Fundamentos Químicos de la Vida: Bioelementos, Oligoelementos y Estructura de Biomoléculas

Bioelementos y Composición Química de la Materia Viva

1. Bioelementos Primarios

• Constituyen aproximadamente el 96% del peso de la materia viva.
• Incluyen: C, H, O (los más abundantes), N (esencial en proteínas y ácidos nucleicos), P (presente en ácidos nucleicos, ATP y fosfolípidos) y S (componente de algunos aminoácidos y vitaminas).
• Son la base para la formación de las biomoléculas orgánicas.

1.1. Propiedades Físico-Químicas

• Capacidad de formar enlaces covalentes (muy resistentes).
• Pueden formar enlaces simples, dobles y triples, lo que permite una gran variedad de compuestos.
• La estabilidad del enlace es muy alta, debido a la baja masa atómica de estos bioelementos.

2. Bioelementos Secundarios

• En conjunto, no superan el 3,5% del peso del organismo.
• Están presentes en todos los organismos.
• Incluyen: Na, K, Cl (importantes como iones disueltos en líquidos biológicos y en la transmisión del impulso nervioso).
• Ca (componente del carbonato de calcio, esencial para la contracción muscular y la coagulación sanguínea).
• Mg (componente central de la clorofila y actúa como cofactor enzimático).

3. Oligoelementos

• Se encuentran en proporciones inferiores al 0,5% del peso del organismo.
• A pesar de su baja concentración, cumplen funciones biológicas cruciales.

3.1. Clasificación

1. Esenciales

• Son imprescindibles para la vida en casi todos los seres vivos.
• Ejemplos: Fe (fundamental en la respiración y fotosíntesis, transporta electrones, componente de la hemoglobina), Mn (fotosíntesis), I (necesario para la hormona tiroidea, tiroxina), Zn, F, B, Si, entre otros.

2. No Esenciales

• Solo se encuentran en algunos grupos de organismos, donde realizan importantes funciones.
• Ejemplos: Al, Li, Cd, Br.

4. Biomoléculas o Principios Inmediatos

4.1. Clasificación

• Inorgánicas: Incluyen el agua, las sales minerales y los gases (O₂, CO₂). No están formadas por largas cadenas y su presencia no es exclusiva de los seres vivos.
• Orgánicas: Incluyen glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Están formadas por largas cadenas y son exclusivas de los seres vivos.

4.2. Formulación de Biomoléculas

1. Fórmulas Desarrolladas o Estructurales

Muestran todos los enlaces entre los átomos:

Etano: H-C-C-H
       | | 
       H H

Etanol: H-C-C-OH
        | | 
        H H

Etanal: H-C-C=O
        | | 
        H H

2. Fórmulas Semidesarrolladas

Muestran los enlaces entre los carbonos y los grupos funcionales:

• Etano: CH₃-CH₃
• Etanol: CH₃-CH₂OH
• Etanal: CH₃-CHO
• Cetona (Grupo funcional): CO
• Ácido (Grupo funcional): COOH
• Amino (Grupo funcional): CH₂NH₂

3. Fórmulas Moleculares

Indican el número total de átomos de cada elemento:

• Etano: C₂H₆
• Etanal: C₂H₄O
• Etanol: C₂H₆O

Anexo: Tipos de Enlaces Químicos Relevantes

Enlace Covalente

Se forma entre elementos no metálicos o altamente electronegativos (C, O, F, N, Cl). Estos elementos tienen tendencia a ganar electrones (poseen muchos electrones en su nivel más externo y buscan adquirir la configuración electrónica de los gases nobles). Para lograrlo, comparten electrones.

A veces, el enlace covalente se forma entre elementos con diferente electronegatividad. El elemento más electronegativo atrae los electrones hacia sí, creando una molécula polar o dipolo permanente (ejemplos: OH, NH).

Puente de Hidrógeno

• Se establece cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente a un átomo altamente electronegativo (ejemplo: H₂O).
• Puede ser intramolecular o intermolecular.
• Es un enlace mucho más débil que el covalente.

Puentes Disulfuro

• Es un tipo de enlace covalente que se forma por la reacción de dos grupos sulfhidrilo o tiol (-SH).
• Son muy frecuentes en la estructura de las proteínas.
• Pueden ser intermoleculares o intramoleculares.
• Son enlaces muy resistentes.