Elementos químicos

Los bioelementos o elementos biogénicos son los elementos químicos, presentes en seres vivos. La materia viva está constituida por unos 70 elementos, la práctica totalidad de los elementos estables que hay en la Tierra, excepto los gases nobles.1 No obstante, alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células está constituida por cuatro elementos, carbono (C),hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), que son mucho más abundantes en la materia viva que en la corteza terrestre. Bioelementos primarios[editar]

Los bioelementos primarios son los elementos indispensables para formar las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos); constituyen el 98% de la materia viva seca. Son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre (C, H, O, N, P, S, respectivamente).

Carbono: tiene la capacidad de formar largas cadenas carbono-carbono (macromoléculas) mediante enlaces simples (-CH2-CH2) o dobles (-CH=CH-), así como estructuras cíclicas. Pueden incorporar una gran variedad de radicales (=O, -OH, -NH2, -SH, PO43-), lo que da lugar a una variedad enorme de moléculas distintas. Los enlaces que forma son lo suficientemente fuertes como para formar compuestos estables, y a la vez son susceptibles de romperse sin excesiva dificultad. Por esto, la vida está constituida por carbono y no por silicio, un átomo con la configuración electrónica de su capa de valencia igual a la del carbono. El hecho es que las cadenas silicio-silicio no son estables y las cadenas de silicio y oxígeno son prácticamente inalterables, y mientras el dióxido de carbono, CO2, es un gas soluble en agua, su equivalente en el silicio, SiO2, es un cristal sólido, muy duro e insoluble (cuarzo).

Hidrógeno: además de ser uno de los componentes de la molécula de agua, indispensable para la vida y muy abundante en los seres vivos, forma parte de los esqueletos de carbono de las moléculas orgánicas. Puede enlazarse con cualquier bioelemento.

Ácido oleico, una cadena de 18 átomos de carbono (bolas negras); las bolas blancas son átomos de hidrógeno y las rojas àtomos de oxígeno.

Oxígeno: es un elemento muy electronegativo que permite la obtención de energía mediante la respiración aeróbica. Además, forma enlaces polares con el hidrógeno, dando lugar a radicales polares solubles en agua (-OH, -CHO, -COOH).

Nitrógeno: principalmente como grupo amino (-NH2) presente en las proteínas ya que forma parte de todos los aminoácidos. También se halla en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos. Prácticamente todo el nitrógeno es incorporado al mundo vivo como ion nitrato, por lasplantas. El gas nitrógeno solo es aprovechado por algunas bacterias del suelo y algunas cianobacterias.

Fósforo. Se halla principalmente como grupo fosfato (PO43-) formando parte de los nucleótidos. Forma enlaces ricos en energía que permiten su fácil intercambio (ATP).

Azufre. Se encuentra sobre todo como radical sulfhidrilo (-SH) formando parte de muchas proteínas, donde crean enlaces disulfuro esenciales para la estabilidad de la estructura terciaria y cuaternaria. También se halla en el coenzima A, esencial para diversas rutas metabólicasuniversales, como el ciclo de Krebs.

Bioelementos secundarios

Los bioelementos secundarios se clasifican en dos grupos: los indispensables y los variables.

Bioelementos secundarios indispensables. Están presentes en todos los seres vivos. Los más abundantes son el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio. Los iones sodio, potasio y cloruro intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad del medio interno y en el equilibrio de cargas a ambos lados de la membrana. Los iones sodio y potasio son fundamentales en la transmisión del impulso nervioso; el calcio en forma de carbonato da lugar a caparazones de moluscos y al esqueleto de muchos animales. El ion calcio actúa en muchas reacciones, como los mecanismos de la contracción muscular, la permeabilidad de las membranas, etc. El magnesio es un componente de la clorofila y de muchas enzimas. Interviene en la síntesis y la degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su estabilización, etc.

Calcio (Ca)

Sodio (Na)

Potasio (K)

Magnesio (Mg)

Cloro (Cl)

Hierro (Fe)

Yodo (I)

Bioelementos secundarios variables. Están presentes en algunos seres vivos.

