Apuntes de Biología EBAU Cantabria con esquemas y tests

01Bioelementos, agua y sales minerales

Todos los organismos vivos están constituidos por los mismos principios químicos fundamentales que la materia inerte, pero organizados con un grado extraordinario de complejidad funcional. Los elementos químicos que integran las estructuras biológicas reciben el nombre de bioelementos, y su combinación mediante enlaces químicos da lugar a las biomoléculas o principios inmediatos.

Las biomoléculas se catalogan en dos grandes conjuntos según su naturaleza química:

Esquema de clasificación general de las biomoléculas en inorgánicas y orgánicas.

Biomoléculas inorgánicas: presentes tanto en la materia viva como en la inerte (el agua y las sales minerales).
Biomoléculas orgánicas: exclusivas de los seres vivos y sustentadas en cadenas carbonadas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

En el armazón carbonado de las moléculas orgánicas se insertan agrupaciones atómicas específicas, conocidas como grupos funcionales, que determinan su reactividad y propiedades físico-químicas:

Esquema de los principales grupos funcionales de los compuestos orgánicos biológicos.

1. Clasificación y abundancia de los bioelementos

De los más de un centenar de elementos de la tabla periódica, aproximadamente 70 forman parte de la materia viva, aunque solo unos 25 son universales para todos los seres vivos. Según su proporción ponderal en el organismo, se clasifican en tres niveles:

Categoría	Proporción en masa	Elementos integrantes	Función y características principales
Bioelementos primarios	Aprox. 96 % - 99 %	C, H, O, N, P, S	Esqueleto de las macromoléculas. Poseen masa atómica baja y forman enlaces covalentes muy estables al compartir electrones.
Bioelementos secundarios	Aprox. 1 % - 4 %	Na, K, Ca, Mg, Cl	Funciones osmóticas, transmisión del impulso nervioso, contracción muscular y cofactores.
Oligoelementos (o elementos traza)	Menos del 0,1 %	Fe, Cu, Zn, Mn, I, F, Co, Se	Imprescindibles pese a su baja cantidad; actúan como catalizadores en centros activos enzimáticos o componentes de hormonas.

Para recordarlo

La regla mnemotécnica tradicional para memorizar los seis bioelementos primarios es el acrónimo CHONPS (Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre).

La idoneidad del carbono radica en sus cuatro electrones de valencia distribuidos tetraédricamente, lo que le permite formar enlaces covalentes simples, dobles o triples con otros átomos de carbono o con heteroátomos (O, N, S), generando esqueletos tridimensionales estables (lineales, ramificados y cíclicos).

2. El agua: estructura molecular y propiedades biológicas

El agua ( $H_2O$ ) es la biomolécula inorgánica más abundante de la biosfera, representando comúnmente entre el 65 % y el 95 % de la masa de un organismo. Cada molécula está formada por un átomo de oxígeno unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno con un ángulo de enlace de $104{,}5^\circ$ . Debido a la marcada electronegatividad del oxígeno frente al hidrógeno, los electrones compartidos se desplazan hacia el oxígeno, generando una densidad de carga negativa ( $\delta^-$ ) en este y dos densidades de carga positiva ( $\delta^+$ ) sobre los hidrógenos. Esta asimetría convierte al agua en un dipolo eléctrico permanente.

Esa condición dipolar posibilita la atracción electrostática intermolecular mediante puentes de hidrógeno, interacciones donde cada molécula de agua puede enlazar con hasta otras cuatro vecinas formando una red reticular fluida y cohesiva.

Propiedad físico-química	Base molecular	Repercusión e importancia biológica
Gran poder disolvente	Dipolo eléctrico (alta constante dieléctrica).	Vehículo de transporte de sustancias y medio universal donde transcurren las reacciones metabólicas. Disuelve compuestos iónicos y polares formando capas de solvatación.
Elevado calor específico	Se requiere mucha energía para romper la extensa red de puentes de hidrógeno antes de acelerar las moléculas.	Amortiguador térmico celular: protege a los organismos frente a fluctuaciones bruscas de la temperatura exterior.
Alto calor de vaporización	Ruptura total de los enlaces de hidrógeno al pasar de líquido a gas.	Mecanismo refrigerante muy eficaz (por ejemplo, transpiración y sudoración).
Elevada cohesión y adhesión	Puentes de hidrógeno entre moléculas de agua y con superficies polares.	Da soporte hidrostático (esqueleto hidrostático) y explica los fenómenos de capilaridad en vasos conductores vegetales (xilema).
Menor densidad en estado sólido	Estructura cristalina hexagonal rígida que deja huecos al congelarse.	El hielo flota sobre el agua líquida, actuando como aislante térmico y permitiendo la vida acuática en regiones polares y fondos lacustres.

