BASES QUIMICAS DE LA VIDA

BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGENÉSICOS.

La materia viva está formada por una serie de componentes químicos que

también están presentes en los materiales inertes de la Tierra, pero en una

proporción muy distinta. Los elementos químicos que forman parte de la

vida se llaman bioelementos. Éstos, a su vez, forman las biomoléculas o

principios inmediatos, que son las unidades químicas de la vida y que

pueden ser inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos,

lípidos, proteínas y aminoácidos). Estos ladrillos estructurales son idénticos

en todos los organismos, una prueba más de la teoría de la evolución y de

un origen común para todos los seres vivos.

La base química de la vida

Componentes orgánicos e inorgánicos

Bioelementos

Son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Hay unos

70, pero sólo unos 25 son relativamente abundantes y comunes a todos

ellos. Según su abundancia se clasifican en:

Bioelementos mayoritarios: Son 11 bioelementos que constituyen casi el

99% del peso de la materia viva, se encuentran en todos los seres vivos y se

dividen en categorías:

Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S, que forman más del 96% de la

materia viva, siendo indispensables para la formación de las biomoléculas

orgánicas.

Bioelementos secundarios: Mg (enzimas, clorofila), Ca (contracción

muscular, coagulación, sales en huesos), K, Na y Cl (transmisión del impulso

nervioso). Constituyen menos del 3% de la materia viva y desempeñan

funciones vitales en fisiología celular.

Oligoelementos: Se encuentran en cantidades inferiores al 0.1% y cumplen

diferentes funciones celulares. Hay 2 grupos:

Oligoelementos esenciales: 14 elementos que realizan funciones

imprescindibles, por lo que su ausencia puede causar graves trastornos

conocidos como enfermedades carenciales.

Pero también su acumulación por encima de las cantidades requeridas

suele provocar intoxicaciones. Son: Fe (hemoglobina), Mn (fotolisis del

agua), Cu, Zn, F (sales en huesos y dientes), I (hormonas tiroideas), B, Si, V,

Cr (regulación de la glucosa en sangre), Co (vitamina B12), Se, Mo (enzimas

vegetales), Sn.

Oligoelementos no esenciales: Todos los demás bioelementos de la materia

viva, que pueden faltar en algunos organismos.

Razones de la abundancia de los bioelementos primarios C, H, O, N, P, S

son los más adecuados para formar parte de los seres vivos por las

siguientes razones:

Todos tienen pesos atómicos bajos y pueden compartir pares de electrones

formando enlaces covalentes de gran estabilidad.

El C tiene 4 valencias libres en su última capa (orbital sp3), distribuidas

espacialmente (configuración tetraédrica), lo que le permite formar enlaces

covalentes simples, dobles o triples y cadenas lineales, ramificadas o

circulares, con cierta estabilidad aunque pudiendo romperse sin demasiada

dificultad si el metabolismo lo requiere.

O y N son elementos muy electronegativos que forman enlaces covalentes

con otros elementos dando moléculas dipolares, que se disuelven bien en

agua y pueden reaccionar entre sí, permitiendo procesos biológicos.

El O, al ser muy electronegativo, tiende a oxidar a otros átomos, liberando

gran cantidad de energía, necesaria para la vida.

El C y N presentan la misma afinidad para unirse tanto al O como al H, es

decir, pasan con facilidad del estado oxidado al reducido y viceversa, base

de muchas reacciones metabólicas.

Biomoléculas

Los bioelementos se combinan entre sí para formar las biomoléculas,

sustancias más simples en que se puede descomponer la materia viva sin

que se alteren sus propiedades. Se pueden dividir en:

Simples: formadas por la unión de átomos del mismo elemento (O2).

Compuestas: formadas por la unión de átomos diferentes. A su vez, pueden

dividirse en:

Orgánicas, constituidas por polímeros de C (glúcidos, lípidos, proteínas y

ácidos nucleicos). Aparecen únicamente en los seres vivos.

Inorgánicas, no constituidas por polímeros de C (agua y sales minerales).

Aparecen tanto en la materia orgánica como en la inerte.

BIO = vida

GÉNESIS = origen

A los cuales se los puede dividir en:

PRIMARIOS

Son básicos para la vida forman moléculas como: glúcidos – proteínas –

carbohidratos – ácidos nucleicos y son el C-H-O-N-S-P

Carbono: Se encuentra libre en la naturaleza en 2 formas alotrópicas

cristalinos bien definidas (diamante y grafito) además forman parte de

compuestos inorgánicos, y orgánicos como la glucosa C6H12O6 el carbono es

el 20%.

