LA BASE
MOLECULAR Y
FISICOQUÍMICA
DE LA VIDA
MARÍA CABAL CIMADEVILLA
2º BACHILLERATO
Bloque A
, Bloque A.
TEMA 1: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
1. Bioelementos
Los bioelementos son los elementos químicos y biogénicos que unidos a través de enlaces químicos
conforman las biomoléculas, moléculas inorgánicas y orgánicas que cons�tuyen los organismos y, por
tanto, son indispensables para la vida.
Estos elementos químicos son muy diversos y suelen repe�rse. Por el momento, se han encontrado
más de 70 pero solamente 25 de ellos son cruciales, los más comunes y repe�dos.
Los bioelementos suelen compar�r una serie de caracterís�cas:
• Se incorporan fácilmente a los organismos desde el medio externo al encontrarse en moléculas
que se captan de manera sencilla, asegurando así el intercambio de materia entre el medio y
seres vivos.
• Portan una baja masa atómica; los electrones compar�dos por los bioelementos de las
biomoléculas se encuentran cercanos al núcleo y aportan, de esta forma, estabilidad
molecular.
• Las capas externas de los bioelementos se encuentran incompletas y esto les permite formar
fácilmente enlaces covalentes para dar lugar a las biomoléculas.
• Algunos elementos como el oxígeno y el nitrógeno son muy electronega�vos y forman
moléculas polares, muy esenciales al ser hidrosolubles.
1.1. Clasificación
Dis�nguimos tres grupos dis�ntos de bioelementos, que son ordenados según el grado de presencia
en los organismos: primarios, secundarios y oligoelementos (esenciales y no esenciales).
1.1.1. Bioelementos primarios
Excepto el oxígeno, los bioelementos primarios no coinciden con los elementos más presentes en
la corteza terrestre, pero, sin embargo, son los más comunes en los organismos gracias a sus caracterís�cas
fisicoquímicas, que les permiten cons�tuir entre el 96% y 99% de la materia viva, formando glúcidos
lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Destacan por tener una masa atómica rela�va pequeña, caracterís�ca que les permite compar�r los
electrones de valencia y formar enlaces covalentes de gran estabilidad. Además, suelen formar grupos
polares y, por ende, sustancias polares.
Son bioelementos primarios el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre
(C, H, O, N, P, S).
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1.1.1.1. Carbono
El carbono se encuentra en la atmósfera en forma de dióxido de carbono y en la corteza, aunque
en menor medida, de forma pura o combinada.
Es la columna vertebral de casi todos los compuestos orgánicos existentes, siendo el elemento
principal en el que se basa la vida. Asimismo, suele ir unido al hidrógeno y al oxígeno para dar lugar a
una mul�tud de grupos funcionales que cons�tuyen las diferentes familias de sustancias orgánicas.
Su estructura es tetraédrica, condición que le permite formar enlaces covalentes (4 en total) con
otros carbonos para cons�tuir cadenas estables que dan lugar a estructuras espaciales complejas. Cabe
recalcar también que posee cuatro orbitales con electrones desapareados.
1.1.1.2. Hidrógeno
Conocido como el dador universal de electrones, el hidrógeno forma cadenas hidrocarbonadas, se
une a casi cualquier bioelemento y cons�tuye, además, el agua (la molécula polar más importante y
abundante en los seres vivos).
1.1.1.3. Oxígeno
El oxígeno está presente en casi todas las biomoléculas. Es un elemento muy electronega�vo y, por
ello, acepta electrones atrayéndolos hacia sí mismo con mucha fuerza para formar enlaces covalentes
extremadamente estables. También forma polos eléctricos, originando así radicales polares.
Interviene en las reacciones metabólicas aeróbicas de oxidación-reducción eliminando electrones;
esto es, sustrayendo átomos de hidrógeno a moléculas orgánicas, liberando, de esta manera, energía y
agua. Por lo tanto, resulta fundamental para la obtención de energía pues oxida glúcidos y lípidos.
1.1.1.4. Nitrógeno
El nitrógeno sus�tuye al carbono en moléculas orgánicas para formar aminas, siendo esencial en
la composición de proteínas, ácidos nucleicos y algunos glúcidos y lípidos.
1.1.1.5. Fósforo
El fósforo gracias a su fácil hidrólisis forma enlaces ricos en energía; cons�tuye el grupo fosfato ATP,
que es el principal almacén energé�co. También el ARN (transcripción del ADN para formar más ADN) y
el ADN. Par�cipa en la impermeabilización de las membranas celulares, en la osificación y man�ene,
además, constante la acidez en el interior celular.