3. Las sales minerales: formas y funciones

Las sales minerales se presentan en los seres vivos bajo dos formas bien diferenciadas:

A. Sales minerales precipitadas (insolubles)

Se encuentran en estado sólido, asociadas a menudo con matrices orgánicas proteicas o polisacáridas. Cumplen fundamentalmente una función de sostén mecánico y protección esquelética:

Carbonato cálcico ( $CaCO_3$ ): conforma caparazones de moluscos, exoesqueletos de corales y las espículas de ciertas esponjas.
Fosfato cálcico ( $Ca_3(PO_4)_2$ ) e hidroxiapatito: constituye la fase mineral de los huesos y dientes en los vertebrados.
Sílice ( $SiO_2$ ): forma los caparazones (frústulas) de diatomeas y refuerza tallos de gramíneas y equisetos.

B. Sales minerales disueltas (solubles)

Se hallan disociadas en sus correspondientes iones en el citosol y en los líquidos extracelulares:

Cationes principales: $Na^+$ , $K^+$ , $Ca^{2+}$ , $Mg^{2+}$ .
Aniones principales: $Cl^-$ , $HCO_3^-$ , $HPO_4^{2-}$ , $SO_4^{2-}$ .

Desempeñan tres funciones indispensables: mantenimiento del equilibrio osmótico celular, amortiguación del pH fisiológico (sistemas tampón o buffer como el tampón bicarbonato en el medio extracelular y el tampón fosfato en el intracelular) y participación en funciones catalíticas y de excitabilidad (sinapsis, contracción muscular y activación enzimática).

4. Ósmosis: turgencia y plasmólisis

La ósmosis es el paso espontáneo de disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones de diferente concentración de solutos, desde el medio más diluido (hipotónico) hacia el más concentrado (hipertónico), hasta igualar las concentraciones (medio isotónico).

Esquema

Fenómenos osmóticos celulares

💧Medio hipotónicoEntrada de agua

🌱Turgencia vegetalPared resiste la presión

💥Lisis animalLa célula estalla

🧂Medio hipertónicoSalida de agua

🍂Plasmólisis vegetalMembrana se retrae de la pared

🥀Crenación animalCélula se arruga

El comportamiento de la célula depende de la presencia o ausencia de pared celular y del medio externo en el que se encuentre:

Medio extracelular	Célula vegetal (con pared celular)	Célula animal (sin pared celular)
Medio hipotónico (baja concentración exterior)	El agua penetra en la célula hinchando la vacuola. La pared celulósica rígida resiste la presión interior: estado de turgencia.	El agua entra de forma masiva. Al carecer de pared, la membrana no soporta la presión osmótica y sufre lisis celular (en eritrocitos, hemólisis).
Medio isotónico (igual concentración)	Flujo neto nulo de agua. Estado fisiológico de equilibrio normal.	Flujo neto nulo de agua. Volumen y morfología celular estables.
Medio hipertónico (alta concentración exterior)	El agua sale hacia el exterior; la vacuola mengua y la membrana plasmática se despega de la pared celular: proceso de plasmólisis.	El agua sale al exterior; la célula pierde volumen, se arruga y se deshidrata: fenómeno de crenación.

PAU · 2025, Extraordinaria (Apartado 1 - Opción 2)

Opción 2 [1,25 puntos] . La materia que constituye a los seres vivos está formada por biomoléculas, las cuales están compuestas por átomos, también denominados bioelementos. a) ¿En qué tres categorías se dividen los bioelementos? Tres categorías: b) ¿Cuáles son los 6 bioelementos que forman parte de la primera categoría y qué característica común tienen? Los 6 bioelementos: Característica común: c) Enumere los cuatro grupos de biomoléculas e indique cuáles de estos 6 bioelementos forman parte de su composición. Cuatro grupos de biomoléculas y su composición elemental:

Resolución

a) Categorías de los bioelementos:
Se dividen en función de su abundancia porcentual relativa en el organismo en: bioelementos primarios (mayoritarios, en torno al 96-99 %), bioelementos secundarios (entre el 1 y el 4 %) y oligoelementos (presentes en concentraciones inferiores al 0,1 %).

b) Bioelementos primarios y su rasgo común:
Los 6 elementos son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).
Su característica común fundamental radica en que poseen masas atómicas bajas y capas electrónicas externas incompletas, lo que les permite compartir electrones con gran estabilidad para formar enlaces covalentes fuertes (simples, dobles o triples) y ser perfectamente compatibles e interactuar en disolución acuosa.

c) Grupos de biomoléculas orgánicas y bioelementos que las integran:

Glúcidos (hidratos de carbono): integrados principalmente por C, H y O (el P aparece también en intermediarios metabólicos fosforilados).
Lípidos: formados fundamentalmente por C, H y O (incorporan P y a menudo N en fosfolípidos).
Proteínas: constituidas siempre por C, H, O y N, conteniendo además S de manera característica en aminoácidos como la cisteína y la metionina (pueden llevar P si sufren fosforilación).
Ácidos nucleicos (ADN y ARN): contienen obligatoriamente C, H, O, N y P (el grupo fosfato forma los enlaces fosfodiéster del esqueleto).

