¿Qué tienen en común la vitamina B12, las conchas de los moluscos, el esmalte de los dientes, el ácido desoxirribonucleico (ADN) o los procesos de la fotosíntesis y la coagulación?
La respuesta a esta pregunta se encuentra en el título de este artículo.
Efectivamente, las sales minerales forman parte de cada una de estas moléculas y procesos. Si quieres saber más, adéntrate con nosotros en su mundo.
¿Qué son las sales minerales?
Las sales minerales, también conocidas como sales inorgánicas, son biomoléculas inorgánicas formadas por elementos o compuestos iónicos unidos por enlaces iónicos.
Saber qué es y cómo se forma un enlace iónico es fundamental para entender las propiedades y funciones de las sales minerales. ¿Recuerdas lo que es un enlace iónico? Si quieres refrescar la memoria, échale un vistazo al siguiente deep dive.
¿Qué es un enlace iónico? Es mejor empezar desde el principio para entenderlo todo mejor.
Los átomos tienen distintos niveles de electronegatividad.
La electronegatividad es la tendencia o capacidad de los átomos de atraer electrones cuando se encuentran formando un enlace.
Las diferencias de electronegatividad de los átomos determinan qué tipo de enlaces se forman entre ellos. Cuando la diferencia de electronegatividad entre dos átomos es muy grande, el átomo más electronegativo puede quitarle un electrón de su corteza electrónica al átomo menos electronegativo para completar sus capas de valencia.
Sin embargo, este intercambio crea un desequilibrio entre el número de protones y el número de electrones de los átomos. El átomo que capta electrones tiene más electrones que protones y, por tanto, posee una carga negativa. El átomo que dona electrones tienen menos electrones que protones; como resultado, posee una carga positiva.
A los átomos o moléculas con carga se les denomina iones.
- Si tienen carga positiva se les denomina cationes.
- Si es negativa, aniones.
Debido a su carga, los iones interaccionan mediante fuerzas electroestáticas formando enlaces iónicos.
Las biomoléculas inorgánicas formadas por enlaces iónicos se denominan sales minerales o inorgánicas.
Las sales minerales no están compuestas por un número de moléculas finito, como los compuestos formados por enlaces covalentes. Los iones se unen mediante enlaces iónicos formando retículas o estructuras tridimensionales, cuyo tamaño puede variar y no está definido.
De hecho, las fórmulas químicas de las sales minerales simplemente determinan la proporción de iones dentro de la estructura tridimensional formada por enlaces iónicos.
Por ejemplo, el cloruro de sodio (sal de mesa) tiene la siguiente fórmula: NaCl. Esta fórmula simplemente indica que por cada átomo de sodio (Na) hay un átomo de cloro (Cl).
Tipos de sales minerales
Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas fundamentales para la vida y presentes en todos los seres vivos, en una proporción de entre el 1% y el 5%. Las sales minerales se pueden encontrar en dos formas o estados en los seres vivos, según sus propiedades de solubilidad:
- Sales minerales disueltas o solubles.
- Sales minerales precipitadas o insolubles.
A continuación exploramos cada grupo en más detalle y conocemos algunos ejemplos.
Sales minerales precipitadas o insolubles
Las sales minerales precipitadas o insolubles se encuentran en estado sólido en los seres vivos, normalmente, formando parte de estructuras rígidas de protección o de sostén —como caparazones, conchas, esqueletos o cortezas, en el caso de vegetales—.
Las sales minerales insolubles forman estructuras reticulares tridimensionales denominadas cristales.
Algunas de las sales minerales insolubles más importantes son:
- El carbonato cálcico (CaCO3) forma parte de los caparazones y conchas de los moluscos, y de los esqueletos de los vertebrados.
- El fosfato cálcico (Ca3(PO4)2) forma parte del esqueleto interno de los vertebrados.
- El fluoruro de calcio (CaF2) forma parte del esqueleto interno de los vertebrados y del esmalte de los dientes.
- La sílice (SiO2) forma parte de los caparazones de algunos microorganismos (como las diatomeas y los radiolarios) y de la parte externa del tallo de algunas plantas.
Sales minerales disueltas o solubles
Las sales minerales disueltas o solubles son aquellas en las que los iones que las forman se disuelven en agua, por la disociación en aniones y cationes, también llamados electrolitos. Basándonos en esta clasificación,
los aniones más importantes son:
- Cloruro (Cl-)
- Carbonato (CO32-)
- Nitrato (NO3-)
- Fosfato (PO43-)
- Sulfato (SO42-)
los cationes más importantes son:
- Sodio (Na+)
- Magnesio (Mg2+)
- Potasio (K+)
- Calcio (Ca2+)
- Hierro (Fe2+ / Fe3+)
- Cobre (Cu+)
- Zinc (Zn+)
- Manganeso (Mn+)
Función de las sales minerales
Como habrás podido deducir tras leer la introducción, las sales minerales tienen funciones muy diversas en los seres vivos.
