TEMA_2_Agua_y_Sales_Minerales

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TEMA 2. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA Y SALES 
MINERALES 
 
1. El agua: 
1.1. Características de la molécula de agua. 
1.2. Propiedades físico-químicas del agua. 
1.3. Ionización del agua y ph 
2. Las sales minerales 
2.1. Sales minerales disueltas 
2.2. Sales minerales precipitadas 
3. La ósmosis 
4. Soluciones o dispersiones acuosas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. EL AGUA: 
 
Los bioelementos se encuentran en los seres vivos formando parte de las moléculas, 
moléculas que pueden ser inorgánicas u orgánicas. 
 
Biomoléculas inorgánicas: Las moléculas inorgánicas son sustancias que pueden 
encontrarse también fuera de los seres vivos, son el agua y las sales minerales, por regla general 
estas sales no contienen carbono, salvo en los carbonatos y bicarbonatos, sales minerales 
típicas a pesar de la presencia de este elemento. 
 
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% 
del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es 
función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido. 
 
1.1. Características de la molécula de agua. 
 
La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos 
por enlaces covalentes simples. El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos 
se debe a sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. 
 
A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo 
que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso 
molecular (SO2, CO2, H2S, etc.) son gases. Este 
comportamiento se debe a que 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 está 
el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos 
hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos 
 
Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de 
atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose 
grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos 
moleculares elevados y el agua se comporta como un 
líquido. Estas agrupaciones, le confieren al agua sus 
propiedades de fluido, en realidad, coexisten estos 
pequeños polímeros de agua con moléculas aisladas que rellenan los huecos. 
 
Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los 
enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras 
moléculas unidas por puentes de hidrógeno, 
permite que se forme en el seno del agua una 
estructura ordenada de tipo reticular, 
responsable en gran parte del comportamiento 
anómalo y de sus propiedades físicas y químicas. 
 
El agua se presenta en tres estados: 
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1.2. Propiedades físico-químicas del agua. 
 
1.2.1. Acción disolvente: 
 
El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se 
debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, que presentan grupos 
polares o con carga iónica (alcoholes, aldehídos, cetonas, aminoácidos y proteínas), provocando su 
dispersión o disolución. 
 
En el caso de las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos por los dipolos del 
agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua que impiden su unión. Este 
fenómeno se conoce como solvatación iónica. 
 
La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: 
− Medio en el que transcurren las reacciones del metabolismo 
− Sistema de transporte de sustancias, aporte de nutrientes y la eliminación de 
desechos. 
 
1.2.2. Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: 
 
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando 
una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder 
comprimirse puede tener la función en algunos animales de esqueleto hidrostático, como 
ocurre en algunos gusanos, permite dar volumen a las células. También explica la función 
mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones (líquido sinovial) 
 
1.2.3. Elevada fuerza de adhesión: 
 
 Los puentes de hidrógeno que se establecen entre 
las moléculas de agua y otras moléculas polares y es 
responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno 
de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar (tubo de 
pequeño diámetro) en un recipiente con agua, ésta asciende 
por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, 
hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, A este 
fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta 
desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos. 
 
1.2.4. Elevado calor específico: 
 
El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes 
de hidrógenos por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma 
acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura 
constante (Función termorregulador). 
 
 
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1.2.5. Elevado calor de vaporización: 
 
Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las 
moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. 
Cuando el agua se evapora en la superficie de un ser vivo, absorbe calor del organismo actuando 
como regulador térmico. Gracias a esta propiedad se puede eliminar gran cantidad de calor con 
poca pérdida de agua. 
 
1.2.6. Elevada tensión superficial: 
 
Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción hacia el interior 
del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada y 
origina una “película superficial” que permite, por ejemplo, el desplazamiento sobre ella de 
algunos organismos. 
 
1.2.7. Densidad: 
 
El agua en estado líquido es más densa que en estado sólido. Esto permite la vida acuática 
en climas fríos, ya que al descender la temperatura se forma una capa de hielo en la superficie 
que flota y protege al agua líquida que queda bajo ella. 
 
