BIOELEMENTOS
ELEMENTOS PRIMARIOS O ELEMENTOS BIOGENESICOS. (C,H,O,N,S,P) Estructura de la materia viva. Toda la materia viva está compuesta de elementos primarios como (C,H,O,N,S,P) que son imprescindibles para formar las principales moléculas biológicas como son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleídos. ELEMENTOS BIOGENESICOS PRIMARIOS: son básicos para la vida y ayudan a la formación de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleídos y estos son: Carbono, Hidrogeno, Oxigeno, Nitrógeno, Azufre Y Fosforo. Carbono: El grafito se lo encuentra libre en la naturaleza en 2 formas a demás forma parte del compuesto inorgánico CO2, C6H12O6 en un 20%. Hidrogeno: es un gas incoloro inodoro e insípido es más que el aire en un 10%. Oxigeno: gas impar que sirve para la mayoría de los seres vivos por que ayuda a su respiración se encuentra en el aire un 65% Nitrógeno: componente esencial de los ácidos nucleídos por participar en el contenido del ADN forma el 3% de las sustancias fundamentales en la materia viva. Azufre: se encuentra en forma natural en regiones volcánicas 0.02%. Fosforo: desempeña un papel esencial en la transferencia de energía como lo es en el metabolismo la formación muscular en un 0.01%.
Elemento
Función en el cuerpo
(C) Carbono
Tiene la capacidad de formar cadenas carbono-carbono mediante enlaces simples o dobles así como estructuras cíclicas. Todas las biomoleculas se basan en los átomos de carbono para formar su estructura.
(H) Hidrogeno.
Es uno de los componentes del agua, forma parte de los esqueletos de carbono de las moléculas orgánicas, puede enlazarse con cualquier bioelemento.
(O) Oxigeno. Es un elemento muy electronegativo que permite la obtención de energía mediante la respiración aeróbica además forma enlaces con el hidrogeno, dando lugar a radicales polares en agua (N) Nitrógeno.
Se encuentra principalmente como grupo amino presente en las proteínas ya que forma parte de todos los aminoácidos. Prácticamente todo el nitrógeno es incorporado al mundo vivo como Ion nitrato, por las plantas.
(P) Fósforo.
Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucleicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares, forma sales minerales abundantes en los seres vivos
(S) Azufre.
Se encuentra sobre todo como radical sulfhídrico 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.
BIOELEMENTOS SECUNDARIOS A aquellos los cuales los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%. Se les llama así porque Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación y eliminación. Se clasifican en dos grupos: los indispensables y los variables.
Bioelementos secundarios indispensables.
Están presentes en todos los seres vivos. Calcio (Ca), sodio (Na), Potasio (K), Magnesio (Mg), Cloro (Cl).
Bioelementos secundarios variables.
Están presentes en algunos seres vivos. Entre los cuales se encuentran el Bromo (Br), Titanio (Ti), Vanadio (V), Plomo (Pb).
Oligoelementos.
Están presentes en todos los seres vivos. Hierro (Fe), Cobre (Cu), Manganeso (Mn), Yodo (I), Flúor (F), Cobalto (Co), Silicio (Si), Cromo (Cr), Zinc (Zn), Liticio (Li), Selenio (Se), Molibdeno (Mo). Elemento (Ca) Calcio
Función en el cuerpo Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y trasmisión del impulso nervioso.
(Na) Sodio
Catión abundante en el medio extracelular, necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
(K) Potasio
Catión más abundante en el interior de las células, necesario para la conducción nerviosa y contracción muscular.
(Cl) Cloro
Anión más frecuente, necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial.
(Mg) Magnesio
Anión más frecuente, necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial.
(Fe) Hierro
Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas formando parte de citocromo que intervienen en la respiración celular y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxigeno
(Mn) Manganeso
Está presente en distintas enzimas destacando el superóxido dismutasa de manganeso que cataliza la dismutación de superóxidos.
(Cr) Cromo
Potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células.
(Co) Cobalto
Forma parte de la vitamina B12 necesaria para la síntesis de hemoglobina.
(F) Flúor
Se acumula en huesos y dientes dándoles mayor resistencia.
(Cu) Cobre
Estimula el sistema inmunitario.
(Mo) Molibdeno
Transfiere átomos de oxígeno al agua.
(I) Yodo
La glándula tiroides fabrica las hormonas tiroxina y triiodotironina que contienen yodo.
(Se) Selenio
Es un catalizador adecuado para la oxidación, hidrogenación y deshidrogenación de compuestos orgánicos.
(Si) Silicio
Interviene en el crecimiento de los huesos en la formación de los cartílagos.
