Bioelementos y Biomoléculas: Composición y Funciones Esenciales

Bioelementos y Biomoléculas

Bioelementos Principales

Los bioelementos principales son aquellos que componen la mayor parte de la materia viva y son esenciales para la vida. Incluyen:

• Carbono (C)
• Hidrógeno (H)
• Oxígeno (O)
• Nitrógeno (N)
• Fósforo (P)
• Azufre (S)

Bioelementos Secundarios

Los bioelementos secundarios son aquellos que se encuentran en cantidades más pequeñas en los organismos, pero también son importantes para su funcionamiento. Incluyen:

• Calcio (Ca)
• Sodio (Na)
• Potasio (K)
• Magnesio (Mg)
• Cloro (Cl)
• Hierro (Fe)

Biomoléculas

Las biomoléculas están presentes en cualquier materia viva, construidas por macromoléculas. Forman enlaces covalentes estables, y son la base de proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. Incluyen:

• Carbono (C)
• Hidrógeno (H)
• Oxígeno (O)
• Nitrógeno (N)
• Fósforo (P)
• Azufre (S)

Tipos de Enlaces Químicos

Enlace Iónico

Se forma cuando uno o más electrones son transferidos de un átomo a otro.

Enlace Covalente

Se produce cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones.

Enlace Metálico

Unión entre átomos por electrones deslocalizados y móviles.

Grupos Funcionales

Los grupos funcionales son grupos de átomos que determinan las propiedades químicas de una molécula y participan en reacciones químicas específicas.

Alcoholes (Hidroxilo)

Grupo funcional (-OH) unido a un átomo de carbono saturado, fórmula general R-OH.

• Alcoholes monohidroxilos: un solo grupo hidroxilo (metanol CH₃OH, etanol C₂H₅OH).
• Alcoholes dihidroxilo: dos grupos hidroxilo (glicol, etilenglicol).
• Alcoholes trihidroxilo: tres grupos hidroxilo (Glicerol, Xilitol).

Cetonas (Carbonilo)

Grupo funcional carbonilo (C=O) donde el átomo de oxígeno está unido a dos átomos de carbono, fórmula general R₁(C=O)R₂. El grupo carbonilo está ubicado en el centro de la molécula y R puede ser igual o diferente. Ejemplos: acetona (CH₃COCH₃), butanona (metil etil cetona CH₃COCH₂CH₃), ciclohexanona: (CH₂)₅CO.

Aldehídos (Carbonilo)

Representado por el grupo carbonilo (-CHO), donde R es un grupo orgánico y la estructura general es R-CHO. Ejemplos: formaldehído HCHO o metanal, acetaldehído CH₃CHO.

Ácidos (Carboxilo)

Presentes en compuestos químicos conocidos como ácidos carboxílicos. Consiste en un átomo de carbono que lleva un doble enlace con un átomo de oxígeno (C=O) y un enlace simple con otro átomo de oxígeno (R-COOH). Ejemplos: ácido acético-vinagre (CH₃COOH), ácido fórmico en picaduras de insectos (HCOOH), ácido butírico CH₃(CH₂)₂COOH.

Ésteres (Éster/Asilo)

(-COO-) Formado mediante la reacción de un ácido carboxílico con un alcohol, liberando agua en un proceso llamado esterificación. Fórmula general RCOOR'. Ejemplos: éster metílico de ácido acético CH₃COOCH₃, éster etílico del ácido butírico CH₃CH₂CH₂COOCH₂CH₃.

Aminas (Amino)

(-NH₂) Se clasifican según el número de grupos amino y la disposición de átomos de carbono. Estructura general R-NH₂.

• Amina primaria: metilamina (CH₃NH₂).
• Amina secundaria: etilmetilamina (CH₃NHCH₂CH₃).
• Amina terciaria: trimetilamina (N(CH₃)₃).

