Composición Química y Funciones de los Bioelementos y Biomoléculas en los Seres Vivos
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Bioelementos y Biomoléculas: Componentes Esenciales de la Vida
La Bioquímica es la rama de la Biología que trata del estudio de la naturaleza, de la composición química de las moléculas orgánicas que integran a los seres vivos y las transformaciones energéticas que ocurren en las células vivas.
1. Bioelementos
Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Son más de 60 elementos de la tabla periódica, aunque en todos solo se encuentran unos 25.
Clasificación de los bioelementos:
- Bioelementos primarios: Son los más abundantes. Encontramos el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). De estos seis elementos, los cuatro primeros constituyen aproximadamente el 95%. Estos elementos tienen gran facilidad para constituir moléculas complejas en forma de cadena, las más sencillas de las cuales se componen solo de carbono e hidrógeno (hidrocarburos).
Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
- Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones.
- El carbono, nitrógeno y oxígeno pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual las dota de una gran versatilidad para el enlace químico.
- Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlaces covalentes estables.
- A causa de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen unas estructuras tridimensionales diferentes.
- Bioelementos secundarios: Los encontramos formando parte de los seres vivos en un 4,5%. Suelen presentarse formando sales y hay otros, minoritarios, que solo forman parte de ciertas moléculas (hemoglobina, tiroxina, clorofila...).
Azufre | Se encuentra en los aminoácidos (cisteína y metionina) presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como la coenzima A. |
Fósforo | Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucleicos. También de las coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. Es parte de los fosfatos, sales minerales abundantes de los seres vivos. |
Magnesio | Forma parte de las moléculas de clorofila, y en forma iónica actúa como un catalizador, junto con las coenzimas, en muchas reacciones químicas del organismo. |
Calcio | Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transporte de impulsos nerviosos. |
Sodio | Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. |
Potasio | Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. |
Cloro | Anión más frecuente, necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial. |
- Oligoelementos: Son aquellos bioelementos secundarios que se encuentran en cantidades ínfimas, pero indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Aunque en proporciones minúsculas, su carencia acarrea problemas de salud en los seres vivos.
Por ejemplo, el cobalto (Co), el litio (Li), cobre (Cu), flúor (F), cromo (Cr), yodo (I), boro (B), selenio (Se), molibdeno (Mo), estaño (Sn), hierro (Fe), zinc (Zn).
2. Biomoléculas
Las biomoléculas son los compuestos químicos que forman la materia viva. Resultan de la unión de los bioelementos por enlaces químicos, entre los que destacan los de tipo covalente. Se distinguen:
Biomoléculas inorgánicas: Son características de la materia inerte, pero se encuentran también entre los seres vivos. No poseen átomos de carbono o este, si aparece, no forma cadenas con otros carbonos y con hidrógenos. Son el agua, las sales minerales y algunos gases que pueden desprenderse o utilizarse en el transcurso de las reacciones químicas de las células como el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2).
Biomoléculas orgánicas: Están formadas por carbono, al que se unen, al menos, hidrógeno y oxígeno y, en muchos casos, nitrógeno, fósforo y azufre. En general, son moléculas exclusivas de los seres vivos, salvo el caso del metano, que es el hidrocarburo más simple y que sabemos que puede tener un origen no biológico. Consideramos moléculas orgánicas aquellas que se basan en la química del carbono.
2.1. Biomoléculas Inorgánicas
El Agua
El agua es una molécula de enorme importancia biológica, tanto por su abundancia como por las funciones que desempeña en la materia viva, así como por el papel que ha jugado en el origen y evolución de la vida.
Abundancia: El agua es la biomolécula más abundante de los seres vivos, alcanzando una proporción media del 75% del peso total. Hay seres con mayor proporción (lechugas o medusas, por ejemplo, con más de un 90%) y otros con mucha menos (por ejemplo, las semillas de los vegetales 15%).
Estructura de la molécula: La molécula del agua es neutra en conjunto, pero presenta bipolaridad, es decir, se comporta como un pequeño imán o dipolo debido al reparto asimétrico de sus electrones, que hace que un extremo tenga carga positiva y el otro extremo la tenga negativa. Esta asimetría procede de que, en el enlace covalente entre los hidrógenos y el oxígeno, este último “tira” de los electrones de los hidrógenos al ser muy electronegativo, quedando con un exceso de carga negativa y la zona de los hidrógenos con un defecto de esta carga negativa y, por lo tanto, con exceso de carga positiva. Debido a esta característica, entre hidrógenos y oxígenos de distintas moléculas se establecen enlaces débiles llamados puentes de hidrógeno que mantienen unidas a las moléculas del agua. Por todo ello, presentan una gran cohesión y para evaporar agua habrá que aportar una gran cantidad de energía.
Funciones biológicas: Están relacionadas con sus propiedades fisicoquímicas. Las principales son:
Función disolvente: El agua es un líquido que disuelve un gran número de sustancias diferentes (disolvente universal). Esto hace que casi todas las reacciones biológicas tengan lugar en medio acuoso, al mantener muchos compuestos de forma ionizada y, por lo tanto, permitiendo que puedan reaccionar entre ellos.
Medio de reacción: Además, constituye un medio que facilita la movilidad de las moléculas, favoreciendo el que puedan reaccionar entre ellas.
Función transportadora: Los medios transportadores de sustancias, tanto nutritivas como de desecho, suelen estar constituidos fundamentalmente por agua (sangre, savia).
Función bioquímica: El agua participa en reacciones bioquímicas como sustancia reaccionante o sustrato, como por ejemplo en las llamadas hidrólisis, mediante las cuales muchas macromoléculas orgánicas son descompuestas en biomoléculas más simples.
Función estructural: El agua puede servir de auténtico esqueleto, dando consistencia a ciertas células o estructuras. Por ejemplo, esto sucede en plantas herbáceas o en animales como las medusas.
Función termorreguladora: El agua, debido a su elevado calor específico (se necesita mucha energía para elevar o disminuir su temperatura) es un excelente regulador, evitando los cambios bruscos que podrían afectar a los seres vivos. Por ejemplo, la sangre calienta la piel cuando ésta pierde calor, o el sudor la enfría si hay un sobrecalentamiento. Pero todo ello sin tener que movilizar o perder mucha cantidad de líquido.