1.1.1.6. Azufre
El azufre gracias a su fácil hidrólisis forma enlaces ricos en energía. Asimismo, forma los puentes
de disulfuro importantes para la estructura terciaria de las proteínas.
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1.1.2. Bioelementos secundarios
Abundan en el medio interno, menos el magnesio y el calcio, y también en los interiores celulares,
donde man�enen el equilibrio osmó�co.
Son bioelementos secundarios el sodio, el potasio, el calcio, el magnesio y el cloro. (Na, K, Ca, Mg,
Cl).
• El sodio y el potasio ayudan a transmi�r los impulsos nerviosos.
• El carbonato cálcico forma caparazones y algunos esqueletos. Su ión Ca2+ interviene en la
contracción muscular, en la permeabilización de las membranas y en la coagulación.
• El magnesio forma muchas enzimas y la clorofila. También degrada y sinte�za ATP y ARN (para
replicar el ADN).
1.1.3. Oligoelementos
La carencia de algunos puede ocasionar la muerte y, a veces, son catalizadores en reacciones
químicas.
Son oligoelementos esenciales aquellos que están en todos los seres vivos: hierro, cobre, cinc,
magnesio, yodo, flúor y cobalto (Fe, Cu, Mn, I, F, Co).
• El hierro forma la hemoglobina y mioglobina (transportadores del oxígeno en sangre) y los
citocromos (enzimas de la respiración celular).
• El cobre forma la hemocianina (pigmento respiratorio de invertebrados acuá�cos que forma
enzimas oxidasas).
• El cinc abunda en los frutos secos, cerebro, páncreas y órganos sexuales.
• El manganeso par�cipa en la fotosíntesis y degradación proteica.
• El yodo forma la �roxina, que regula el metabolismo. Su carencia provoca hipo�roidismo,
cre�nismo, bocio…
• El flúor se encuentra en el esmalte de los dientes, en los huesos, en la piel y en las glándulas.
Si falta puede originar caries.
• El cobalto forma la B12 y enzimas fijadoras del nitrógeno, la hemoglobina y los eritrocitos. Su
carencia produce anemia.
Son oligoelementos no esenciales aquellos que no están en todos los seres vivos: silicio y li�o (Si, Li).
• El silicio confiere rigidez, resistencia y elas�cidad a los organismos y, también, forma
caparazones.
• El li�o es un estabilizador del ánimo, muy importante en los neurotransmisores; se u�liza como
tratamiento de algunas depresiones y psicosis maniacodepresivas.
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, Tema 1. Bioelementos y biomoléculas
2. Introducción a las biomoléculas
Las biomoléculas son sustancias orgánicas e inorgánicas a par�r de las cuales se cons�tuye la
materia viva de los organismos y están formadas por la combinación entre sí de los diferentes elementos
biogénicos unidos mediante enlaces químicos.
Existen dos �pos de biomoléculas, que veremos después de ahondar en los enlaces químicos que
las conforman: inorgánicas y orgánicas.
3. Enlaces químicos
Diferenciamos entre enlaces intramoleculares, si se dan entre bioelementos para formar
biomoléculas, e intramoleculares, si �enen lugar entre biomoléculas o biomoléculas e iones.
Dentro de los enlaces intramoleculares nos encontramos con los enlaces covalentes (no metal +
no metal) e iónicos (metal + no metal). En enlace covalente da lugar a biomoléculas orgánicas e
inorgánicas, en cambio, el enlace iónico solo a biomoléculas inorgánicas.
Por otra parte, los enlaces intermoleculares suelen ser más débiles y determinan las caracterís�cas
de las sustancias que forman; son responsables de su estado �sico, punto de fusión o ebullición,
solubilidad, adhesión y cohesión… También de la unión an�geno-an�cuerpo.
Ahora vamos a analizar los enlaces o interacciones por separado:
3.1. Enlaces intramoleculares
3.1.1. Enlaces iónicos
Se establecen entre átomos con electronega�vidades muy diferentes, esto es, entre átomos
altamente electronega�vos y electroposi�vos, formándose biomoléculas inorgánicas como las sales
inorgánicas o minerales.
Pasan electrones del átomo más electroposi�vo al más electronega�vo; el electroposi�vo pierde
electrones y se convierte en ca�ón, y el electronega�vo los gana, convir�éndose en anión. Así hasta que
ambos adquieren la configuración de un gas noble.
Cuando están en solución, los iones están libres, sin embargo, en estado sólido los iones posi�vos
se rodean de los nega�vos y viceversa, formando un entramado que recibe el nombre de estructura
cristalina, con un punto de fusión elevado, es decir, forman sales minerales.
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