Éster Fosfórico (Ion Fosfato)

Ion poliatómico que contiene fósforo y oxígeno. Familia de iones aniónicos derivados del fosfato. Tiene una carga eléctrica negativa de -3. El núcleo del ion fosfato contiene un átomo de fósforo. Cuatro átomos de oxígeno rodean al átomo de fósforo en una disposición tetraédrica.

El Agua y su Importancia Biológica

Propiedades del Agua

• Solvente orgánico por excelencia. Virtualmente todas las sustancias se disuelven en este medio.
• Permite que haya concentraciones uniformes. Dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno se encuentran dispuestos en una especie de triángulo isósceles.
• El oxígeno, con 4 de sus 8 electrones, y el hidrógeno adquieren mayor electropositividad al estar separados de sus electrones de agua.
• Distribución: 75%-80% en tejido muscular, 60% en tejido conjuntivo, 25% en tejido óseo sin médula, 92% en plasma sanguíneo, 82% en sustancia gris del sistema nervioso y 70% en sustancia blanca.

Equilibrio Hídrico

Depende del aporte de este líquido y su eliminación por las diferentes vías (heces, sudor, orina y respiración).

1. Aportes del agua: Ingresa al organismo por la ingestión de líquidos y alimentos. La primera fuente de aporte acuoso aporta aproximadamente 1200 ml. Los alimentos, 1100 ml. El organismo humano sintetiza por oxidación de 300 a 350 ml de agua diariamente.
2. Eliminación del agua: Se elimina por excreciones naturales y por la piel diariamente en condiciones normales, 500 ml. En esta pérdida intervienen varios factores como la temperatura corporal y ambiental, y la humedad del aire. La pérdida es mayor cuando existe hiperventilación (ejercicio, locución, enfermedades).

Aporte: líquidos 1200 + alimentos 1100 + síntesis 300 = 2600 ml

Eliminación: orina 1600 + heces 250 + respiración 250 + piel 600 = 2600 ml

Características del Agua

• Constante dieléctrica.
• Procesos de oxidación y reducción.
• Hidrólisis: ejemplifica el cometido del agua en las reacciones metabólicas.
• Medio acuoso: vehículo para las diferentes sustancias que son llevadas al seno celular.

Regulación del Desplazamiento de Líquidos

• Riñones: principales reguladores del equilibrio hidroeléctrico.
• Sistema endocrino: ayuda a controlar mediante hormonas como la aldosterona, vasopresina y péptidos natriuréticos.
• El mecanismo renina-angiotensina-aldosterona se activa cuando disminuye el flujo de sangre o la presión del riñón.

Aldosterona

Secretada por la corteza adrenal siempre que el nivel de sodio en el líquido extracelular (ECF) disminuye. Evita la pérdida de sodio y agua. Actúa sobre las nefronas para reabsorber el sodio y el agua de la orina y regresarlas a la sangre. Evita la excreción renal excesiva de sodio.

Vasopresina u Hormona Antidiurética

Regula el agua. Se produce en el encéfalo, se almacena en la neurohipófisis y la controla el hipotálamo. Actúa de manera directa sobre los túbulos renales haciéndolos más permeables y reabsorban el agua.

Péptidos Natriuréticos

Hormonas secretadas por las células que recubren las aurículas (ANP) y los ventrículos (BNP) del corazón. Se secretan como respuesta al aumento en el volumen sanguíneo y la presión arterial, lo que contrae el tejido cardíaco. Tienen un efecto opuesto al de la aldosterona.

Desequilibrios Hídricos

El desequilibrio en el volumen de líquidos no es una enfermedad, es un signo de un trastorno en el que la ingesta, retención o pérdida de líquidos es mayor o menor a las necesidades de líquidos del cuerpo.

Exceso en el Volumen de Líquidos (EVL)

Ocurre cuando se retiene un exceso de sodio y líquido en el ECF, producido por ingesta excesiva de sal, o enfermedades que afectan a los riñones o el hígado.