Inorgánicos: CO2

Orgánicos:

Alcanos: pentano: CH3- CH2- CH2- CH2- CH3

Alquenos: penteno: CH2=- CH- CH2- CH2- CH3

Alquinos: pentino: CH = C- CH2- CH2- CH3

Hidrogeno: es un gas incoloro e insípido, es más ligero que el aire

químicamente es muy activo, es indispensable: forma parte del H2O, forma

hidrocarburos, es un gas libre, forman el HCl (ácido cloridico), lípidos-

grasas.

Oxigeno: es un gas muy importante para la respiración la mayoría de los

seres vivos se encuentran en una proporción de 65% de las sustancias

fundamentales de todo ser vivo., oxidaciones, digestión, compuestos

orgánicos, incoloro, inodoro, insípido y condensación.

Nitrógeno: forma el 3% de las sustancias fundamentales en la materia viva

es el componente esencial de los aminoácidos y los ácidos nucleicos es

decir participan en la composición del ADN, gas libre en la naturaleza,

nitritos, nitratos, vegetales, proteínas, bases nitrogenadas, bacterias

nitrificantes.

Azufre: -1% se encuentra en forma nativa en regiones volcánicas

Elemento química esencial para todos los organismos necesarios para

muchos aminoácidos y por lo tanto también para las proteínas. Es un no

metal, insípido, sulfuros y sulfatos.

Fósforo: forma la base de un gran número de compuestos de los cuales los

más importantes son los fosfatos en toda la forma de vida estos

desempeñan y papel esencial, procesos de energía: metabolismo,

fotosíntesis, acción nerviosa, acción muscular.

SECUNDARIOS U OLIGOELEMENTOS

Son aquellos cuya concentración en la célula es entre 0.05 y 1% se dividen

en:

Indispensables

Variables

Oligoelementos

Indispensables: no pueden faltar en la vida celular y son los siguientes

Sodio: necesario para la concentración celular.

El sodio está presente en pequeñas cantidades en la mayoría de los

productos naturales, además abunda en las comidas preparadas y en los

alimentos salados. Está también presente en el fluido extracelular donde

tiene un papel regulador. El exceso de sodio produce edema, que consiste

una súper acumulación de fluido extracelular. En la actualidad, existen

pruebas de que el exceso de sal en la dieta contribuye a elevar la presión

arterial.

Potasio: necesario para la conducción nerviosa.

Es el mineral que se encuentra en mayor cantidad del cuerpo humano

después del calcio y del fósforo; siempre aparece asociado con el sodio.

Este macromineral mantiene la presión normal en interior y el exterior de las

células, regula el balance de agua en el organismo, disminuye los efectos

negativos del exceso de sodio y participa en el mecanismo de contracción y

relajación de los músculos (sobre todo en los pacientes cardíacos). El

consumo excesivo de café, té, alcohol y o azúcar aumenta la pérdida de

potasio a través de la orina.

Cloro: necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido

intersticial.

El cloro juega un papel específico en el transporte de oxígeno y dióxido de

carbono en la sangre, así como el mantenimiento del PH del jugo digestivo.

Además, facilita la eliminación de toxinas por el hígado.

Fuentes de Cloro: Sal común, algas, aceitunas, agua del grifo (depende del

agua en su ciudad), etc.

Calcio: participa en la contracción del musculo, en la coagulación de la

sangre, en la permeabilidad de la membrana y en el desarrollo de los huesos.

El calcio es necesario para desarrollar los huesos y conservar su rigidez.

También participa en la formación de citoesqueleto y las membranas

celulares, así como en la regulación de la excitabilidad nerviosa y en la

contracción muscular. Un 90% del calcio se almacena en los huesos, donde

puede ser reabsorbido por la sangre y los tejidos. La leche y sus derivados

son las principales fuentes de calcio.

Magnesio: forma parte de muchas enzimas y de la clorofila interviene y

degradación del ATP replicación del ADN síntesis del ARN , etc.

Está presente en la mayoría de los alimentos. Es esencial para el

metabolismo humano y muy importante para mantener el potencial eléctrico

de las células nerviosas y musculares. La deficiencia de magnesio entre los

grupos que padecen malnutrición, en especial los alcohólicos, producen

temblores y convulsiones.

Variables

Estos elementos pueden faltar en algunos organismos y son el bromo-

titanio-vanadio – plomo

Oligoelementos

Intervienen en cantidades muy pequeñas pero cumplen funciones esenciales

en los seres vivos los principales son hierro – cobre-Zinc – cobalto – etc.

Hierro: sintetiza la hemoglobina de la sangre y la mioglobina del musculo

Aunque solo existe en pequeñas cantidades en los seres vivos, el hierro ha

asumido un papel vital en el crecimiento y en la supervivencia de los mismos

y es necesario no sólo para lograr una adecuada oxigenación tisular sino

también para el metabolismo de la mayor parte de las células.

En la actualidad con un incremento en el oxígeno atmosférico el hierro se

encuentra en el medio ambiente casi exclusivamente en forma oxidada (ó

ferrica Fe3+) y en esta forma es poco utilizable.

