1
TEMA 1
Bioelementos y biomoléculas. Biomoléculas inorgánicas
1.- BIOELEMENTOS.
La composición química elemental de la materia viva es distinta de la que existe en la
litosfera y en la atmósfera. Y aunque se trata de los mismos elementos que forman la materia
mineral, en cambio, su número, su proporción y distribución es diferente. Si se hace un análisis
químico de los diferentes seres vivos, se ha visto que la materia viva está formada por unos 70
elementos (que son prácticamente la totalidad de los elementos estables que existen en la Tierra,
exceptuando los gases nobles). A estos elementos químicos que se encuentran en la materia viva se
les llama bioelementos ó elementos biogénicos (bios = vida, y genos = origen). Si bien, sólo 25
(30) de los 70 bioelementos son componentes esenciales de la materia viva, aunque estén en
distintas proporciones en los distintos organismos.
Los bioelementos se pueden clasificar en:
- Bioelementos primarios.
- Bioelementos secundarios.
- Oligoelementos.
* Bioelementos primarios: son un grupo de 6 elementos que constituyen el 96.2% del total de la
materia viva. Son el C, H, O, N y en menor proporción S y P. Son imprescindibles para la
formación de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, que son las biomoléculas presentes en
todos los seres vivos.
Estos elementos presentan una serie de características químicas que proporcionan a las
moléculas una gran estabilidad y así hacen posible las reacciones químicas.
Algunas de estas características son:
- Abundan en las capas más externas de la Tierra y por lo tanto son accesibles a los seres vivos.
- Su masa atómica relativa es pequeña y pueden compartir los electrones de sus capas más externas
y formar enlaces covalentes de gran estabilidad dado el bajo peso atómico de los elementos.
- El carbono posee cuatro electrones en su capa más externa, que le permiten formar 4 enlaces
covalentes muy estables dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. Esto permite la conformación
de estructuras tridimensionales que son de vital importancia para los seres vivos por la función
biológica que desempeñan. Esto unido a la posibilidad de formar enlaces simples, dobles y triples
consigo mismo o con otros elementos, introduce una gran complejidad en las estructuras que puede
formar: cadenas lineales, ramificadas, anillos....
- El carbono, gracias a los enlaces covalentes que se pueden establecer entre átomos de carbono
entre sí (C - C), y con átomos de O (C =O), H (C - H) o N (C - N), se pueden formar moléculas
orgánicas de gran variedad, y con diversos grupos funcionales (aldehídos, cetonas, ácidos...). Esto
es importante debido a las transformaciones que sufre la materia viva en el metabolismo.
- El oxígeno es muy electronegativo, es decir, al formar un enlace covalente, el átomo de oxígeno
atrae hacia sí con mucha fuerza los electrones que comparte, por lo que forma enlaces muy
estables. Por ello, cuando se enlaza con el hidrógeno atrae hacia sí el único electrón del hidrógeno
, 2
originándose polos eléctricos. Debido a esto, los radicales -OH, -CHO y -COOH son radicales
polares. Si éstos sustituyen a algunos hidrógenos de una cadena de carbono e hidrógenos, pueden
dar lugar a moléculas como la glucosa que son solubles en líquidos polares como el agua. (Las
moléculas formadas únicamente por carbono e hidrógeno son covalentes apolares, es decir,
insolubles en agua). Debido a su electronegatividad el oxígeno es idóneo para quitar electrones a
otros átomos, es decir, para oxidarlos. Como este proceso comporta la rotura de enlaces y la
liberación de una gran cantidad de energía, la reacción de los compuestos del carbono con el
oxígeno, la llamada respiración aeróbica, es la forma más común de obtener energía.
La oxidación de los compuestos biológicos se realiza básicamente mediante la sustracción de
hidrógenos a los átomos de carbono. Como el oxígeno atrae hacia sí el electrón del hidrógeno con
más fuerza que el carbono, consigue quitárselo. De este modo, se forma agua y se libera gran
cantidad de energía que será aprovechada por los seres vivos. (Así, los compuestos reducidos
(glúcidos, lípidos) son ricos en energía y dicha energía es liberada cuando el compuesto se oxida)
- La presencia de oxígeno en las biomoléculas les confiere una clara polaridad, facilitando su
disolución en agua, o formando emulsiones o dispersiones coloidales, importante para su
incorporación al ser vivo o para su eliminación. (El agua es el medio donde se producen las
reacciones químicas en los seres vivos)
- El S y el P presentan propiedades opuestas al C, O y N. Los enlaces que pueden formar son fáciles
de hidrolizar por lo que son idóneos para formar enlaces ricos en energía. El P constituye
principalmente los grupos fosfato, necesarios para la formación del ATP y para formar los
fosfolípidos de las membranas celulares. También participa en la constitución de los ácidos
nucleicos, así como en el proceso de osificación y ayuda a mantener constante la acidez del interior
de las células. El S es un constituyente de la mayoría de las proteínas.
