Los Bioelementos

Bioelementos

Para caracterizar a un ser vivo podemos hablar de diferentes niveles de organización por ejemplo, un nivel de organización sencilla sería el nivel atómico constituido por partículas subatómicas y los átomos.

En este nivel existen una serie de propiedades físico-químicas características de cada elemento químico. Cuando pasamos a un nivel superior por ejemplo al nivel molecular la organización y la complejidad aumenta y aparecen nuevas propiedades. Sin embargo, todos se rigen por las mismas leyes físico-químicas. Posteriormente, podemos hablar de macromoléculas como las proteínas, complejos macromoleculares (ribosomas) y finalmente orgánulos más complejos como retículo, aparato de Golgi... hasta que llegamos a la célula y aparecen las propiedades de la vida como la homeostasis, en todos los casos aumenta la complejidad y la organización.

Los elementos químicos que forman parte de los seres vivos no son los más abundantes en la corteza terrestre, por ejemplo en la corteza es muy abundante el O, Si, Al y Fe; en los seres vivos sin embargo los elementos más abundantes son C, H, O, N.

El que estos elementos formen parte de la materia viva debe ser debido a sus propiedades físico-químicas:

• Son átomos de pequeño tamaño o radio atómico.

• Son muy ligeros, lo que es importante a nivel del campo gravitatorio terrestre.

• Pueden entablar enlaces químicos covalentes consigo mismos y entre sí y con otros elementos químicos, por ejemplo el carbono puede formar moléculas ramificadas y cíclicas.

• Otra propiedad del carbono: puede formar también dobles enlaces e incluso triples enlaces por que puede compartir uno o más electrones, lo mismo ocurre con el Ni.

• El C es la molécula indispensable para la vida porque tiene otra característica física y química, que lo diferencia del Sí que también tiene valencia 4, esa característica es la de poseer un radio atómico o un tamaño pequeño, el tamaño del radio atómico es universalmente proporcional a la dureza o fuerza del enlace covalente.

*¿El Si tiene mayor radio atómico que el C? ¿Quién de los elementos formaría enlaces covalentes más fuertes? El C, por ese motivo se eligió el carbono como elemento químico estructural para constituir las moléculas de la vida

• Estos elementos químicos (C, H, O, N...) también se pueden unir mediante enlaces covalentes entre ellos formando lo que se conoce como grupos funcionales que veremos más adelante pueden ser hidrofílivos o hidrofóbicos.

Los bioelementos los podemos clasificar atendiendo a un criterio que es la abundancia que no es lo mismo que importancia. Así tenemos:

• Bioelementos primarios que aproximadamente están en un 95% (C, H, O y N)*.

• Bioelementos secundarios: P, S, Mg, Ca, Na, K, Cl,... (iónicos) 4'5%.

• Oligoelementos: (0'5% y 0'1%) Fe, Mn, F, I, Co, Li, Zn, Cu, Cr.

* En algunas tablas que atienden a este criterio de abundante aparecen el P y S como bioelementos primarios.

Características:

Carbono: Tiene una función estructural y aparece en todas las moléculas orgánicas.

Hidrógeno: Forman grupos funcionales con otros elementos químicos.

Oxígeno: Forma parte de las biomoléculas y es un elemento importante a nivel de la respiración celular.

Nitrógeno: Igual que la anterior forma parte de las biomoléculas pero destaca su presencia en proteínas y lípidos y ácidos nucleicos (bases nitrogenadas)

Fosforo: Presente en los ácidos nucleicos y también a nivel de los huesos.

Azufre: Presente en aminoácidos (cisterina y metionina) (con SH)

Magnesio: Puede actuar como cofactor de muchas enzimas. También está presente en la molécula de clorofila.

Calcio: Es importante para los huesos y también actúa como cofactor y para la coagulación de la sangre y la contracción muscular.

Potasio: Es importante por que interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la ósmosis (bomba de potasio) y en la transmisión del impulso nervioso.

Cloro y Sodio: Intervienen en la ósmosis y la transmisión del impulso nervioso.

Hierro: Es un oligoelemento que forma parte de la hemoglobina, es un cofactor y forma parte de algunas proteínas de la cadena transportadora de electrones (citocromos). El hierro es importante a nivel vegetal en relación con la fotosíntesis. Su carencia produce anemia.

Cobalto: Forma parte de la vitamina B12 y tiene utilidad como anticancerígeno. Su carencia produce anemia y trastornos en el crecimiento.

Manganeso: Es importante a nivel de la fotosíntesis sobre todo relacionado con la fotólisis del agua.

Yodo: Es un elemento químico que forma parte de una hormona, la tiroxina. Su carencia influye en el metabolismo celular.

