Biomoléculas e Inorgánicas: Bioelementos, Agua y Sales Minerales

Tarjetas de estudio tipo pregunta y respuesta sobre bioelementos, propiedades y funciones del agua, disoluciones, dispersiones coloidales y sales minerales según el tema de biomoléculas inorgánicas.

¿Qué son los bioelementos y en qué categorías se clasifican según su abundancia?

Son los elementos químicos que componen la materia viva. Se clasifican en bioelementos primarios ($96\text{–}99\,\%$), secundarios ($1\text{–}4\,\%$) y oligoelementos ($<0{,}1\,\%$).

¿Cuáles son los seis bioelementos primarios?

Son el carbono ($C$), hidrógeno ($H$), oxígeno ($O$), nitrógeno ($N$), fósforo ($P$) y azufre ($S$).

¿Por qué el carbono es el elemento central de las biomoléculas orgánicas?

Porque posee cuatro electrones de valencia y puede formar cuatro enlaces covalentes estables (simples, dobles o triples), permitiendo la formación de estructuras lineales, ramificadas y cíclicas.

¿Qué efectos patológicos provocan los déficits de potasio y calcio?

El déficit de potasio (hipopotasemia) causa arritmias cardíacas, mientras que el déficit de calcio (hipocalcemia) causa tetania muscular y osteoporosis.

¿Qué alteración clínica produce el exceso y el déficit de sodio?

El exceso de sodio provoca hipertensión arterial y su déficit (hiponatremia) causa deshidratación celular.

¿Cuál es la función biológica del magnesio ($Mg^{2+}$) tanto como bioelemento secundario como ión asociado?

Forma parte de la estructura de la clorofila, actúa como cofactor de más de 300 enzimas (especialmente las que emplean $ATP$ formando el complejo $Mg\text{-}ATP$) y constituye los ribosomas funcionales.

¿Qué enfermedad provoca la deficiencia de yodo y a qué se debe?

Provoca bocio, hipotiroidismo y cretinismo (hipotiroidismo fetal con retraso físico y mental), debido a que el yodo es necesario para la síntesis de las hormonas tiroideas (tiroxina $T_4$ y triyodotironina $T_3$).

¿Qué diferencia existe entre el agua exógena y el agua endógena o metabólica?

El agua exógena proviene del medio externo por ingestión de agua y alimentos, mientras que la endógena se produce internamente en reacciones metabólicas como la respiración celular aeróbica ($O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O$) y de condensación.

¿Qué características geométricas y eléctricas explican el carácter dipolar de la molécula de agua?

Tiene geometría angular formando un tetraedro ($\approx 104{,}5^\circ$). La mayor electronegatividad del oxígeno atrae los electrones compartidos, generando densidad de carga parcial negativa ($\delta^-$) en el O y parcial positiva ($\delta^+$) en los átomos de H.

¿Cómo influye el elevado calor específico del agua en la regulación térmica de los seres vivos?

Al requerir absorber mucho calor para romper los puentes de hidrógeno antes de elevar su temperatura, el agua actúa como un amortiguador térmico que estabiliza la temperatura interna de los organismos y de los ecosistemas.

¿A qué temperatura alcanza el agua su máxima densidad y cuál es su importancia ecológica en climas fríos?

Alcanza su máxima densidad aproximadamente a $4\,^\circ\text{C}$. Al congelarse forma una estructura más abierta y menos densa que flota en la superficie, actuando como aislante térmico e impidiendo la congelación de toda la masa de agua.

¿Qué valor tiene la constante dieléctrica del agua a $25\,^\circ\text{C}$ y cómo afecta a los compuestos iónicos?

Es de $\approx 78\text{–}80$. Su elevado valor disminuye las fuerzas electrostáticas entre iones de carga opuesta, formando capas de solvatación que facilitan su disolución.

¿Qué concentraciones de $H_3O^+$ y $OH^-$ presenta el agua pura a $25\,^\circ\text{C}$ y cuál es su $pH$?

Presenta $[H_3O^+] = [OH^-] = 10^{-7}\,mol\cdot L^{-1}$, lo que corresponde a un $pH = 7$ (neutro).

¿Qué rango de tamaño de partícula distingue a las disoluciones verdaderas de las dispersiones coloidales?

En las disoluciones verdaderas los solutos miden menos de $1\,nm$, mientras que en las dispersiones coloidales las partículas miden entre $1$ y $200\,nm$.

¿En qué consisten los estados sol y gel de un coloide citoplasmático?

El estado sol es un líquido fluido donde predomina la fase dispersante, mientras que el estado gel es una estructura viscosa donde predomina la fase dispersa.

¿Qué le ocurre a un glóbulo rojo (célula animal) al colocarse en un medio hipertónico y en uno hipotónico?

En un medio hipertónico pierde agua por ósmosis y sufre crenación; en un medio hipotónico absorbe agua, se hincha y puede sufrir hemólisis (lisis celular).

¿Qué le ocurre a una célula vegetal al colocarse en un medio hipertónico y en uno hipotónico?

En un medio hipertónico pierde agua y sufre plasmólisis (la membrana se separa de la pared); en un medio hipotónico entra agua y queda turgente sin romperse gracias a la pared celular.

¿Cuál es la composición química y proporción del fosfato cálcico en los huesos?

Está compuesto por $Ca_3(PO_4)_2$ y se deposita en forma de hidroxiapatita ($Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$), representando entre el $65\text{–}70\,\%$ del peso seco del hueso.

¿En qué formas cristalinas puede presentarse el carbonato cálcico ($CaCO_3$) en los seres vivos?

Puede presentarse en formas cristalinas como la calcita y el aragonito.

¿Cómo actúa el sistema tampón bicarbonato para regular el $pH$ en el medio extracelular?

Funciona mediante el equilibrio $H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$: si el $pH$ baja (acidosis), el bicarbonato ($HCO_3^-$) capta protones ($H^+$); si el $pH$ sube (alcalosis), el ácido carbónico ($H_2CO_3$) libera protones ($H^+$).

¿Cuáles son los componentes del sistema tampón fosfato y en qué medio actúa principalmente?

Está formado por los iones dihidrogenofosfato ($H_2PO_4^-$) como ácido y monohidrogenofosfato ($HPO_4^{2-}$) como base; actúa principalmente en el medio intracelular y en la orina.

¿Qué diferencia existe entre la difusión y la diálisis?

La difusión es el movimiento neto pasivo de solutos desde mayor a menor concentración. La diálisis es un proceso donde una membrana semipermeable permite el paso de agua y moléculas pequeñas, reteniendo las macromoléculas.

¿Qué oligoelemento es componente esencial de la enzima ureasa?

El níquel ($Ni$).

¿Qué papel desempeña el molibdeno ($Mo$) en el metabolismo vegetal?

Es cofactor en enzimas que participan en la fijación del nitrógeno.

¿Cuáles son las propiedades coligativas que generan los solutos en disoluciones verdaderas?

El descenso de la presión de vapor, el aumento del punto de ebullición, el descenso crioscópico (punto de congelación) y la presión osmótica.