Naturaleza

Composición Química del protoplasma

Elementos quimicos

El análisis químico de la materia viva pone de manifiesto que en su composición se encuentran una serie de elementos llamados bioelementos o elementos biogénicos. Ninguno de ellos es propio y exclusivo de la materia viva ya que forman parte también, de la materia mineral, de tal manera que sólo un número relativamente reducido de los elementos que se encuentran en la naturaleza entra a formar parte de la materia viva. Los “principales” elementos biogénicos son cuatro: C, H, O y N. Estos 4 elementos forman parte de la materia viva en un porcentaje muy superior a los restantes gracias a poseer dos propiedades fundamentales:

Tener un peso atómico bajo: C=12, H=1, O=16 y N=14. Esto les permite formar combinaciones por un lado muy complejas y por otro inestables, lo cual resulta muy útil para el continuo construir y destruir de materia a que se ven sometidos los seres vivos por su metabolismo. Estos 4 elementos son además muy solubles en agua, circunstancia favorable para ser incorporados al ser vivo o eliminados de él.

Abundan en las capas más externas de la Tierra, es decir, atmósfera, hidrosfera y litosfera, que son las que se hallan más en contacto con los seres vivos. Esta propiedad es importante ya que los seres vivos necesitan formarse con elementos que puedan conseguir con facilidad, es decir, que abunden en la naturaleza para poder disponer de ellos en cualquier momento.

Un detalle importante respecto al C y al N es que, debido a su posición central en el Sistema Periódico presentan la misma afinidad para unirse con el O que con el H, es decir, pueden pasar con facilidad del estado oxidado (CO2, NO3H) al reducido (CH4, NH3).

Además de estos 4 bioelementos, en la materia viva se encuentran otros en menor cantidad; son los llamados bioelementos secundarios: S, P, K, Na, Ca, Mg y Cl.La proporción en que se encuentra un elemento biogénico no está en relación con su importancia biológica pues algunos de ellos entran a formar parte de la materia viva en cantidades insignificantes y sin embargo desempeñan papeles de gran trascendencia, de tal manera que su carencia provoca serios trastornos porque son indispensables para que los fenómenos vitales se desarrollen con normalidad. A estos elementos se les denomina oligoelementos y entre ellos pueden citarse:

Hierro (Fe): Forma parte de la hemoglobina, pigmento rojo de la sangre de los Vertebrados. También forma parte de los citocromos. El Fe apenas se elimina del organismo y es utilizado varias veces cuando se destruyen los compuestos de que forma parte y por ello sus necesidades alimenticias son mínimas. No obstante, su escasez o carencia produce anemia.

Cobre (Cu): Forma parte de la hemocianina, pigmento rojo de la sangre de los Invertebrados, de papel semejante a la hemoglobina.

Manganeso (Mn): Es básico para que las plantas verdes puedan sintetizar la clorofila. Actúa además como catalizador de muchas reacciones metabólicas.

Cinc (Zn): También importante como catalizador.

Yodo (I): Elemento básico para la formación de la tiroxina, hormona producida por la glándula tiroides cuya deficiencia origina la enfermedad llamada bocio.

Cobalto (Co): necesario para sintetizar la vitamina B12.

Los elementos biogénicos rara vez se encuentran en estado libre. En general, se combinan entre sí para formar sustancias compuestas definidas. Estos compuestos que se pueden aislar por medios puramente físicos como la disolución, la filtración, la destilación, la centrifugación, etc. constituyen los llamados principios inmediatos.

Pueden ser inorgánicos (agua y sales minerales) u orgánicos (glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos).

AGUA

La vida, tal como se conoce en la Tierra, se desarrolla siempre en medio acuoso. Incluso en los seres no acuáticos el medio interno es básicamente hídrico. La inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en el seno del agua y obedecen las leyes fisicoquímicas de las disoluciones acuosas. Por todo ello no es de extrañar que el agua sea el principal componente de los seres vivos en cuanto a su cantidad. El cuerpo humano, por ej., está formado por término medio por un 75% de agua, aunque los tejidos que necesitan mucha actividad como el nervioso son agua en un 90%. Sólo los tejidos esqueléticos y las semillas de las plantas presentan una baja proporción de agua.