(Zn) Zinc
Interviene en el metabolismos de proteínas estimula la actividad de aproximadamente de 100 enzimas colabora en el buen funcionamiento de del sistema inmunitario, es necesario para la cicatrización de las heridas, interviene en las percepciones del gusto y el olfato y en la síntesis del ADN Actúa sobre los neurotransmisores y la permeabilidad celular.
(Li) Liticio
Bioelementos Variables Elemento Bromo
Titanio
Función en el cuerpo Es útil para tratamientos en contra de las epilepsias y en sedantes.
Forma y nutre a las bacterias marinas conocidas como plancton, que alimenta a diversas especies. El estudio de la presencia del titanio en los seres vivos nos sienta bases para descifrar los contenidos de las células. Muchos organelos tienen en pocas cantidades el titanio por eso cuando mueren existe presencia de óxido de titanio, ya que el titanio restante se mezcló con el agua del organismo, se encuentra en pocas cantidades.
Vanadio
El vanadio puede mejorar el metabolismo de carbohidratos y lípidos en la sangre, además de ser un elemento con la habilidad natural de reducir los niveles de azúcar en la sangre Es uno de los metales que contribuye a la fortificación de ciertos órganos o estructuras óseas tenemos como exceso de plomo en las personas el ennegrecimiento de encías por ejemplo la biología estudia el rango en que este elemento puede estar en las personas.
Plomo
Biomoléculas Los elementos biogénicos se unen por enlaces químicos para formar las moléculas constituyentes de los organismos vivos, que se denominan biomoléculas o principios inmediatos. Mediante la filtración, la destilación, la centrifugación y la decantación se separan las biomoléculas de un ser vivo.
Biomoléculas: Inorgánicas: Agua Sales minerales Orgánicas: Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos o nucleótidos
El agua. Es la sustancia química más abundante en la materia viva. El agua se encuentra en la materia viva en tres formas: Agua circulante (sangre, savia) Agua intersticial (entre las células, tejido conjuntivo) Agua intracelular (citosol e interior de los orgánulos celulares) La cantidad de agua presente en los seres vivos depende de tres factores: Especie: los organismos acuáticos contienen un porcentaje muy elevado de agua mientras que las especies que viven en zonas desérticas tienen un porcentaje muy bajo. Edad del individuo: las estructuras biológicas de los organismos jóvenes presentan una proporción de agua mayor que las de los individuos de más edad. Tipo de tejido u órgano: dado que las reacciones biológicas se llevan a cabo en un medio acuoso, los tejidos con una gran actividad bioquímica contienen una proporción de agua mayor que los más pasivos. Estructura química del agua La molécula de agua está formada por la unión de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno mediante enlaces covalentes (cada átomo de H de una molécula comparte un par de electrones con el átomo de O). La electronegatividad del O es mayor que la del H por lo que los electrones compartidos se desplazan hacia el átomo de O. El O posee cuatro electrones más sin compartir, lo que tiene dos consecuencias: La geometría triangular de la molécula. La presencia de una carga negativa débil en la zona donde se sitúan los electrones no compartidos. Esto último junto con la menor electronegatividad de los átomos de H, crea una asimetría eléctrica en la molécula de agua que provoca la aparición de cargas eléctricas parciales opuestas ( ), de manera que la zona de los electrones no
compartidos del O es negativa y la zona donde se sitúan los H es positiva. Por eso, la molécula de agua tiene carácter dipolar. Esta polaridad favorece la interacción entre las moléculas de agua (la zona con carga eléctrica parcial negativa de una de ellas es atraída por la zona con carga parcial positiva de otra), estableciéndose entre ambas un puente de hidrógeno. Estos puentes de hidrógeno se dan entre el H y átomos electronegativos (O y N). Son enlaces más débiles que los covalentes, se forman y se rompen constantemente (en el agua líquida cada enlace dura 10-11 seg.). Presentan una gran cohesión molecular y una gran estabilidad molecular. Propiedades y funciones del agua Poder disolvente. Debido a la polaridad de su molécula, el agua se puede interponer entre los iones de las redes cristalinas de los compuestos iónicos. Puede formar puentes de hidrógeno con otras moléculas no iónicas. Una forma de medir la capacidad de una sustancia para disolver compuestos iónicos consiste en calcular el valor de su constante dieléctrica. Esto da lugar a un proceso de disolución en el que la molécula de agua se dispone alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblarlos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Esto se denomina solvatación iónica. Debido a la existencia de puentes de hidrógeno. Estado líquido del agua a temperatura ambiente. Gracias a esto el agua actúa como medio de transporte de las sustancias, como función de amortiguación mecánica y como líquido lubricante. Líquido incompresible. Esta propiedad controla las deformaciones citoplasmáticas y permite que el agua actúe como esqueleto hidrostático en las células vegetales. Capilaridad o fuerzas de adhesión. Es la capacidad de unirse a moléculas de otras sustancias. Esto permite que el agua ascienda por conductos estrechos (acción capilar) y la penetración en algunas sustancias como las semillas (imbibición). Elevada tensión superficial.
