Temario gratis › Biología - 2.º Bachillerato

Bioelementos, agua, sales minerales y glucidos

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Introducción

La bioquímica es el estudio de cómo los elementos y compuestos básicos de la vida interactúan y funcionan en una molécula, una estructura, o en un sistema complejo.

Explicación

Elementos Básicos de la Vida: Los principales componentes de la vida son los bioelementos. Algunos de estos compuestos y elementos son fósiles (como el carbono, hidrógeno, oxígeno, etc.), mientras que otros son necesarios para la vida (como el azúcar, la proteína, etc.).

Ejemplo

Ejemplo: Los hidratos de carbono son compuestos de carbono, hidrógeno y agua. Por ejemplo, el azúcar (cetonas) es un hidrato de carbono.

Ejercicios

¿Por qué el agua es tan importante como disolvente en los seres vivos?

¿Cuál de los siguientes es un monosacárido (glúcido simple)?

Material adicional

Las biomoléculas

Las biomoléculas son las moléculas que constituyen los seres vivos. Están compuestas fundamentalmente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y, en menor proporción, fósforo (P) y azufre (S). Estos elementos se denominan bioelementos primarios.

Las biomoléculas se clasifican en inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

El agua

El agua (H₂O) es la biomolécula más abundante en los seres vivos (60-70% de la masa corporal). Su molécula es polar y forma puentes de hidrógeno entre sí, lo que le confiere propiedades excepcionales:

• Alto calor específico: Necesita mucha energía para cambiar de temperatura → amortigua los cambios térmicos.

• Alto calor de vaporización: La evaporación del sudor refrigera el cuerpo.

• Disolvente universal: Disuelve muchas sustancias polares e iónicas (sales, azúcares, aminoácidos).

• Densidad máxima a 4 °C: El hielo flota, protegiendo la vida acuática en invierno.

• Cohesión y adhesión: Capilaridad (ascenso de savia en las plantas), tensión superficial.

• Funciones biológicas: Disolvente, transporte de sustancias, medio de reacción, termorregulación, estructural (turgencia), mecánica (líquido amniótico, líquido sinovial).

Glúcidos (carbohidratos)

Los glúcidos o carbohidratos tienen fórmula general C_n(H₂O)_n. Se clasifican en:

Monosacáridos: Glúcidos más simples, no hidrolizables. Según el número de carbonos: triosas (C₃: gliceraldehído, dihidroxiacetona), pentosas (C₅: ribosa, desoxirribosa), hexosas (C₆: glucosa, fructosa, galactosa). La glucosa es el principal combustible celular.

Disacáridos: Dos monosacáridos unidos por enlace O-glucosídico (con liberación de agua):

Disacárido	Componentes	Fuente
Sacarosa	Glucosa + fructosa	Azúcar de mesa (caña, remolacha)
Lactosa	Glucosa + galactosa	Leche de los mamíferos
Maltosa	Glucosa + glucosa	Digestión del almidón

Polisacáridos: Cadenas largas de monosacáridos:

• Almidón: Reserva energética vegetal. Formado por amilosa (lineal, enlaces α-1,4) y amilopectina (ramificada, enlaces α-1,4 y α-1,6).

• Glucógeno: Reserva energética animal (hígado y músculos). Muy ramificado (más que la amilopectina).

• Celulosa: Función estructural (pared celular vegetal). Enlaces β-1,4 que forman fibras insolubles y resistentes. Los humanos no podemos digerirla (fibra alimentaria).

• Quitina: Función estructural en el exoesqueleto de artrópodos y pared celular de hongos.

Lípidos

Los lípidos son biomoléculas orgánicas insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos (éter, cloroformo). Químicamente muy heterogéneos. Se clasifican en:

Ácidos grasos: Cadenas hidrocarbonadas largas con un grupo carboxilo (-COOH). Pueden ser saturados (sin dobles enlaces, sólidos a Tª ambiente: mantequilla, grasa animal) o insaturados (con uno o más dobles enlaces, líquidos a Tª ambiente: aceite de oliva).

Lípidos saponificables:

• Triacilglicéridos (grasas): Glicerol + 3 ácidos grasos. Función: reserva energética (9 kcal/g, más del doble que los glúcidos), aislamiento térmico, protección mecánica.

• Fosfolípidos: Glicerol + 2 ácidos grasos + grupo fosfato + grupo polar. Son anfipáticos (cabeza hidrófila, colas hidrófobas). Forman la bicapa lipídica de las membranas celulares.

