BIOELEMENTOS

INTRODUCCIÓN• Además de la vida, la gran diversidad de seres vivos

que habitan en la tierra, tienen algo más en común: Estamos formados por los mismos elementos.

• Los elementos de la vida. Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos.

• Se llaman bioelementos o elementos biogénicos, a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos.

BioelementosSólo 27 elementos de la naturaleza forman parte de los seres vivos

Son los bioelementos o elementos biogénicos

Bioelementos

PRIMARIOS:

• Constituyen el 95 % del peso de cualquier organismo

• C, H, O, N

SECUNDARIOS:

• Constituyen el 4’5 % del peso de cualquier organismo

• P, S, Ca, Na, K, Cl, Mg,

OLIGOELEMENTOS:

• Constituyen el 0,1 % del peso de cualquier organismo

• Fe, I, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni Si, ……..

Principales elementos

BIOELEMENTOS PRIMARIOS

• Estos elementos constituyen el 95% de la masa viva total y son:

•Carbono (C) •Oxigeno (O) •Hidrogeno (H) •Nitrógeno (N)Las propiedades físico-químicas que los hacen

idóneos son las siguientes:Forman entre ellos enlaces covalentes.Pueden compartir mas de un par de electrones,

formando enlaces dobles y triples.Son los elementos mas ligeros, formando

enlaces muy estables.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS

El hecho de que los bioelementos primarios sean tan abundantes en los seres vivos se debe a que presentan ciertas características que los hacen idóneos para formar las moléculas de los seres vivos. Así:

• Aunque no son de los más abundantes, todos ellos se encuentran con cierta facilidad en las capas más externas de la Tierra (corteza, atmósfera e hidrosfera).

• Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación y eliminación.

• El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxígeno o al hidrógeno, por lo que pasan con la misma facilidad del estado oxidado al reducido. Esto es de gran importancia, pues los procesos de oxidación-reducción son la base de muchos procesos químicos muy importantes y en particular de los relacionados con la obtención de energía como la fotosíntesis y la respiración celular

• El C, el H, el O y el N son elementos de pequeña masa atómica y tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables. Debido a esto dan lugar a una gran variedad de moléculas y de gran tamaño. De todos ellos el carbono es el más importante. Este átomo es la base de la química orgánica y de la química de los seres vivos.

IMPORTANCIA DEL CARBONO:

– Forma enlaces covalentes, que son estables y acumulan mucha energía.

– Puede formar enlaces, hasta con cuatro elementos distintos, lo que da variabilidad molecular.

– Puede formar enlaces sencillos, dobles o triples.

– Se puede unir a otros carbonos, formando largas cadenas.

– Los compuestos, siendo estables, a la vez, pueden ser transformados por reacciones químicas.

– El carbono unido al oxígeno forma compuestos gaseosos

•El carbono puede formar cuatro enlaces covalentes muy estables dirigidos hacia los vértices de un tetraedro.

•Puede formar enlaces sencillos, dobles y triples consigo mismo dando lugar a cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y cíclicas.

Bioelementos primarios 95%

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

• Los bioelementos secundarios componen alrededor del 4’5% de la masa de los organismos vivos, se localizan en lugares diversos y cumplen funciones muy variadas.

Son 7 elementos secundarios en total:

•Calcio (Ca) •Fósforo (P) •Cloro (Cl) •Potasio (K) •Azufre (S) •Sodio (Na)

• Magnesio (Mg)

El S y el P a veces son considerados como primarios por su importancia biológica.

AzufreSe encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A

Fósforo

Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.

MagnesioForma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , 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 transmisión del impulso nervioso.

SodioCatión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

PotasioCatión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

CloroAnión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial

OLIGOELEMENTOS

• Intervienen en cantidades muy pequeñas, pero cumplen funciones esenciales en los seres vivos. Se han aislado unos 60, pero solo catorce de ellos forman parte habitual de la composición de los seres vivos. Los principales son: hierro, cobre, cinc, silicio, yodo, manganeso y flúor. Algunos de estos son:

•Hierro (Fe) •Cobalto (Co) •Manganeso (Mn) •Silicio (Si) •Litio(Li) •Yodo (I) •Cromo(Cr) •Molibdeno(Mo) •Flúor (F) •Zinc (Zn)

HierroFundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.

Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.

Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo

Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.

Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .

Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.

Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.

Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.

Litio Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.

Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

Mn, Fe, Cu, Zn, Co, I B, Al, Si, F, Cr,

Li, Va. Mo

CUERPO HUMANO ALFALFA

I % II % I % II %

O ............... 62,81C ............... 19,37H ............... 9,31N ............... 5,14Ca .............. 1,38S ................ 0,64P ................ 0,63Una ............ 0,26K ............... 0,22Cl .............. 0,18Mg ............. 0,04

F ................. 0,009Fe ............... 0,005Si ................ 0,004Zn .............. 0,0025Al ............... 0,001Cu ............. 0,0004Sn .............. 0,0002Br............... 0,0002Mn ............. 0,0001I ................. 0,0001

O ............... 77,9 C ............... 11,34H ................ 8,72N ................ 0,83P ............... 0,71Ca................ 0,58K ............... 0,23S ............... 0,103Mg.............. 0,08Cl .............. 0,07Una ........... 0,039

Si ............ 0,0001Fe ........... 0,0027Al ............ 0,0025Bo ........... 0,0007Mn .......... 0,00036Zn ........... 0,00035Cu .......... 0,00025Ti ............ 0,00009

Composición química comparada del cuerpo humano y de la alfalfa.

Grupos funcionales de compuestos orgánicos

P

O

OO

O

ion fosfato

(éster fosfórico)

NH2

amino

(amina)

C

O

OR

éster

(éster)

OH

hidroxilo

(alcohol)

C

O

carbonilo

(cetona)

C

O

H

carbonilo

(aldehído)

C

O

OH

carboxilo

(ácido)

Formas de representar las moléculas

TIPOS DE REPRESENTACIONES MOLECULARES

FÓRMULA MOLECULAR

FÓRMULA SEMIDESARROLLADA

FÓRMULA DESARROLLADA

MODELO DE VARILLA MODELO COMPACTO

REPRESENTACIONES ESPACIALES

Enlace iónico

• Cuando un elemento muy electropositivo se une a un elemento muy electronegativo se produce una unión mediante enlace iónico.

• El metal pierde uno o varios electrones, convirtiéndose en un catión. El no metal captura uno o varios electrones y se convierte en un anión.

ENLACES INTER E INTRAMOLECULARES

• Concepto- Enlaces entre moléculas o partes de una molécula, que le dan mayor estabilidad

• Clases

Puentes disulfuro: -S-S- ( a partir de grupos tiol) muy resistentes

Enlace hidrógeno: ( N-H, O-H, C=O ) fuerzas eléctricas entre átomos con exceso de carga + y otros con exceso de carga -, entre elementos de diferente electronegatividad.

Uniones hidrofóbicas: por diferencia de solubilidad respecto al agua

Fuerzas de Van der Waals: pequeñas fluctuaciones en la carga de átomos

Enlace iónico: en moléculas que contienen: -COOH y NH2 ionizados

Enlaces o puentes de hidrógeno. • Se trata de enlaces débiles pero que si se dan en gran

número pueden llegar a dar una gran estabilidad a las moléculas. Los enlaces de hidrógeno se deben a la diferencia de electronegatividad de los elementos que participan en un enlace covalente. Así, por ejemplo, en los grupos -C-O-H, el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae hacia sí el par de electrones que forma el enlace covalente. Como consecuencia se generarán fuerzas eléctricas entre átomos que presentan un exceso de carga positiva (H) y otros con exceso de carga negativa (O).

• El puente de hidrógeno es una fuerza intermolecular muy común en las sustancias biológicas y es responsable de muchas de las propiedades y la estructura tridimensional de las biomoléculas, como proteínas o ácidos nucleicos.

Fuerzas de Van der Waals. • Mantienen atraídas a las moléculas apolares.• Son debidas a la formación de dipolos instantáneos.• Son fuerzas muy débiles.• Estas fuerzas aumentan con el volumen molecular, ya que la

molécula se hace más polarizable. • También existen en las moléculas polares, en estas, la acción de los

dipolos permanentes se ve incrementada por la de los dipolos instantáneos, que suelen ser más importantes.

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS.

A) Todos los seres vivos tienen una composición química semejante:

agua, sales minerales, glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos

B) Todos los seres vivos realizan una serie de funciones vitales, que se pueden agrupar en tres:

▪ NUTRICIÓN: entendida genéricamente como la capacidad de intercambiar materia y energía con el medio.

▪ RELACIÓN: en sentido amplio seria la capacidad de intercambiar información con el medio; es decir, recibir estímulos y generar respuestas.

▪ REPRODUCCION: entendida como la capacidad de crear réplicas semejantes a sí mismos.

C) Finalmente todos los seres vivos están compuestos por unas unidades básicas llamadas células.

NIVELES DE ORGANIZACIÓNNIVELES DE ORGANIZACIÓN

Biomoléculas

Los bioelementos se unen originando las biomoléculas que forman la materia viva

CompuestosInorgánicos Orgánicos• Agua

• Sales minerales

• Glúcidos

• Lípidos

• Proteínas

• Ácidos nucleicosUnión de numerosos

monómeros

POLÍMEROSMacromoléculas

formadas a base de moléculas más sencillas