos para diferentes variables. En la Figura 1.2 hemos observado una buena correlación entre dos variables porque la nube de puntos tiene una forma más o menos estrecha y alargada.
  5. Los orbitales electrónicos son como las habitaciones dobles de los hoteles: pueden estar ocupados por una sola persona, pero están más bien pensadas para dos... En el caso de los átomos, los orbitales tienen una tendencia a estar ocupados por dos electrones. Si sólo hay uno, hacen lo posible por meter un compañeroa como sea. Eso es exactamente un enlace covalente. Lógicamente, eso tiene una ventaja pero lleva un precio. Para ocupar ese orbital hay que pagar un dinerito que, en la Naturaleza se llama energía de enlace. Obviamente, si una vez que se ha metido el cliente en la habitación queremos echarlo, debemos pagar con energía(en este caso la misma catidad que él pagó para entrar). El enlace covalente es muy fuerte, lo que significa que almacena mucha energía. Esto hace que: 1) las moléculas sean estables (sea difícil romperlas); 2) que haya que gastar mucha energía para formarlos (pero esa viene del Sol, que tiene de sobras; sólo hay que saber cómo usarla y los organismos fotosintéticos saben cómo hacerlo...); y 3) que, si se rompen, puedan proporcionarnos esa energía almacenada en el enlace y, gracias a ella, VIVIR...
  6. Concepto de moléculas reducidas. Son aquellas con elevado contenido en H y/o bajo contenido en O. Las biomoléculas orgánicas están muy reducidas, lo cual (en una atmósfera con un 21% de oxígeno, es decir, oxidante) es muy difícil de conseguir y mantener. Como ya hemos dicho, somos sistemas muy alejados del equilibrio... y buena parte del curso la dedicaremos a estudiar cómo podemos conseguirlo!
  7. Las biomoléculas orgánicas no son exclusivas de los seres vivos. Esto parece evidente (en este caso está claro que el huevo fue anterior a la gallina...) pero a veces se nos olvida. Está claro que se pueden crear por reacciones químicas abióticas (lo hemos conseguido en laboratorio) y así es como se formaron antes de que existiesen los seres vivos. Además, las hemos encontrado en el espacio, tanto en meteoritos del Sistema Solar (en las condritas carbonáceas hay incluso aminoácidos) como en nebulosas muy alejadas... En septiembre de 2020 se publicó la noticia de que se ha descubierto en Marte fosfina (PH3), una molécula que, en la Tierra sólo se le conoce un origen biótico. Esto ha supuesto un notición científico ya que abre la duda. Si fuera biótica se habría descubierto vida fuera de nuestro planeta!!! Sin embargo lo más fácil (creo yo) es que se encuetre algún proceso abiótico, todavía desconocido, que pueda sintetizar este compuesto.
  8. El carbono tiene cuatro orbitales dispuestos en una geometría tetraédrica. Cuando estas cuatro valencias son ocupadas por radicales distintos decimos que ese carbono es asimétrico. Esto tiene una importancia grandísima en bioquímica porque permite la aparición del fenómeno de la isomería espacial, es decir: moléculas que tienen los mismos átomos pero que son distintas geométricamente. Nos pueden parecer casi iguales, pero es que los sistemas vivos son capaces de diferenciarlas...!
  9. La molécula de agua es plana, pero el oxígeno tiene cuatro orbitales que se disponen según los radios de un tetraedro (como en el átomo de carbono). Dos de esos orbitales tienen un par de electrones del O, de modo que no pueden enlazarse con otros elementos mediante enlace covalente. Sin embargo, sí pueden formarse puentes de hidrógeno alineados con esos dos orbitales. Los otros dos tienen un solo electrón, de modo que sí pueden formar enlace covalente (y lo hacen con dos átomos de hidrógeno, claro...). Esto determina que una molécula de agua pueda llegar a hacer un máximo de 4 enlaces de hidrógeno con sendas moléculas de agua. Esto tiene una gran importancia para explicar las especialísimas propiedades del agua.
  1. La polaridad de la molécula de agua se debe no sólo a las diferentes electronegatividades del O y del H, que hace que el par de electrones se desplacen hacia el átomo de oxígeno; es fundamental el papel de la geometría de la molécula. Si esta fuera lineal, no sería polar. Como los enlaces O-H están formando un ángulo, los momentos dipolares de cada uno de ellos (que se suman porque son magnitudes vectoriales) no se anulan. Esto es lo que ocurre en moléculas como la del CO2, que son apolares.
  2. Las sales minerales desempeñan funciones vitales en todos los seres vivos más allá de las meramente estructurales (formación de conchas y esqueletos). Como en muchas otras ocasiones, las funciones reguladoras no requieren de grandes cantidades. Por ello, muchas sales son oligoelementos. Las sales reguladoras se encuentran disueltas en forma iónica en el medio acuoso celular o extracelular. Para ello es básica la capacidad disolvente del agua (fruto de su naturaleza polar y estado líquido...).
  3. La existencia de sistemas tampón es fundamental en los seres vivos y para ello es necesaria la presencia de sales minerales. Los dos más importantes son el tampón bicarbonato y el tampón fosfato. Como son cosas que estudiaréis en la asignatura de Química no entramos en los detalles. Aquí sólo me interesa que sepáis que el funcionamiento de estos sistemas se basa en el principio más básico que rige la Naturaleza: /todo tiende al equilibrio, de modo que el que tiene mucho le da al que tiene poco/ (nada que ver con la naturaleza humana...). En este caso se aplica el llamado Principio de Le Chatelier, pero es lo mismo: si quito productos, habrá más reactivos y éstos querrán que haya más productos, de modo que la reacción se desplazará hacia la derecha; si añado productos, habrá más productos y el equilibrio se desplazará hacia la izquierda para que haya más reactivos...
  4. Los fenómenos de difusión no son más que otro ejemplo de esta ley recién comentada. En el intento de equilibrar las concentraciones, la materia fluye de donde hay más a donde hay menos. Nos interesa especialmente lo que ocurre cuando en este flujo se interpone una membrana semipermeable, que permite el paso selectivo de moléculas (unas sí y otras no, básicamente por una cuestión de tamaños). Eso nos permite explicar los procesos de diálisis y los fenómenos osmóticos. En estos últimos es el agua la que va a pasar para intentar equilibrar las concetraciones ya que las demás moléculas no pueden hacerlo. Esto produce unas diferencias de presión a ambos lados de la membrana que pueden resultar muy peligrosas ya que pueden romperla (si la presión interna es muy grande) o arrugarla (si la interna es muy pequeña). Ello obliga a buscar mecanismos para evitar cualquiera de las dos situaciones.