Esto quiere decir que la superficie ofrece resistencia a romperse y actúa como una membrana elástica. Elevado calor específico. Cuando se aplica calor al agua, parte de la energía comunicada se emplea en romper los puentes de hidrógeno. El agua tiene una función termorreguladora, es decir, mantiene estable la temperatura corporal. Elevado calor de vaporización. Para pasar del estado líquido al gaseoso es necesario que los puentes de hidrógeno se rompan. La extensión de una película de agua sobre una superficie biológica provoca su refrigeración, ya que al evaporarse tomando energía térmica del medio provoca el enfriamiento del conjunto. Densidad. El agua alcanza un volumen mínimo y la máxima densidad a los 4ºC. Cuando el hielo tiene una temperatura de 0ºC se forma un retículo molecular muy estable que tiene mayor volumen que el agua líquida, por lo que el hielo es menos denso que el agua líquida a una temperatura menor de 4ºC y flota sobre ella. Esto produce un aislamiento térmico que permite la vida acuática. Ionización del agua. Algunas moléculas de agua sufren un proceso de ionización cuando un átomo de H de una de ellas se une, mediante un enlace covalente, al átomo de O de otra molécula: (H2O + H2O ! H3O+ (ión hidronio) + OH- (ión hidróxido)). La concentración de moléculas ionizadas en el agua pura es muy baja: a 25ºC es de 10-14 mol/l, y, por tanto, H3O+ = OH- = 10-7 ( Neutralidad). Sales minerales. Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas: Precipitadas estructuras sólidas):
(constituyen
Silicatos: caparazones de algunos organismos (diatomeas), espículas de algunas esponjas y
estructura de sostén en algunos vegetales (gramíneas). Carbonato cálcico: caparazones de algunos protozoos marinos, esqueleto externo de corales, moluscos y artrópodos, y estructuras duras (espinas de erizos de mar, dientes y huesos). Fosfato cálcico: esqueleto de vertebrados. Disueltas (dan lugar a aniones y cationes): Éstas intervienen en la regulación de la actividad enzimática y biológica, de la presión osmótica y del pH en los medios biológicos; generan potenciales eléctricos y mantienen la salinidad. Asociadas a moléculas orgánicas (fosfoproteínas, fosfolípidos y agar-agar). Funciones de las sales minerales Constitución de estructuras de sostén y protección duras. Funciones fisiológica y bioquímica. Sistemas tampón. Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas. Los procesos biológicos dependientes de la concentración de soluto en agua se denominan osmóticos y tienen lugar cuando dos disoluciones de diferente concentración separadas por una membrana semipermeable que no deja pasar el soluto pero sí el disolvente. Se observa el paso del disolvente desde la disolución más diluida (hipotónica) hacia la más concentrada (hipertónica) a través de la membrana. Cuando el agua pasa a la disolución hipertónica, ésta se diluye, mientras que la disolución hipotónica se concentra al perderla. El proceso continúa hasta que ambas igualan su concentración, es decir, se hacen isotónicas. Para evitar el paso de agua sería necesario aplicar una presión (presión osmótica). Turgencia: si la concentración del medio intracelular es mayor que la extracelular, la entrada excesiva de agua producirá un hinchamiento. Plasmólisis: si la concentración del medio intracelular es menor que la extracelular, la célula pierde agua y disminuye de volumen. Estos dos procesos pueden producir la muerte celular. Mantenimiento del pH en estructuras y medios biológicos.
Biomoléculas Orgánicas
Todas las biomoléculas orgánicas son compuestos de carbono. Los enlaces químicos fundamentales se realizan entre átomos de carbono o entre estos y átomos de hidrógeno formando una estructura base hidrocarbonada.
Además, los átomos de carbono son capaces de unirse con cierta facilidad al oxígeno, nitrógeno , azufre y fósforo, lo que produce el aumento de la complejidad de las moléculas y la aparición de grupos funcionales, que son grupos de átomos que confieren propiedades físicoquimicas concretas y específicas a las moléculas hidrocarbonadas que las presentan. Los grupos funcionales más importantes son los siguientes: carboxilo, carbonilo, hidroxilo, éster y amino. Estos grupos funcionales sirven para clasificar a las biomoléculas orgánicas en alcoholes, cetonas, aminas, ácidos etc.
GLÚCIDOS Son moléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son las principales moléculas de reserva energética que se localizan en casi todos los seres vivos, aunque ésta no es su única función, ya que algunos presentan función estructural. Son moléculas muy diversas que se forman de la unión de moléculas más pequeñas llamadas azúcares o monosacáridos. Hay tres tipos principales de glúcidos que se clasifican según el número de unidades de azúcares que constituyen la molécula. Así podemos distinguir tres grupos:
Monosacáridos. Disacáridos. Polisacáridos.