Lípidos insaponificables:

• Terpenos: Pigmentos (carotenoides, clorofila), vitaminas (A, E, K).

• Esteroides: Colesterol (componente de membranas, precursor de hormonas), hormonas sexuales (testosterona, estrógenos), vitamina D, ácidos biliares.

Proteínas

Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos (entre el grupo amino -NH₂ de uno y el carboxilo -COOH de otro, con liberación de agua). Existen 20 aminoácidos proteicos, de los cuales 9 son esenciales (el cuerpo humano no puede sintetizarlos).

Niveles de estructura proteica:

• Estructura primaria: Secuencia lineal de aminoácidos.

• Estructura secundaria: Plegamientos regulares: hélice alfa (α-hélice) y lámina beta (β-plegada), estabilizados por puentes de hidrógeno entre los enlaces peptídicos.

• Estructura terciaria: Plegamiento tridimensional global de la proteína, estabilizado por interacciones hidrofóbicas, puentes de hidrógeno, enlaces iónicos y puentes disulfuro (-S-S-). Proteínas globulares (enzimas, anticuerpos) y fibrosas (colágeno, queratina).

• Estructura cuaternaria: Asociación de varias subunidades polipeptídicas. Ejemplo: hemoglobina (4 subunidades: 2α + 2β).

Funciones de las proteínas: Catalítica (enzimas), estructural (colágeno, queratina), transporte (hemoglobina, albúmina), inmunitaria (anticuerpos/inmunoglobulinas), hormonal (insulina, hormona del crecimiento), contráctil (actina, miosina), receptora (receptores de membrana).

Desnaturalización: Pérdida de la estructura tridimensional (y por tanto de la función) por cambios de pH, temperatura o concentración de sales. Ejemplo: clara de huevo al freír.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Cada nucleótido contiene: un azúcar (pentosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada (púrica: adenina A, guanina G; o pirimidínica: citosina C, timina T, uracilo U).

Característica	ADN	ARN
Azúcar	Desoxirribosa	Ribosa
Bases	A, T, G, C	A, U, G, C
Estructura	Doble hélice	Cadena simple (generalmente)
Localización	Núcleo (cromosomas), mitocondrias, cloroplastos	Núcleo, citoplasma, ribosomas
Función	Almacén de la información genética	Expresión de la información genética

Tipos de ARN: ARNm (mensajero: copia la información del ADN), ARNr (ribosómico: forma los ribosomas), ARNt (transferencia: transporta aminoácidos al ribosoma).

📌 Recuerda

Biomoléculas orgánicas: glúcidos (energía, estructura), lípidos (reserva, membranas, hormonas), proteínas (enzimas, estructura, defensa, transporte) y ácidos nucleicos (información genética). Las proteínas están formadas por aminoácidos (enlace peptídico); los ácidos nucleicos, por nucleótidos.

🔬 Actividad de laboratorio

Identificación de biomoléculas:
1. Prueba de Fehling (glúcidos reductores): Añade reactivo de Fehling a una solución de glucosa y calienta. Color rojo ladrillo = positivo.
2. Prueba de lugol (almidón): Añade lugol (yodo) a una solución de almidón. Color azul-violeta = positivo.
3. Prueba de Biuret (proteínas): Añade NaOH y CuSO₄ a una solución proteica. Color violeta = positivo.
4. Prueba de Sudán III (lípidos): Añade Sudán III a aceite. Color rojo-anaranjado = positivo.
5. Prueba con alimentos reales: leche, pan, aceite, huevo, zumo de naranja. Identifica las biomoléculas presentes en cada uno.

🤔 ¿Sabías que...?

La proteína más abundante del cuerpo humano es el colágeno (un 25-35% de todas las proteínas), que da estructura y resistencia a la piel, los huesos, los tendones y los cartílagos. La molécula más abundante de la biosfera es la enzima RuBisCO (ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa), que cataliza la fijación del CO₂ en la fotosíntesis. Se estima que hay unos 700 millones de toneladas de RuBisCO en la Tierra.

✏️ Ejercicios

1. ¿Cuáles son los bioelementos primarios? ¿Por qué el carbono es tan importante en las biomoléculas?

2. Enumera cinco propiedades del agua y explica su importancia biológica.

3. Clasifica los glúcidos y pon un ejemplo de cada tipo.

4. ¿Qué diferencia hay entre el almidón, el glucógeno y la celulosa? ¿Por qué no podemos digerir la celulosa?

5. ¿Qué es un ácido graso saturado? ¿Y uno insaturado? ¿En qué se diferencian?