Cosas que igual debería haber tratado más y mejor...

  1. La naturaleza polar del agua permite clasificar las sustancias en dos grandes grupos: las hidrófilas, que tienen afinidad por el agua porque presentan grupos polares y, por tanto, interactúan con ella estableciendo puentes de hidrógeno; y las hidrófobas, sin esos grupos polares (o con pocos) de tal manera que no interaccionan y presentan un rechazo a formar mezclas homogéneas con ella. Hay algunas sustancias polares que no se disuelven bien en agua por su elevado peso molecular, por la estructura de sus moléculas...
  2. Los seres vivos necesitan mantenerse dentro de unos límites en todas las variables físicas y químicas. No podemos soportar cambios de cualquier magnitud. Llamamos homeostasis a esa propiedad vital. En este tema hemos estudiado algunos ejemplos más claros de esta homeostasis: 1) el mantenimiento de la temperatura, 2) de la acidez y 3) la presión osmótica.
  3. En el agua no sólo podemos encontrar dispersos iones, también encontramos dispersas todas las biomoléculas orgánicas. Entre estas las hay de todos los tamaños. Las más pequeñas, como los monosacáridos, disacáridos, aminoácidos... se pueden disolver sin problemas en el agua si son polares. Sin embargo, las más grandes, aunque sean polares, no forman disoluciones verdaderas sino lo que llamamos dispersiones coloidades. Si imaginamos la clara del huevo tenemos una idea perfecta de lo que es un coloide ya que está formada básicamente por agua y una proteína llamada ovoalbúmina. Por su elevado contenido en este tipo de moléculas, el protoplasma es de naturaleza coloidal. Cuando la dispersión coloidal es diluida recibe el nombre de sol, y cuando es concentrada, de gel. Un sol puede pasar a estado de gel si se concentra, pero muchas veces el paso inverso no es posible.

Enlaces interesantes...