Boro (B)

Bromo (Br)

Cobre (Cu)

Flúor (F)

Manganeso (Mn)

Silicio (Si)

los oligoelementos1 son bioelementos presentes en pequeñas cantidades (menos de un 0,05%) en los seres vivos y tanto su ausencia como su exceso puede ser perjudicial para el organismo, llegando a ser hepatotóxicos. Además de los cuatro elementos de los que se compone mayoritariamente la vida (oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno), existe una gran variedad de elementos químicos esenciales. Las plantas los absorben de los minerales disueltos en el suelo, y de ahí pasan a los heterótrofos. Se sabe que existen grandes organismos que consumen suelo (geofagia) y visitan yacimientos minerales, de sal, por ejemplo, para conseguir los oligoelementos necesarios en su dieta. 2.1 Cobalto

Cobre, Cromo, Flúor, Hierro, Manganeso ,Molibdeno Níquel, Seleniuro, Silicio, Yodo, Zinc

16. BIOMOLECULAS Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas reciben el nombre de Biomoléculas o Principios Inmediatos . Las biomoléculas se clasifican atendiendo a su composición . • Inorgánicas : No están formadas por cadenas de carbono. Monómeros • Orgánicas: Si están formadas por cadenas de carbono. Polímeros

BIOMOLECULAS ORGÁNICAS Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono . Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre. Las biomoléculas orgánicas pueden agruparse en cuatro grandes tipos: • Glúcidos • Lípidos • Proteínas • Ácidos Nucleicos

19. PROTEÍNAS Las proteínas son los materiales que desempeñan un mayor numero de funciones en las células de todos los seres vivos. También son los elementos que definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de organismos extraños en el sistema inmunitario. Son macromoléculas orgánicas , constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (I), etc...

20. LÍPIDOS Los lípidos, son un grupo de compuestos químicamente diversos, solubles en solventes orgánicos y casi insolubles en agua. La mayoría de los organismos, los utilizan como reservorios de moléculas fácilmente utilizables para producir energía (aceites y grasas). Los fosfolípidos y esteroles constituyen alrededor de la mitad de la masa de las membranas biológicas. Entre los lípidos también se encuentran cofactores de enzimas , acarreadores de electrones, pigmentos que absorben luz , agentes emulsificantes , algunas vitaminas y hormonas , mensajeros intracelulares y todos los componentes no proteicos de las membranas celulares.

23. BIOMOLECULAS INORGANICAS Son pequeñas moléculas comunes a los seres vivos y a los que no lo son. Son básicamente el agua y las sales minerales . agua : es la molécula más abundante en los seres vivos (70%)en ella se llevan a cabo la mayoría de las reacciones químicas del organismo. Las sales minerales : tienen un gran número de funciones e intervienen en numerosas reacciones como catalizadores. Algunas tienen función estructural , formando parte de caparazones y huesos.

El agua y sales minerales

El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en su forma gaseosa denominada vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre.Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos de 3 formas : 1. Precipitadas , formando estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética. Por ejemplo, el carbonato cálcico en las conchas de los moluscos), el fosfato cálcico y el carbonato cálcico que, depositados sobre el colágeno, constituyen los huesos, el cuarzo (SiO 2 ) en los exoesqueletos de las diatomeas y en las gramíneas, etc.

El agua y el ph

LAS MOLÉCULAS DE AGUA FORMAN PUENTES DE HIDROGENO Estabilizan proteínas y ácidos nucleicos

ENLACE DE HIRÓGENO Confieren una estructura macromolecular

14. Estructura macromolecular

5. FUERZAS NO COVALENTES ESTABILIZAN LAS BIOMOLÉCULAS Interacciones electrostáticas, hidrófobas y fuerzas de van der Vaals

16. EL AGUA UN NUCLEÓFILO EXCELENTE La ruptura y formación de enlaces covalentes involucra a nucleófilos abundantes en electrones. Puede presentar carga eléctrica neutra o negativa formal. Hidrólisis, fosforólisis. Biosíntesis de macromoléculas.

17. pH Es el logaritmo negativo de la concentración de ión hidrógeno. pH = - Log [ H+ ]

20. SOLUCIONES AMORTIGUADORAS Son sustancias que se resisten al cambio del pH. Los grupos funcionales que son ácidos débiles tienen gran importancia fisiológica, por que forman soluciones amortiguadoras.

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