Cinc: Es un cofactor de muchas enzimas.

Cromo: Junto con la insulina interviene en el paso de la glucosa hacia el interior de las células.

Cobre: cofactor.

Silicio: Presente en algunos tejidos conjuntivos y en las paredes celulares de las gramíneas (plantas con espigas como la cebada).

Litio: Antidepresivo.

Flúor: Relacionado con el esmalte de los dientes y la formación de los huesos.

Aparte de la abundancia como criterio de clasificación a los bioelementos los podemos clasificar por su función:

FUNCIONES ELEMENTOS

Estructural C, H, O, N

Energética C, H, O, N

Esquelética Ca, Si, F, P

Osmótica K, Na, Cl

Catalítica Mg, Mn, Ca, Cu, Zn

Biomoléculas inorgánicas

El agua

El agua es una molécula fundamental para la vida pues surgió en ella hace 3.500 m.a. Los seres vivos tienen una proporción entre el 65 - 75 % de agua. Los seres vivos acuáticos tienen mayor cantidad y dentro de una especie o un ser vivo, los individuos más jóvenes tienen mayor cantidad de agua. A su vez, órganos como el cerebro o el riñón tienen más cantidad de agua que los huesos, es decir, que cuanto mayor sea la actividad de un órgano o tejido mayor es la dependencia que éste tiene del agua.

El agua tiene muchas funciones en los seres vivos. Tiene una función bioquímica (p.ej. la fotolisis o la hidrólisis). El agua tiene la función de disolvente (es uno de los disolventes universales), lubricante, amortiguadora, reguladora de la temperatura corporal, reguladora de los climas de los ecosistemas, permite que la savia suba por capilaridad, que la vida se desarrolle bajo las capas de hielo, etc.

Además, el agua está en estado líquido entre los 0 y los 100º C, con lo cual puede utilizarse como medio de transporte de nutrientes y sustancias tóxicas, mientras que moléculas muy similares, como el CO2 y el amoníaco, están en estado gaseoso.

Todas estas funciones importantes para la vida y para el ecosistema se deben a su composición química y a su estructura molecular. La molécula de agua compuesta por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por un enlace covalente teóricamente tendría que ser eléctricamente neutra, sin embargo, el oxígeno es más electronegativo que los átomos de hidrógeno, por tanto, atrae hacia su núcleo la nube de electrones que intervienen en el enlace, con lo que aparece una zona con carga negativa cercana al oxígeno y una zona con carga positiva cercana a los átomos de hidrógeno. Por tanto, decimos que la molécula de agua se comporta como un dipolo. Esta es la base de todas sus propiedades y sus funciones.

Por ejemplo, el agua tiene la función de regular la temperatura corporal tanto externa como interna y también la de regular los climas (hacerlos más suaves). Esto lo logra gracias a la propiedad de un alto calor específico y un alto calor de vaporización.

La siguiente propiedad es que el agua es un disolvente casi universal porque en ella se disuelven las sales minerales y las sustancias polares. También las sustancias anfipáticas pueden formar micelas en contacto con el agua.

Lo anterior lo podemos explicar en base a la estructura molecular del agua ya que es un dipolo y como tal tiene una constante dieléctrica elevada, que quiere decir que mientras en estado sólido las sales permanecen unidas por enlaces iónicos, en presencia del agua ésta hace de pantalla rodeando a los iones e impidiendo que se unan. Otras moléculas como los azúcares (glucosa p.e.), los ácidos nucleicos, algunas proteínas, al presentar carga también se disuelven en agua. Las sustancias anfipáticas, es decir, aquellas que presentan una parte apolar y otra parte polar como p.e. los ácidos grasos, en presencia de agua, tienden a formar micelas, es decir, una especie de vacuolas (esféricas) donde las partes negativas o polares estarían en contacto con el agua y las positivas hacia el interior. Más adelante veremos que ésta es la base de las membranas biológicas. Las sustancias que tengan apetencia por el agua se denominan hidrofilias (las polares) y las que se alejan, hidrofóbicos (las apolares).

Como consecuencia de poseer una constante dieléctrica elevada aparte de ser un disolvente universal, el agua, es el medio de transporte de la mayoría de los nutrientes (que se disuelven en ella) y también de los productos tóxicos.

Aparte de eso, al tener disueltas gran cantidad de sustancias le podemos considerar como función el ser lubricante y amortiguador. P.e. el humor acuoso y el humor vítreo del ojo, las bolsas sinoviales de la rodilla o el líquido cefaloraquídeo tienen dicha función lubricante y amortiguadora.

La estructura molecular del agua también le otorga las propiedades de elevada fuerza de adhesión, y esto permite que determinados

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