Por tanto, a modo de resumen, las funciones del agua en los seres vivos derivadas de 
sus propiedades físico-químicas son: 
 
− FUNCIÓN DE DISOLVENTE UNIVERSAL de las sustancias de la materia viva: todas las 
reacciones bioquímicas ocurren en medio acuoso. 
− FUNCIÓN ESTRUCTURAL O PLÁSTICA: la forma de las células se mantiene gracias a la 
presión del agua contenida en ellas, que es su componente mayoritario. 
− FUNCIÓN DE TRANSPORTE de sustancias disueltas en ella. 
− FUNCIÓN TERMORREGULADORA: se opone a los cambios de temperatura o elimina el exceso 
de calor al ser evaporada (transpiración). 
− FUNCIÓN MECÁNICA AMORTIGUADORA: en el movimiento amortigua el rozamiento de 
órganos con movilidad constante 
 
1.3. Propiedades físico-químicas del agua. 
 
En el agua líquida, además de las moléculas 
de agua (aisladas o agrupadas), existe una cierta 
proporción de moléculas disociadas en sus iones 
(aproximadamente, una de cada 107): 
H2O ↔H+ + OH- 
 
Hay que advertir que en el agua no existen protones (H+) libres o aislados, sino hidratados, 
en forma de iones hidronio (H3O+) 
 
Hay sustancias que al disolverse en agua liberan H+ y se les llama ácidas. Cuanto mayor sea 
la [H+], más ácida será la solución. Si una sustancia disminuye la [H+] o eleva la de grupos la [OH-] se 
llama básica. 
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Para medir el grado de acidez o basicidad de una disolución, se debe medir la [H+] presentes 
en ella (pH). 
 
Por tanto, el pH es un indicador de los valores de acidez o basicidad de una disolución y 
viene determinado por la concentración de H+ en la misma. Se mide en una escala que va de 0 a 14: 
pH = 7 → Disolución neutra 
pH > 7 → Disolución básico 
pH < 7 → Disolución ácido 
 
Los organismos vivos soportanmuy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se 
trate de unas décimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución 
sistemas tampón o buffer que mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. 
Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad 
catalítica de los enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen 
su actividad biológica. 
 
Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden 
pequeñas cantidades de iones H+ u OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan 
como dador y aceptor de protones, respectivamente. 
 
2. LAS SALES MINERALES 
 
Las sales minerales son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos que se 
encuentran disueltas o en estado sólido (precipitadas) y que también se pueden asociar otras 
moléculas orgánicas. 
 
2.1. Sales minerales disueltas 
 
Son las sales minerales solubles en agua; se encuentran disociadas en sus iones y forman 
parte de los medios internos intracelulares y extracelulares. Tenemos: 
 
− Los iones con carga negativa o aniones más frecuentes en la materia viva son: los cloruros (Cl-), 
fosfatos (PO43-), carbonatos (CO32-), bicarbonatos (HCO3-) y nitratos (NO3-). 
− Los iones con carga positiva o cationes más abundantes en la materia viva son: sodio (Na+), 
calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+), hierro (Fe2+ y Fe3+) y potasio (K+). 
 
Funciones de las sales en disolución 
 
Las sales minerales hidrosolubles, a través de sus iones, cumplen diversas funciones de 
tipo general, colaborando en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno 
o de tipo específico, que dependen del sistema biológico en el que se encuentran. Además 
pueden asociarse con otras moléculas orgánicas, como lípidos, proteínas o glúcidos. 
 
− Mantener el grado de salinidad en los organismos. Las concentraciones iónicas de sales 
minerales se mantienen constantes, dentro de unos ciertos límites, en los distintos 
organismos. En un mismo organismo las concentraciones pueden variar de unos 
compartimentos a otros; por ejemplo, en el interior celular la concentración salina varía 
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considerablemente respecto al plasma sanguíneo. Asimismo, existen diferencias importantes 
en las concentraciones de unos organismos a otros. 
− Regular la actividad enzimática. La presencia de determinados iones activa o inhibe 
reacciones bioquímicas, asociándose a la sustancia reaccionante o a las enzimas. 
− Regular la presión osmótica y el volumen celular. La presencia de sales en el medio 
interno celular es determinante para que se verifique la entrada o salida de agua a través 
de la membrana. Los medios con alta concentración salina son hipertónicos con respecto a 
los que tienen una concentración salina menor, e hipotónicos en el caso contrario. Si el 
medio interno celular es hipertónico con respecto al exterior se producirá entrada de agua, 
que ocasionara aumento del volumen celular; si la concentración iónica en el interior es 
menor, se producirá el efecto contrario, salida del agua y disminución del volumen celular. 
− Generar potenciales eléctricos. Los iones que se encuentran en el interior de las células no 
son los mismos que los del medio externo; por esto, a ambos lados de la membrana existe una 
diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribución de iones provoca la existencia de un 
potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica. 
− Regulación del pH. La actividad biológica en el medio interno celular se produce a un 
determinado valor de pH. Las reacciones químicas que se verifican en los organismos 
producen variaciones del pH y algunas sales minerales disueltas contribuyen a disminuir 
estas variaciones, manteniendo el pH constante. Las disoluciones de sales que tienen esta 
función se denominan tampones o disoluciones amortiguadoras. 
Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biológicos. Las más importantes 
son: el sistema tampón fosfato (H2PO4-/HPO42-) en el medio intracelular y el sistema tampón 
bicarbonato (HCO3-/H2CO3) en el medio extracelular. 
 
