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1.3. Composición: bioelementos y biomoléculas

 

 

a) Los bioelementos

 

La composición química de la materia viva presenta una gran similitud en las moléculas más sencillas y, por supuesto, en los elementos químicos.

De los más de 100 elementos químicos conocidos, se han identificado más de 70 presentes en la materia viva (casi todos los elementos estables, excepto los gases nobles). Se les llama bioelementos o elementos biogénicos. De éstos, sólo 25 son esenciales para la vida.

La clasificación de los bioelementos queda como sigue:

 

a) Bioelementos mayoritarios (más del 98 % de la materia viva). Son 11:

 

*Bioelementos primarios (96 % del peso de los seres vivos). Estos 6 bioelementos son como los “ladrillos” de la materia viva, porque con ellos se construyen las biomoléculas:

carbono (C)

hidrógeno (H)

oxígeno (O)

nitrógeno (N)

fósforo (P)

azufre (S).

*Bioelementos secundarios:

 

sodio (Na)

potasio (K)

magnesio (Mg)

calcio Ca)

cloro (Cl)

 

b) Oligoelementos esenciales (presentes en proporciones inferiores al 0’1 %, por lo que se llaman oligoelementos o elementos vestigiales). A pesar de aparecer en muy pequeña proporción, son esenciales para la vida. Son 14: hierro (Fe), cobre (Cu), cinc (Zn), manganeso (Mn), iodo (I), flúor (F), boro (B), silicio (Si), vanadio (V), cromo (Cr), cobalto (Co), selenio (Se), molibdeno (Mo) y estaño (Sn). Algunos aparecen en casi todos los organismos, mientras que otros lo hacen en grupos concretos.

 

c) Oligoelementos no esenciales: el resto hasta completar la lista de 70 bioelementos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un estudio comparativo sobre la composición química elemental de la Tierra y de los seres vivos arroja los siguientes resultados (datos aproximados):

 

Elemento

Corteza terrestre (% át.)

Agua de mar(% át.)

Cuerpo humano (% át.)

 

H

C

N

O

P

S

Cl

Si

Al

Fe

 

0’88

0’09

-

49

0’12

0’05

0’19

25

7’5

4’7

 

63

-

-

33

-

-

1

-

-

-

 

63

9’5

1’4

25

1

0’05

0’19

-

-

-

 

Como podemos ver, las proporciones son semejantes entre el agua y el cuerpo humano (2/3 de nuestro cuerpo es agua). Pero las proporciones entre los elementos más abundantes de la Corteza terrestre y los del cuerpo humano no se corresponden.

 

 

¿Por qué esos son los elementos más apropiados para la materia viva?

-Los pm de C, O, H y N son bajos (C:12; O:16; H:1; N:14), y eso da mayor estabilidad al enlace covalente. Además se dan frecuentes casos de polaridad en las moléculas formadas por dichos elementos, lo cual facilita su solubilidad en agua.

 

El H y el O forman el H2O: "disolvente universal" imprescindible para la vida. Además, H y O intervienen directamente en procesos de óxido-reducción (metabolismo).

 

El C y el N tienen una gran afinidad tanto por el O como por el H. Por eso pasan con facilidad del estado oxidado (CO2, HNO3) al reducido (CH4, NH3).

 

El C presenta unas características atómicas y unas propiedades que explican su importancia dentro de la materia viva:

.La forma oxidada CO2 se encuentra en estado gaseoso en condiciones normales, mientras que SiO2 en sólido.

.El C presenta gran versatilidad en enlaces covalentes, mientras que el Si no forma dobles ni triples enlaces.

.Los híbridos sp, sp2 y sp3 constituyen la base de los esqueletos plásticos de la célula. El C permite formar largas cadenas que serán el esqueleto de las grandes biomoléculas.

 

El S y el P forman parte de ácidos nucléicos, proteínas y azúcares. El P da lugar a enlaces con elevado contenido energético, muy importantes en el metabolismo: ATP, etc. El P, además, modifica la actividad enzimática.

 

 

 

 

 

 

 

b) Enlaces químicos

 

Los enlaces químicos por los que se unen entre sí los bioelementos -y en general cualquier elemento químico- pueden ser:

 

*Enlace covalente: los átomos que se unen comparten electrones.

Ej.: CO2, H2O, NH3.

 

*Enlace iónico o salino: la unión se realiza por atracción electrostática entre iones de carga opuesta.

Ej.: NaCl, restos de aminoácidos.

 

*Puentes de H: por atracciones electrostáticas de menor intensidad en las que intervienen dipolos.

Ej: grupos ceto (C=O) y amino (-NH3+)

grupos ceto (C=O) y H2O ó alcoholes

grupos alcohol y H2O

 

*Fuerzas de Van der Waals o fuerzas de dispersión: muy débiles, debidas a la existencia de dipolos momentáneos en moléculas con enlaces covalentes.

*Interacciones hidrofóbicas (no son propiamente enlaces).

 

 

c) Biomoléculas o principios inmediatos

En la materia viva los bioelementos se combinan entre sí y dan lugar a compuestos químicos que denominamos principios inmediatos o biomoléculas. Éstos son los grupos de compuestos que pueden obtenerse de los seres vivos por procedimientos de extracción puramente físicos (filtración, decantación, destilación...)

Para su estudio, dividimos estos principios inmediatos en dos grupos:

 

*Principios inmediatos inorgánicos: son aquellos que pueden encontrarse también fuera de los seres vivos:

-agua

-sales minerales

 

*Principios inmediatos orgánicos: son exclusivos de los seres vivos:

-glúcidos

-lípidos

-proteínas

-ácidos nucléicos