Bioelementos

1.- A pesar de la biodiversidad, la composición química y los procesos metabólicos de todos los seres vivos son notablemente similares. Esto explica por qué gran parte de lo que los biólogos aprenden estudiando bacterias o ratones en los laboratorios puede aplicarse a otros organismos, incluyendo al ser humano.

2.- Los principios físicos y químicos que rigen a los sistemas vivos son los mismos que rigen a los sistemas abióticos (no vivos).

Bioelementos

Alrededor del 98% de la masa de un organismo está formada por sólo seis elementos: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, calcio y fósforo. Hay unos 14 elementos más que se presentan de manera constante en los seres vivos, aunque en cantidades reducidas, por lo que habitualmente se los denomina oligoelementos (oligos = reducido) debido a que están presentes en cantidades diminutas.

Nombre masa % Importancia o función

Oxígeno 65 Necesario para la respiración celular; presente en casi todos los compuestos orgánicos; forma parte del agua

Carbono 18 Constituye el esqueleto de las moléculas orgánicas; puede formar cuatro enlaces con otros tantos átomos

Hidrógeno 10 Presente en la mayoría de los compuestos orgánicos; forma parte del agua

Nitrógeno 3 Componente de todas las proteínas y ácidos nucleicos y de algunos lípidos

Calcio 1,5 Componente estructural de los huesos y dientes; importante en la contracción muscular, conducción de impulsos nerviosos y coagulación de la sangre

Fósforo 1 Componente de los ácidos nucleicos; componente estructural del hueso; importante en la transferencia de energía. Integra los fosfolípidos de la membrana celular.

Elementos mayores presentes en el cuerpo humano

Principales oligoelementos presentes en el cuerpo humano

Potasio 0.4 Principal ion positivo (catión) del interior de las células; importante en el funcionamiento nervioso; afecta a la contracción muscular

Azufre 0,3 Componente de la mayoría de las proteínas

Sodio 0,2 Principal ion positivo del líquido intersticial (tisular); importante en el equilibrio hídrico del cuerpo; esencial para la conducción de impulsos nerviosos

Magnesio 0,1 Necesario para la sangre y los tejidos del cuerpo; forma parte de muchas enzimas

Cloro 0,1 Principal ion negativo (anión) del líquido intersticial; importante en el equilibrio hídrico

Hierro trazas Componente de la hemoglobina y mioglobina; forma parte de ciertas enzimas

Yodo trazas Componente de las hormonas tiroideas

El agua y sus propiedades

Una gran parte de la masa de casi todos los organismos es simplemente agua. Cerca de 70% del peso total del cuerpo está formado por agua

Las propiedades físicas y químicas del agua han permitido a los seres vivos aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta.

El agua disuelve muchos tipos diferentes de compuestos en grandes cantidades (solvente), el agua tiene la propiedad de facilitar las reacciones químicas.

El agua disuelve a las sales como el cloruro de sodio mediante hidratación y estabilización de los iones Cl y Na+, como consecuencia de la reducción de las interacciones iónicas que existen entre ellos.

Las biomoléculas no cargadas pero polares como los azúcares se disuelven fácilmente en agua debido al efecto estabilizador de los muchos puentes de hidrógeno que se forman entre los grupos hidroxilo o el oxígeno carbonílico del azúcar y las moléculas polares del agua.

Las moléculas que se disuelven en agua son solubles en agua o moléculas hidrofílicas. Las moléculas no polares, como los aceites, son no solubles en agua o moléculas hidrofóbicas.

El agua se produce en todas las reacciones de condensación que dan lugar a las macromoléculas más importantes (polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos) y como reactivo interviene en las reacciones opuestas de hidrólisis que catalizan los distintos tipos de hidrolasas (enzimas hidrolíticas) y que dan como resultado la producción de monosacáridos, aminoácidos y nucleótidos, respectivamente.

El agua manifiesta los fenómenos de cohesión y adhesión. Sus moléculas presentan una fuerte tendencia a unirse entre sí (cohesión), debido a la presencia de puentes de hidrógeno entre ellas.

Enlaces puentes de hidrógeno

Las fuerzas de adhesión y cohesión explican la tendencia del agua a ascender por los tubos de vidrio de calibre muy pequeño (tubos capilares), fenómeno que recibe el nombre de capilaridad

El agua tiene un alto grado de tensión superficial (algunos objetos flotan sobre su superficie) debido a la cohesión de sus moléculas, ya que éstas se atraen entre sí con mayor fuerza que las moléculas del aire. De este modo, las moléculas de agua de la superficie libre se agrupan, produciendo una capa debido a la atracción que ejercen sobre ellas otras moléculas de agua situadas por debajo.

El agua tiene elevado calor específico (la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1ºC es 1 caloría). El alto calor específico del agua es el resultado de la presencia de puentes de hidrógeno entre sus moléculas.

Debido a que se necesita una gran pérdida o un gran aporte de calor para reducir o elevar la temperatura del agua, los océanos y otros grandes cuerpos de agua tienen temperatura más o menos constante.

El alto contenido de agua de las plantas y animales que habitan en tierra les ayuda a mantener una temperatura interna constante.

Puesto que sus moléculas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno, el agua tiene un elevado calor de vaporización. Debido a que el agua absorbe calor al cambiar del estado líquido al gaseoso, el cuerpo humano puede disipar el exceso de calor por la evaporación del sudor, y una hoja se mantiene fresca, en presencia de una luz intensa, evaporando agua en su superficie.

Con relación a la densidad del agua Los puentes de hidrógeno contribuyen con otra importante propiedad del agua. Mientras que la mayor parte de las sustancias aumentan su densidad conforme disminuye su temperatura, el agua alcanza su mayor densidad a los 4°C y luego, cuando la temperatura disminuye aún más, comienza a expandirse nuevamente (haciéndose menos densa).

Sales

Las células y los líquidos extracelulares de las plantas y animales contienen una variedad de sales disueltas, entre las que se incluyen muchos iones minerales de importancia. Tales iones son esenciales tanto para el equilibrio hídrico, regulando la presión osmótica, como para el equilibrio ácido-base y, en el caso de los animales, para el funcionamiento de nervios y músculos, la coagulación de la sangre, la formación de huesos y muchos otros aspectos del funcionamiento del cuerpo. Sodio, potasio, calcio y magnesio son los principales cationes presentes, mientras que cloruros, bicarbonato (HCO3-), fosfato (PO4

3-) y sulfato (SO42-) son

aniones importantes

Algunos iones pueden hallarse combinados con proteínas, lípidos, glúcidos y otras moléculas. Por ej., Fe++ en la hemoglobina y la mioglobina; Fe++ o Fe+++, en los citocromos; el Mg++ en la clorofila; Cu++ en la hemocianina; muchas enzimas requieren estas unidas a iones Mg++, Ca++, Zn++, Mn++, Cu++.