- El C, O e H forman parte de todos los compuestos orgánicos. El N forma parte de proteínas y de
ácidos nucleicos.
* Bioelementos secundarios: forman parte de todos los organismos vivos, aunque en menor
proporción que los anteriores. Se incluyen en este grupo el Na, el K, el Ca, el Mg y el Cl.
* Oligoelementos o elementos traza: son el resto de los bioelementos y se encuentran en
proporciones inferiores al 0.1% pero que son imprescindibles pues desempeñan funciones
esenciales en diferentes procesos bioquímicos y fisiológicos.
Algunos oligoelementos aparecen en todos los seres vivos y se denominan oligoelementos
esenciales como, por ejemplo, el Fe, Cu, Zn, Mn, I, F, B, Co..... y otros, no están en todos los
organismos y se denominan oligoelementos no esenciales como, por ejemplo, el Li, Al, Mo, Si,
Br...
Funciones de los bioelementos secundarios y de algunos oligoelementos:
- Na+, K+, Cl-, son los más abundantes en el medio interno y en el interior de las células.
Intervienen, por tanto, en el mantenimiento del equilibrio osmótico. Los iones Na+ y K+, son
fundamentales en la transmisión del impulso nervioso.
- El calcio, en forma de CaCO3 (carbonato) forma los caparazones de los moluscos y el esqueleto
de muchos animales, y como ión Ca2+ actúa en los mecanismos de contracción muscular, en la
permeabilidad de las membranas celulares, la coagulación de la sangre...
, 3
- El magnesio forma parte de muchas enzimas y del pigmento clorofila. También interviene en la
síntesis y degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su estabilización, en la síntesis de
ARN.
- El hierro (Fe) interviene en la formación de la hemoglobina de la sangre y la mioglobina, dos
transportadores de moléculas de oxígeno, y de los citocromos que son enzimas que intervienen en
la respiración celular.
- El Iodo (I) es esencial en la formación de la hormona tiroxina responsable de regular el ritmo del
metabolismo energético.
- El cobre (Cu) se necesita para formar hemocianina (pigmento respiratorio de muchos
invertebrados acuáticos) y para formar algunas enzimas oxidasas.
- El cobalto (Co) hace falta para formar la vitamina B12 y algunas enzimas que regulan la fijación
del nitrógeno.
- El manganeso interviene en la fotosíntesis y actúa asociado a diversas enzimas que degradan las
proteínas.
- El flúor se encuentra en el esmalte de los dientes y en los huesos. Su carencia favorece la caries.
- El silicio forma parte de los caparazones de diatomeas y da rigidez a los tallos de las gramíneas y
equisetos. También proporciona resistencia y elasticidad al tejido conjuntivo, cabello, piel, uñas...
- El litio es un estabilizador del estado de ánimo (se utiliza en el tratamiento de algunas psicosis
maníaco-depresivas), pues actúa sobre los neurotransmisores y la permeabilidad celular.
2.- BIOMOLÉCULAS.
Los bioelementos no están generalmente en forma libre dentro del organismo, sino que se
unen mediante enlaces químicos para formar moléculas más complejas que por formar parte de los
seres vivos se denominan biomoléculas. Antiguamente también llamadas principios inmediatos,
nombre que hace referencia a que se pueden obtener de los organismos cuando se aplican técnicas
de análisis físico: trituración, filtración, decantación, disolución, cromatografías... y también porque
son las moléculas con las que se construye la organización de los seres vivos.
Existen dos tipos de biomoléculas:
- Biomoléculas inorgánicas: - agua
- sales minerales
- gases (O2, CO2...)
- Biomoléculas orgánicas: - glúcidos
- lípidos
- proteínas
- ácidos nucleicos