Ya hemos mencionado que las sales minerales insolubles tienen funciones estructurales y de protección y hemos dado ejemplos de sales minerales insolubles que forman parte de caparazones, esqueletos o cortezas vegetales. Además, las sales insolubles forman cristales que pueden interaccionar con biomoléculas orgánicas, como las proteínas, y así regulan su crecimiento.
Por otro lado, las sales minerales disueltas, debido a su solubilidad en agua, tienen un rango de funciones mucho más amplio. Veamos un listado de algunas de sus funciones principales en los seres vivos y ejemplos de sales minerales que participan en ellas.
Funciones catabólicas de las sales minerales
- Participación en la actividad enzimática: numerosos cationes, como el magnesio (Mg2+), el calcio (Ca2+) o el zinc (Zn+) actúan como cofactores enzimáticos, regulando su actividad.
- Contribución al proceso de fotosíntesis. El magnesio (Mg2+) es un componente esencial de la clorofila que, a su vez, es un pigmento necesario para la realización de la fotosíntesis.
Funciones de regulación de las sales minerales
- Regulación de la presión osmótica: la distribución desigual de las concentraciones de iones a ambos lados de una membrana celular crea un potencial electroquímico, que permite el transporte de moléculas por difusión y la regulación de la presión osmótica celular.
- Regulación del pH: formas hidrogenadas y deshidrogenadas de diferentes aniones en disolución —como los carbonatos y los fosfatos— contribuyen a mantener el pH de los fluidos biológicos estable y en un rango de valores compatibles con la actividad metabólica. A estas soluciones se las conoce como disoluciones amortiguadoras o tampones.
- Estabilización de coloides: las cargas electrostáticas asociadas a las sales minerales disueltas ayudan a estabilizar las biomoléculas y a evitar su precipitación en dispersiones coloidales.
- Coagulación de la sangre: el catión de calcio (Ca2+) participa en el proceso de coagulación sanguínea.
Funciones de transporte y transmisión de señales de las sales minerales
- Transporte de oxígeno en la sangre: los cationes de hierro son un componente fundamental de la hemoglobina que permite a los glóbulos rojos captar y transportar el oxígeno.
- Transmisión del potencial de membrana: la distribución desigual de iones y sus cargas electroestáticas, a través de las membranas celulares, permite la generación de potenciales de membrana que son la base de la contracción muscular y de la transmisión de señales nerviosas.
Funciones de nutrición de las sales minerales
Muchas sales minerales —como los fosfatos, sulfatos y nitratos— son utilizados por organismos autótrofos como bloques de construcción con los que sintetizan biomoléculas orgánicas, mediante procesos fotosintéticos.
Disoluciones amortiguadoras y las sales minerales
Una de las principales funciones de las sales minerales disueltas es la de regular el pH, estas son disoluciones amortiguadoras, también conocidas como tampones. Mantener estable el pH en el organismo es importante, debido a que los procesos bioquímicos que mantienen la vida son muy sensibles a cambios en la acidez.
Pero, ¿cómo son estas disoluciones capaces de regular el pH? Para poder responder a esta pregunta debemos repasar algunos conceptos básicos como el pH y las sustancias ácidas y básicas.
Las moléculas de agua forman enlaces covalentes polares en los que participa un átomo de hidrógeno, y tienden a perder el átomo de hidrógeno, produciendo un catión hidronio (H3O+) y un anión hidroxilo (OH-). Esto se debe a las fuerzas electroestáticas entre la región polar con carga positiva del átomo de hidrógeno de una molécula y las regiones con carga negativa del átomo de oxígeno de otra molécula del agua. Este fenómeno se da, de hecho, en el agua pura entre las propias moléculas de agua: en el agua pura, la concentración de moléculas de agua disociadas en sus iones, el anión hidroxilo (OH-) y el catión hidronio (H3O+) (normalmente denominado protón (H+) por simplicidad) es de 10-7M o moles/litro, lo que corresponde a un pH de 7 (neutro).
El pH es una forma simplificada de cuantificar la concentración de iones en una disolución acuosa. El pH representa el logaritmo decimal negativo de la concentración de protones en disolución y, matemáticamente, se expresa así: pH = - log10 [H3O+]. A mayor cantidad de protones, mayor acidez, y el valor de pH disminuye; mientras que a menor cantidad de protones, menor acidez, y el valor de pH aumenta.
Dependiendo de la tendencia de donar o aceptar protones o (lo que es lo mismo) de crear o eliminar iones hidronio, podemos distinguir dos tipos de sustancias: ácidos y bases.
- Cuando las moléculas de una sustancia en disolución tienden a perder un átomo de hidrógeno, liberándolos como protones (H+), se denominan ácidos.
- Por el contrario, cuando las moléculas de una sustancia en disolución tienden a aceptar protones, se denominan bases.