Ideas clave

Los bioelementos primarios (C, H, O, N, P, S) representan cerca del 96-99 % de la masa celular gracias a su aptitud para establecer enlaces covalentes estables.
El dipolo permanente del agua y los puentes de hidrógeno intermoleculares originan su elevado calor específico, gran poder disolvente y alta cohesión.
Las sales precipitadas desempeñan papeles de sostén esquelético pasivo, mientras que las solubles regulan la presión osmótica y amortiguan las variaciones de pH.
En soluciones hipotónicas las células vegetales adquieren turgencia y las animales sufren lisis; en soluciones hipertónicas se produce plasmólisis vegetal o crenación animal.

Comprueba lo que has aprendido

¿Por qué el carbono es el elemento estructural base de las biomoléculas y no el silicio?

Porque el carbono posee un radio atómico menor y cuatro electrones de valencia que le permiten formar enlaces covalentes carbono-carbono extremadamente estables y variados (simples, dobles, triples), originando cadenas lineales, ramificadas y anillos tridimensionales estables frente al agua.

¿Cuál es la causa fisicoquímica de que el agua actúe como un eficaz amortiguador de la temperatura corporal?

Su elevado calor específico: para elevar la temperatura del agua es necesario romper previamente un gran número de puentes de hidrógeno, lo que absorbe una gran cantidad de calor con un incremento térmico mínimo.

¿Qué diferencia existe en la respuesta osmótica entre un glóbulo rojo y una célula epidérmica vegetal en agua destilada?

El glóbulo rojo carece de pared rígida, por lo que la entrada continua de agua provoca su hinchamiento y rotura (hemólisis), mientras que la célula vegetal resiste la presión interior gracias a su pared celular de celulosa, alcanzando el estado de turgencia sin estallar.

Repaso rápido

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¿Cuál de los siguientes bioelementos es un bioelemento secundario?

Tema 1: Las biomoléculas

02Monosacáridos: estructura y propiedades

Los glúcidos (clásicamente denominados hidratos de carbono o carbohidratos) son biomoléculas orgánicas formadas fundamentalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción que responde aproximadamente a la fórmula empírica general $(\mathrm{CH_2O})_n$ . En determinados derivados biológicos pueden incorporar también nitrógeno, fósforo o azufre. Desde una perspectiva funcional, los glúcidos actúan como combustible metabólico inmediato y almacén de reserva, aunque también desempeñan papeles estructurales decisivos en paredes vegetales y exoesqueletos de artrópodos.

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Tema 1: Las biomoléculas

03Isomería y actividad óptica de los monosacáridos

El carbono asimétrico y la estereoisomería

En el estudio de los monosacáridos (véase «Tema 1: Las biomoléculas — Monosacáridos: estructura y propiedades»), la fórmula empírica o molecular común no basta para describir las propiedades de un azúcar. Por ejemplo, la fórmula molecular $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$ engloba tres glúcidos distintos: la dihidroxiacetona, el D-gliceraldehído y el L-gliceraldehído. La causa fundamental de esta diversidad es la presencia de carbonos asimétricos.

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Tema 1: Las biomoléculas

04Series aldosa-cetosa y ciclación de monosacáridos

Los monosacáridos no existen únicamente como cadenas abiertas lineales. Aunque la proyección de Fischer resulta idónea para estudiar la estereoquímica teórica y las familias estructurales, en un entorno acuoso las moléculas de cinco o más átomos de carbono adoptan de manera espontánea conformaciones cíclicas estables mediante enlaces intramoleculares.

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Tema 1: Las biomoléculas

05Formas anoméricas, conformación espacial y derivados

El carbono anomérico y el origen de los anómeros

Al disolverse en agua, las pentosas y hexosas (tanto aldosas como cetosas) no permanecen en cadena abierta, sino que experimentan una reacción intramolecular reversible que genera anillos hemiacetálicos o hemicetálicos (como se ha visto en «Tema 1: Las biomoléculas — Series aldosa-cetosa y ciclación de monosacáridos»). En este proceso, el carbono carbonílico sp² (plano y carente de quiralidad) sufre el ataque nucleófilo de un grupo hidroxilo y pasa a tener hibridación sp³ tetraédrica. Como consecuencia directa, este átomo se transforma en un nuevo centro quiral denominado carbono anomérico (el C-1 en aldosas o el C-2 en cetosas).

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Tema 1: Las biomoléculas

06Enlace O-glucosídico y disacáridos

1. Concepto de oligosacárido y naturaleza del enlace O-glucosídico

Los oligosacáridos son glúcidos formados por la unión covalente de 2 a 10 monosacáridos. Presentan propiedades físicas comunes con los azúcares sencillos: son sólidos cristalizables, solubles en medio acuoso y de sabor dulce. Dentro de este grupo destacan cuantitativa y funcionalmente los disacáridos, constituidos exactamente por dos unidades de monosacárido.

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