6. Explica la estructura de un fosfolípido y su relación con la membrana celular.

7. Describe los cuatro niveles de estructura de las proteínas.

8. ¿Qué es la desnaturalización de una proteína? Pon un ejemplo cotidiano.

9. Compara ADN y ARN en una tabla (azúcar, bases, estructura, función).

10. ¿Por qué las enzimas son tan importantes para los seres vivos? ¿Qué les ocurre si sube mucho la temperatura?

📋 Resumen de la lección

Bioelementos primarios: C, H, O, N, P, S. Biomoléculas: inorgánicas (agua, sales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos).
Glúcidos: monosacáridos (glucosa), disacáridos (sacarosa), polisacáridos (almidón, glucógeno, celulosa).
Lípidos: ácidos grasos (saturados/insaturados), triacilglicéridos (reserva), fosfolípidos (membranas), esteroides (colesterol, hormonas).
Proteínas: polímeros de aminoácidos (enlace peptídico). 4 niveles estructurales. Funciones: enzimática, estructural, transporte, defensa.
Ácidos nucleicos: ADN (doble hélice, A=T, G≡C) y ARN (cadena simple, A=U, G≡C).

Para profundizar más

Un aspecto que suele pasar desapercibido en la visión general de los bioelementos es la relación entre el agua y los iones minerales (sales) a través del concepto de actividad osmótica. En los organismos vivos, el agua no está libremente disponible; su movimiento está condicionado por la presencia de solutos disueltos que generan un potencial osmótico. Este potencial determina la dirección del flujo de agua entre compartimentos (células, vasos sanguíneos, espacio intersticial) y, por tanto, influye directamente en procesos tan esenciales como la absorción de nutrientes, la regulación del volumen celular y la presión arterial. La comprensión de la actividad osmótica permite, por ejemplo, predecir cómo la ingestión de una solución hipertónica (alta concentración de sales) provocará la salida de agua de las células, mientras que una solución hipotónica provocará su entrada, con consecuencias fisiológicas importantes.

Ejemplo 1 – Cálculo de la presión osmótica de una solución de NaCl.

Enunciado: Se disuelven 58,5 g de NaCl en 1 L de agua a 25 °C. Calcular la presión osmótica (π) de la solución.

Solución:
1. Masa molar del NaCl = 58,44 g·mol⁻¹ → 58,5 g ≈ 1,01 mol.
2. El NaCl se disocia en Na⁺ y Cl⁻, por lo que el factor de Van ’t Hoff (i) = 2.
3. Concentración molar (C) = 1,01 mol L⁻¹.
4. Constante de los gases R = 0,0821 L·atm·K⁻¹·mol⁻¹; T = 298 K.
5. π = i · C · R · T = 2 · 1,01 · 0,0821 · 298 ≈ 49,4 atm.

Conclusión: La solución es hipertónica respecto al interior celular (≈0,3 atm), por lo que el agua tenderá a salir de la célula si se expone a ella.

Ejemplo 2 – Hidrolisis de una disacárido no mencionado: la trehalosa.

Enunciado: La trehalosa está formada por dos unidades de glucosa unidas por un enlace α‑1,1‑glucosídico. Si 0,5 mol de trehalosa se hidrolizan completamente en agua, ¿cuántos moles de glucosa se obtienen?

Solución:
La trehalosa → 2 mol de glucosa por cada mol de trehalosa.
0,5 mol trehalosa × 2 = 1,0 mol de glucosa.

Conclusión: La hidrólisis de 0,5 mol de trehalosa produce 1 mol de glucosa, liberando energía que puede ser utilizada en la vía metabólica de la glucólisis.

Para tenerlo aún más claro: Cuando hablamos de “sales minerales” nos referimos a los iones esenciales (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl⁻, HCO₃⁻, PO₄³⁻, etc.) que, al disolverse en agua, forman electrolitos. Estos iones no solo regulan el equilibrio hídrico mediante la presión osmótica, sino que también participan directamente en la transmisión nerviosa, la contracción muscular y la coenzima de reacciones metabólicas. Por tanto, la distinción entre “agua” y “sales minerales” es artificial; ambos forman un sistema interdependiente que sostiene la vida.

Más ejercicios

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la presión osmótica es correcta?

Si una célula vegetal se coloca en una solución hipertónica, ¿qué fenómeno se observa principalmente?

¿Cuál de los siguientes pares de iones es el principal responsable de la regulación del potencial de membrana en neuronas?

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