El agua reúne una serie de características que la convierten en un disolvente único e insustituible en la Biosfera. En cuanto a sus propiedades fisicoquímicas cabe destacar:

1.- La molécula de agua tiene un marcado carácter dipolar. Aunque tiene una carga total neutra (posee el mismo número de protones y de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones: alrededor del O se concentra una densidad de carga negativa (d-) debido a que es un elemento mucho más electronegativo que el H, por ello los núcleos de H quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva (d+). Este carácter dipolar de la molécula de agua es de trascendental importancia y tiene múltiples consecuencias: La más relevante es que se pueden establecer interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua formando uniones electrostáticas llamadas puentes o enlaces de H: la carga parcial negativa del O de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de H de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras 3 moléculas unidas por puentes de H permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura reticular, responsable de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas. Todas las restantes propiedades del agua son, pues, consecuencia de ésta.

2.- El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida (0º-100º) proporciona variadas posibilidades de vida, desde los organismos psicrófilos que pueden desarrollarse a temperaturas próximas a 0º, hasta los termófilos que viven a 70º-80º.

3.- La anómala variación de la densidad con la temperatura, con una densidad máxima a 4ºC, determina que el hielo flote en el agua líquida actuando como aislante térmico y, en consecuencia, posibilitando el mantenimiento de la gran masa de agua de los océanos en fase líquida albergando a la mayor parte de la Biosfera.

4.- El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal). Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de H, además de con otras moléculas de agua como se dijo anteriormente, con otras sustancias polares (grupos -OH de alcoholes y azúcares, grupos -NH2 de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.), pues se disuelven cuando interaccionan con las moléculas del agua.

El agua posee un elevado calor específico. Se denomina calor específico a la capacidad de almacenar energía para un aumento determinado de la temperatura: el agua puede absorber grandes cantidades de calor, mientras que, proporcionalmente, su temperatura sólo se eleva ligeramente. Del mismo modo, su temperatura desciende con más lentitud que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite que el contenido acuoso de las células sirva de protección a las sensibles moléculas orgánicas ante los cambios bruscos de temperatura. Además, el calor que se desprende en los procesos metabólicos no se acumula en los lugares donde se produce, sino que se difunde en el medio acuoso y se disipa finalmente hacia el medio externo.

6.- El agua posee una elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de H mantienen a las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Gracias a esta propiedad algunos seres vivos utilizan el agua como esqueleto hidrostático.

7.- El agua posee una elevada fuerza de adhesión. Esta fuerza está también en relación con los puentes de H que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión, del llamado fenómeno de la capilaridad, es decir, el ascenso de agua a través de las paredes de un capilar (delgado tubo de vidrio).

Los seres vivos van renovando continuamente su contenido en agua, ingiriéndola con la alimentación y perdiéndola con la respiración como vapor y con la excreción (orina, sudor, etc.)

SALES MINERALES

En todos los seres vivos, animales y vegetales, se encuentran siempre determinadas cantidades de sales minerales. Se clasifican en función de su solubilidad en agua. Las sustancias salinas insolubles en agua forman estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén y que están muy extendidas en todos los seres vivos. Los Crustáceos y los Moluscos presentan caparazones de carbonato cálcico (CO3Ca) mientras que en la Diatomeas son de sílice (SiO2). El esqueleto interno de los Vertebrados presenta una parte mineral formada por la asociación de varios componentes minerales, sobre todo carbonato y fosfato cálcico [(PO4)2Ca3]. Además, el esmalte de los dientes presenta fluoruro cálcico (F2Ca).

En cuanto a las sales minerales solubles en agua, éstas se encuentran disociadas en sus iones correspondientes, que son los responsables de su actividad biológica. Los principales iones son:

Þ Cationes: Na+, K+, Mg2+, Ca2+ y amonio (NH4+).

Þ Aniones: Cl-, fosfatos (PO43-, PO4H2-, PO4H2-),

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