Existen dos tipos de ácidos y bases, dependiendo de qué tan fuerte es la tendencia de donar y aceptar protones. De esta forma, distinguimos entre ácidos y bases débiles (con una tendencia baja) y fuertes (con una tendencia alta). Los ácidos y bases débiles juegan un papel fundamental en la regulación del pH en los seres vivos y forman parte de las disoluciones amortiguadores, o sistemas tampón. Pero, ¿por qué? Los ácidos y bases débiles, al tener una baja tendencia de disociarse en iones, son capaces de mantener sus iones unidos en disolución y solo se separan para mantener el equilibrio iónico en la disolución en respuesta a un incremento o reducción de pH; es decir, un cambio en la concentración de los iones del agua.
¿Suena complicado? De acuerdo: este tema puede llegar a ser un poco confuso. Sin embargo, no hay nada como un ejemplo para aclarar las ideas. Pero, antes, conozcamos los distintos tipos de disoluciones amortiguadoras en los seres vivos.
Los seres vivos utilizan dos tipos de disoluciones amortiguadoras: tampones orgánicos y tampones inorgánicos. Los tampones orgánicos utilizan biomoléculas orgánicas, como los aminoácidos para regular el pH; mientras que los tampones inorgánicos utilizan biomoléculas inorgánicas, como las sales minerales. En ambos casos la presencia de un ácido débil y su base conjugada, o una base débil y su ácido conjugado, son necesarios.
Los principales tampones inorgánicos son:
- El tampón bicarbonato, que está formado por un ácido débil, el ácido carbónico (H2CO3), y su base conjugada, el ion bicarbonato (HCO3-)
- El tampón fosfato, que está formado por un ácido débil, el ion dihidrógeno fosfato (H2PO4-), y su base conjugada, el ion monohidrógeno fosfato (HPO42-)
Ahora sí, utilicemos el ejemplo del tampón bicarbonato —que es el tampón que se utiliza en nuestra sangre para regular su pH— para ilustrar la teoría. La reacción de equilibrio entre el ácido débil y la base conjugada en disolución del tampón bicarbonato es la siguiente:
Basándonos en esta reacción de equilibrio, contemplemos los distintos escenarios donde el pH de la sangre se alteraría para entender cómo funciona el tampón:
- Escenario #1: La concentración de protones (H+) se incrementa, aumentando la acidez y disminuyendo el pH de la sangre:
- Para mantener el equilibrio de la reacción, la base conjugada (el ion bicarbonato) acepta los protones extra para formar más ácido carbónico.
- El ácido carbónico se convierte, a su vez, en agua y dióxido de carbono, aumentando la cantidad de dióxido de carbono en la sangre. Este se elimina durante la respiración en los pulmones.
Debido a que a un pH de 7.4 (pH fisiológico de la sangre) la proporción entre el ácido carbónico (H2CO3) y su base conjugada (HCO3-) es 20 a 1, el tampón bicarbonato es especialmente útil para amortiguar y regular los incrementos de acidez, ya que el mayor número de bases permite aceptar y eliminar una gran cantidad de protones.
- Escenario #2: La concentración de protones (H+) disminuye, reduciendo la acidez y aumentando el pH de la sangre.
- Para mantener el equilibrio de la reacción, el ácido débil (el ácido carbónico) se disocia en sus iones proporcionando los protones que se habían perdido en el medio, lo que incrementan la acidez nuevamente.
- Ahora hay un exceso de ion bicarbonato, el cual se puede eliminar mediante la filtración de la sangre en los riñones.
Sales Minerales - Puntos clave
- Las sales minerales, o sales inorgánicas, son biomoléculas inorgánicas formadas por elementos o compuestos iónicos unidos por enlaces iónicos. Son fundamentales para la vida y están presentes en todos los seres vivos.
- Las sales minerales se pueden encontrar en dos formas o estados en los seres vivos, según sus propiedades de solubilidad: sales minerales disueltas o solubles y sales minerales precipitadas o insolubles.
- Las sales minerales precipitadas o insolubles se encuentran en estado sólido en los seres vivos normalmente, formando parte de estructuras rígidas de protección o de sostén, como caparazones y conchas, esqueletos o cortezas.
- Las sales minerales disueltas o solubles son aquellas en las que los iones que las forman se disuelven en agua por la disociación en aniones y cationes, también llamados electrolitos. Tienen un rango de funciones muy amplio que incluye funciones catabólicas, funciones de regulación, funciones de transporte y transmisión de señales, y funciones de nutrición.
- Los seres vivos utilizan dos tipos de disoluciones amortiguadoras: tampones orgánicos y tampones inorgánicos.
- Una de las principales funciones de las sales minerales disueltas es la de regular el pH, a través de tampones inorgánicos. Los tampones inorgánicos más importantes son el tampón bicarbonato y el tampón fosfato.
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