2.2. Sales minerales precipitadas 
 
Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado sólido. En cada 
organismo se forman diversos cristales de una o varias especies minerales con formas y tamaños 
específicos. Las sales minerales precipitadas que se encuentran en los seres vivos presentan 
diferencias importantes con respecto a las que se encuentran en la materia inorgánica. Se 
pueden asociar a macromoléculas, generalmente de tipo proteico, con las que interaccionan a 
través de grupos iónicos comunes y regulan el crecimiento de los cristales. Los cristales más 
abundantes en los organismos son de silicatos, carbonatos y fosfatos, estos últimos de calcio y 
magnesio. 
 
Funciones de las sales precipitadas 
 
Su función es de tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén, como por 
ejemplo: 
 
− Forman parte de los caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de 
radiolarios y diatomeas. 
− Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro, fluoruro y carbonato de calcio) y los 
dientes. 
− El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los 
otolitos que intervienen en el mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita 
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que, al parecer, pueden utilizar algunos animales con función de brújula para orientarse en sus 
desplazamientos. 
 
3. LA ÓSMOSIS 
 
La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a 
través de una membrana semipermeable (permite el paso de disolventes, pero no de solutos) 
desde una disolución más diluida a otra más concentrada. 
 
El agua es la molécula más abundante en el interior de todos los seres vivos y es 
capaz de atravesar las membranas celulares, que son semipermeables, para penetrar en el 
interior celular o salir de él. Esta capacidad depende de la diferencia de concentración entre 
los líquidos extracelular e intracelular, determinada por la presencia de sales minerales y 
moléculas orgánicas disueltas. 
 
Los medios acuosos separados por membranas semipermeables se denominan: 
 
− Hipertónicos, los que tienen una elevada concentración de solutos con respecto a otros en los 
que la concentración es inferior. 
− Hipotónicos, los que contienen una concentración de solutos baja con respecto a otros que la 
tienen superior. 
− Isotónicos, si ambos lados tienen la misma concentración. 
 
Las moléculas de agua difunden 
desde los medios hipotónicos hacia los 
hipertónicos provocando un aumento de 
presión sobre la cara de la membrana del 
compartimiento hipertónico, denominada 
presión osmótica. Como consecuencia del 
proceso osmótico se puede alcanzar el 
equilibrio, igualándose las concentraciones, 
y entonces los medios serán isotónicos. 
 
La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por 
ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan. Según 
entre o salga agua de las células se habla de dos 
fenómenos: 
 
− Plasmólisis: Efecto de salida de agua desde el interior 
de la célula al exterior, por un proceso de ósmosis, 
cuando se encuentra en un medio hipertónico 
(alta concentración salina), para igualar las 
concentraciones interna y externa. La célula perderá 
agua, volumen, se deshidrata y puede llegar a morir (lisará) si el proceso es muy acusado 
− Turgencia: Efecto de entrada de agua al interior de la célula cuando se encuentra en un medio 
hipotónico (baja concentración salina), por un proceso de ósmosis. La célula se hinchará, 
aumentando de volumen y puede llegar a estallar si el proceso es muy acusado. 
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Osmoregulación 
 
Todos los seres vivos, sean acuáticos o terrestres, están obligados a la osmorregulación o 
regulación de la presiónosmótica. Muchos de ellos han conseguido sobrevivir en medios 
hipotónicos o hipertónicos mediante mecanismos físicos o químicos que evitan los cambios de 
presión osmótica en su medio interno. 
 
Los organismos vegetales, que habitualmente viven en medios hipotónicos con respecto 
al medio interno de sus células, absorben agua por las raíces. La entrada de agua en las células 
provoca un grado de turgencia que facilita el crecimiento de las plantas. En el caso de vivir en 
medios hipertónicos, los vegetales expulsan agua y se marchitan. 
 