En los adultos sanos el hierro corporal total es de unos 2 a 4 gramos ( 2,5

gramos en 71 kg de peso en la mujer ó 35 mg/kg) (a 4 gramos en 80kg o 50

mg/kg en los varones). Se encuentra distribuido en dos formas:

70% como hierro funcional (2,8 de 4 gramos):

Eritrocitos (65%).

Tisular: mioglobinas (4%).

Enzimas dependientes del hierro (hem y no hem): 1%

Estas son enzimas esenciales para la función de las mitocondrias y que

controlan la oxidación intracelular (citocromos, oxidasas del citrocromo,

catalasas, peroxidasas).

Transferrina (0,1%), la cual se encuentra normalmente saturada en 1/3 con

hierro.

La mayor atención con relación a este tipo de hierro se ha enfocado hacia el

eritrón, ya que su estatus de hierro puede ser fácilmente medible y

constituye la principal fracción del hierro corporal.

30% como hierro de depósito (1 g):

Ferritina (2/3): Principal forma de depósito del hierro en los tejidos.

Hemosiderina (1/3).

Hemoglobina: Transporta el oxígeno a las células.

Transferrina: Transporta el hierro a través del plasma.

Estudios recientes de disponibilidad del hierro de los alimentos han

demostrado que el hierro del hem es bien absorbido, pero el hierro no hem

se absorbe en general muy pobremente y este último, es el hierro que

predomina en la dieta de gran cantidad de gente en el mundo.[cita requerida]

Hem: Como hemoglobina y mioglobina, presente principalmente en la carne

y derivados.

No hem.

Zinc: abundan en el cerebro y páncreas donde se asocia a la acción de la

insulina que regula a la glucosa

El cinc es un elemento químico esencial para los seres humanos y ciertos

animales. El cuerpo humano contiene alrededor de 40 mg de cinc por kg y

muchas enzimas funcionan con su concurso: interviene en

el metabolismo de proteínas y ácidos nucleicos, estimula la actividad de

aproximadamente 100 enzimas, colabora en el buen funcionamiento

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.

El metal se encuentra en la insulina, las proteínas dedo de cinc (zinc finger) y

diversas enzimas como la superóxido dismutasa.

Hay 2-4 gramos de cinc5 distribuidos en todo el cuerpo humano. La mayoría

del cinc se encuentra en el cerebro, los músculos, los huesos, el riñón y el

hígado, con las concentraciones más altas en la próstata y las partes del

ojo.6 El semen es particularmente rico en cinc, siendo un factor clave en la

correcta función de la glándula prostática y en el crecimiento de los órganos

reproductivos.7

El cinc aumenta la testosterona en sangre indirectamente, funcionando

como coenzima en el metabolismo de las hormonas masculinas por medio

de su formación a través de lahormona luteinizante (LH), que estimula

las células de Leydig.8 9 También previene que la testosterona se degrade

en estrógeno por medio de la enzima aromatasa.10

En el cerebro, el cinc se almacena en determinadas vesículas

sinápticas mediante neuronas glutamatérgicas11 y puede "modular la

excitabilidad del cerebro".12 Desempeña un papel clave en la plasticidad

sináptica y por lo tanto en el aprendizaje.13 Sin embargo, ha sido llamado el

"caballo oscuro del cerebro" (“the brain's dark horse”)11 ya que también

puede comportarse como una neurotoxina, lo que sugiere que la

adecuada homeostasis del cinc desempeña un papel fundamental en el

funcionamiento normal del cerebro y delsistema nervioso central.11

Se cree que el aguijón de los escorpiones contienen cinc con una pureza de

1/4 partes.

Cobre: forma la hemocianina que es el pigmento respiratorio de muchos

invertebrados acuáticos y encimas oxidativas

Cobalto: sirve para sintetizar vitamina 12 y enzimas fijadoras de nitrógeno.

Aleaciones entre las que cabe señalar superaleaciones usadas en turbinas

de gas de aviación, aleaciones resistentes a la corrosión, aceros rápidos,

y carburos cementados y herramientas de diamante. Herramientas de corte

en procesos de fabricación para fresadoras.

Imanes (Alnico, Fernico, Cunico, Cunife) y cintas magnéticas.

Catálisis del petróleo e industria química.

Recubrimientos metálicos por deposición electrolítica por su aspecto,

dureza y resistencia a la oxidación.

Secante para pinturas, barnices y tintas.

Recubrimiento base de esmaltes vitrificados.

Pigmentos (cobalto azul y cobalto verde).

Electrodos de baterías eléctricas

Cables de acero de neumáticos.

El Co-60 se usa como fuente de radiación gamma en radioterapia,

esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial para

el control de calidad de metales (detección de grietas).