MONOSACÁRIDOS
Son los azúcares más sencillos formados por una unidad de azúcar. La proporción carbono, hidrógeno y oxígeno es 1:2:1, y su fórmula química general es CnH2nOn, siendo n un número de átomos de carbono superior a 3 e inferior a 8. Se les ha denominado clásicamente como hidratos de carbono. Se nombran mediante el sufijo "-osa" y un prefijo que indica el número de átomos de carbono de la molécula (tri, tetra, penta, hexa, etc.). Así un monosacarido de 6 átomos de carbono es una hexosa. Son solubles en agua y su función biológica está relacionada con la obtención de energía, pues son la principal fuente de energía en los organismos. Los monosacáridos son la unidad estructural de los disacáridos y de los polisacáridos, pudiendo combinarse de formas muy variadas dando lugar a una enorme diversidad de moléculas. Entre los monosacáridos más importantes distinguimos: Tetrosa (Treosa)
Pentosa (Ribosa)
Hexosa (Manosa) (Glucosa)
Glucosa
Es una hexosa que es la fuente principal de energía de todos los seres vivos.
Fructosa
Es una hexosa común en las células vegetales. Abunda en muchos frutos.
Ribosa y su desoxirribosa
derivado Son pentosas que forman parte de los ácidos nucleicos ARN y ADN respectivamente.
DISACÁRIDOS
Son glúcidos que se originan de la unión de dos moléculas de monosacárido iguales o distintos. En el proceso de formación se libera una molécula de agua y se forma un enlace O-glicosídico. Son moléculas solubles en agua, aunque su solubilidad es algo menor que la de los monosacáridos. Los disacáridos suelen ser moléculas de reserva energética que se utilizan cuando se necesita un aporte rápido de energía. Los más importantes son:
Lactosa. Es el azúcar de la leche. Está formado por glucosa y galactosa. Celobiosa Es un azúcar doble (disacárido) formado por dos glucosas unidas por los grupos hidroxilo del carbono. La celobiosa aparece en la
hidrólisis de la celulosa. Su fórmula es C12H22O11. Se caracteriza por ser reductor. Isomaltosa Es un azúcar doble (disacárido) formado por dos glucosas unidas por los grupos hidroxilo del carbono 1 en posición alfa de una glucosa y del carbono 6 de la otra glucosa. La isomaltosa aparece en los granos de cebada germinada. Se puede obtener mediante la hidrólisis del almidón y glucógeno. Su fórmula es C12H22O11 Sacarosa. Es el azúcar de mesa obtenido de la remolacha y de la caña de azúcar. Está formado por glucosa y fructosa. También es abundante en la miel. Maltosa. Se obtiene de la hidrolisis del almidón del trigo y cebada. Está formado por dos unidades de glucosa.
POLISACÁRIDOS
Son los glúcidos más complejos de todos. Estan constituidos por la unión de más de 100 monosacáridos por enlaces glucosídicos. Forman macromoléculas enormes. Al igual que los disacáridos se nombran por su nombre común. Son moléculas muy poco solubles en agua o incluso insolubles debido a su enorme tamaño. Sus funciones principales son servir de reserva energética (almidón y glucógeno) y la formación de estructuras celulares fundamentales para algunos seres vivos como los vegetales. Los más importantes son:
Almidón. Es el polisacárido de reserva en las células vegetales. Se almacena en tubérculos y semillas principalmente. Quitina. es un polisacárido compuesto de unidades de Nacetilglucosamina. Es usada como agente floculante para tratamiento de agua, como agente para curar heridas, como espesante y estabilizador en alimentos y medicamentos, como resina de intercambio iónico. Es altamente insoluble en agua y en solventes orgánicos debido a los enlaces de hidrógeno que presenta la molécula. La quitina se vuelve soluble en ácidos inorgánicos diluidos cuando pierde el acetilo del grupo acetilamino, convirtiéndose en quitosana. Glucógeno. Es el polisacárido de reserva en las células animales y de los hongos. Celulosa. Es un polisacarido estructural que forma la pared celular de las células vegetales.
LÍPIDOS
Son biomoléculas insolubles en agua y otros disolventes polares, que poseen brillo y tacto untuoso. Desde el punto de vista de la estructura química es un grupo muy heterogéneo y diverso. Debido a este hecho presentan múltiples funciones:
Reserva energética. Estructural. Reguladora.
Se pueden clasificar en:
Acilglicéridos. Son moléculas que estructuralmente poseen ácidos grasos y glicerina, que se unen por una reacción de esterificación. Son moléculas mucho más energéticas que los azúcares que forman los aceites y sebos o mantecas. Su función es la de reserva energética a largo plazo. Los más importantes son los triglicéridos que resultan de la unión de tres ácidos grasos con la glicerina.