Los animales pluricelulares presentan un medio interno que puede considerarse una 
prolongación del medio externo con el que sus células han de mantener el equilibrio osmótico. 
Todos consiguen, mediante diversos mecanismos, mantener en su interior la cantidad de agua 
suficiente y necesaria para vivir. 
 
Los peces de agua dulce viven en medios hipotónicos y absorben gran cantidad de agua, 
eliminando una orina muy diluida por la que expulsan el máximo de líquido con la mínima pérdida 
de sales. 
 
Los peces marinos, al vivir en un medio hipertónico, deben contrarrestar la constante 
entrada de sales minerales; eliminan una orina bastante concentrada o hipertónica y además 
expulsan el exceso de sales por las branquias. 
 
Los mamíferos mantienen constantemente el equilibrio hídrico a través de diversos 
mecanismos fisiológicos: 
 
− Riñones. Los glomérulos renales absorben gran cantidad de agua al filtrar continuamente la 
sangre, pero a través de los tubos contorneados y del asa de Henle se reabsorbe prácticamente 
toda el agua y una cantidad variable de sales. La eliminación, tanto de agua como de sales, 
en la orina depende de las cantidades ingeridas. 
− Intestino grueso. La absorción de agua y sales a través de la mucosa intestinal origina la 
formación de heces más sólidas y más salinas a medida que se incrementan las pérdidas de 
agua. Esto ocurre, por ejemplo, en lugares con climas muy cálidos. 
− Piel. A través de la piel se eliminan cantidades variables de agua y sales en forma de sudor. 
En las zonas desérticas el sudor es menos concentrado que en las zonas templadas, y como el 
volumen excretado para regular la temperatura es muy elevado, es imprescindible el aporte 
exógeno de agua y sales. 
 
4. SOLUCIONES O DISPERSIONES ACUOSAS 
 
Ni el agua ni las sales, y mucho menos el resto de las biomoléculas, se encuentran 
aisladas en los organismos, sino que están mezclados formando disoluciones, donde el agua actúa 
como fase dispersante, y en ese medio ocurren todos los procesos bioquímicos de los seres vivos. 
 
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Una disolución o dispersión es una mezcla homogénea de moléculas distintas, que son las 
del disolvente o fase dispersante y las de soluto o fase dispersa. En las disoluciones acuosas, la fase 
dispersante es el agua. Estas disoluciones se clasifican según la naturaleza de las moléculas de la 
fase dispersa, que serán las responsables de sus propiedades. 
 
DISOLUCIONES ACUOSAS 
Dispersiones Moleculares (o verdaderas): el soluto formado por moléculas de bajo peso 
molecular (sales minerales, azucares, aminoácidos, etc.) 
Dispersiones Coloidales: los solutos son 
moléculas de gran peso molecular y tamaño. 
No son disoluciones verdaderas ya que el 
soluto puede separarse por ultracentrifugación 
(método físico). En estas dispersiones, los 
solutos son macromoléculas como las 
proteínas, los ácidos nucleicos y los 
polisacáridos 
D.C. hidrófilas: los solutos presentan afinidad 
por el agua y por tanto son estables (ya que el 
agua rodea sus grupos funcionales, aislándolos) 
D.C. hidrófobas: los solutos no presentan 
afinidad por el agua, sino que la repelen, por lo 
que son inestables. 
 
Las dispersiones coloidales, aparte de por la afinidad entre soluto y disolvente, se 
pueden clasificar tomando como criterio el estado físico del soluto, de manera que serían 
suspensiones cuando el soluto es un sólido, y emulsiones cuando el soluto es un líquido. 
 
Las partículas dispersas pueden provocar tres fenómenos en relación con su movimiento en 
el seno del agua: difusión, diálisis y ósmosis. 
 
La difusión y la diálisis 
 
Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno 
del agua. Según el tamaño de las partículas se formarán dispersiones moleculares o 
disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por 
sustancias orgánicas de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos. 
 
Las partículas dispersas pueden provocar además del movimiento de ósmosis, estos otros 
dos: 
 
 La diálisis. En este caso pueden atravesar la membrana 
además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan 
atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más 
diluida. Es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la 
filtración renal deteriorada. 
 La difusión sería el fenómeno por el cual las moléculas 
disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. 
Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo 
suficientemente permeable. 
 
Así se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes 
entre la célula y el medio en el que viven.