Bioelementos

1. BIOELEMENTOS

2. Si se hace un análisis químico de cada uno de los diferentes tipos de seres
vivos, se encuentra que la materia viva está constituida por unos setenta
elementos, (casi la totalidad de los elementos estables que existen en la
Tierra, exceptuando los gases nobles).
Estos elementos que se encuentran en la materia viva se llaman
bioelementos o elementos biogénicos (de bios, vida, y genos, origen).

3. Los bioelementos se pueden clasificar en dos grupos: los bioelementos
primarios y los bioelementos secundarios.
Los bioelementos primarios. Se llaman primarios porque son indispensables
para la formación de las biomoléculas orgánicas (glúcidos. lípidos, proteínas
y ácidos nucleicos).
Son un grupo de seis elementos, que constituyen el 96,2 % del Total de la
materia viva. Son el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrogeno (H), el
nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S).

4. Los bioelementos secundarios: Son todos los bioelementos
restantes. En este grupo se pueden distinguir dos tipos:
• Los indispensables, no pueden faltar porque son
imprescindibles para la vida de la célula, y que, en mayor o
menor proporción, se encuentran en todos los seres vivos. Son
bioelementos secundarios indispensables el calcio (Ca), el
sodio (Na), el potasio (K), el magnesio (Mg), el cloro (Cl), el
hierro (Ee), el silicio (Si), el cobre (Cu), el manganeso (Mn), el
boro (B), el flúor (F) y el yodo (I).
• Los variables, que son los que si pueden faltar en algunos
organismos. Son bioelementos secundarios variables, por
ejemplo, el bromo (Br), el cinc (Zn), el titanio (Ti), el vanadio
(V), y el plomo (Pb).

5. Otra clasificación de los bioelementos es la basada en su abundancia. Los que se
encuentran en proporciones inferiores al 0.1 % se denominan oligoelementos y el
resto bioelementos plásticos. No existe una relación directa entre abundancia y
esencialidad.
Muchos bioelementos pueden ser, por ejemplo, oligoelementos, y a la vez ser
indispensables, debido a que su función no es estructural, sino catalizadora. Así,
una pequeña cantidad de ellos es suficiente para que el organismo viva, pero la
falta total provocaría su muerte.

6. Bioelementos primarios
Si se compara la composición atómica de la biosfera, con la composición de la
atmósfera, de la hidrosfera y de la litosfera, se pueden deducir las siguientes
conclusiones:
Los altos porcentajes de H y O en la biosfera se deben a que la materia viva está
constituida por agua en un porcentaje que varía entre un 65% y un 90% . A su
vez todas las reacciones químicas que se realizan en los seres vivos se
desarrollan en el medio acuoso. No es posible la materia viva sin agua. Todo esto
se relaciona con que la vida se originó en el medio acuático.
Los porcentajes del resto de los bioelementos primarios (C, N, S y P) de la biosfera
son muy diferentes de los encontrados en la atmósfera, hidrosfera o litosfera, por
lo que no se puede deducir que la materia viva se haya formado a partir de los
elementos más abundantes, sino a partir solo de aquellos (C, H, O, N, P y S) que
gracias a sus propiedades son capaces de constituirla.

7. 1. Masa atómica es relativamente pequeña, y su capa externa está incompleta y
esto favorece que al combinarse entre sí se establezcan enlaces covalentes
estables. Cuanto menor es un átomo, mayor es la tendencia del núcleo
positivo a completar su último orbital con los electrones que forman los
enlaces, y, por tanto, más estables son dichos enlaces.
Propiedades de los
bioelementos primarios

8. 2. Dado que el oxígeno y el nitrógeno son elementos muy electronegativos, al
establecer enlaces covalentes con los otros tipos de átomos con frecuencia
dan lugar a moléculas dipolares. Dado que el agua también es dipolar, estos
compuestos se disuelven bien en ella y pueden reaccionar entre sí, haciendo
posible los procesos bioquímicos imprescindibles para la vida. El C, N y O
pueden formar enlaces dobles o triples (posibilidad de formar moléculas
diferentes).

10. 3. El C y el N, debido a su posición central en el Sistema Periódico presentan la
misma afinidad para unirse con el O que con el H, es decir, pueden pasar con
facilidad del estado oxidado (CO2, NO3H) al reducido (CH4, NH3).

11. 4. Los bioelementos mayoritarios pueden incorporarse fácilmente a los seres
vivos desde el medio externo ya que se encuentra en moléculas que pueden
ser captadas de manera sencilla (CO2, H2O, nitratos). Este hecho asegura el
intercambio constante de materia entre los organismos vivos y su medio
ambiente
nitratos
H2O
CO2
O2
ATMÓSFERA
HIDRÓSFERA
GEOSFERA
Seres vivos

12. 5. Los compuestos orgánicos formados por estos átomos se hallan en estado
reducido, y reaccionan con el oxígeno para dar compuestos inorgánicos (CO2 y
H2O), de baja energía. La energía desprendida en las reacciones de oxidación
se aprovecha para las funciones vitales de los organismos.

13. El carbono
1. Tiene cuatro electrones en su periferia y puede formar enlaces covalentes estables
con otros carbonos.
2. Puede constituir largas cadenas de átomos (macromoléculas).
3. Los enlaces pueden ser simples (C—C), dobles (C=C) o triples (C≡C), Puede unirse
a otros elementos (-H, =0, -OH, -NH2. -SH, -H2PO4, etc.), formando un gran
número de moléculas diferentes, que posibilitan una gran variabilidad de
reacciones químicas.
4. Por otro lado, los cuatro enlaces covalentes forman un tetraedro imaginario. Esto
permite la formación de estructuras tridimensionales que permiten forman
grandes macromoléculas. Los enlaces de carbono son lo suficientemente fuerte
para ser estable, pero no tanto como para impedir que se rompan.

15. El hidrógeno
1. Es el otro elemento que resulta indispensable para formar la materia orgánica
(algunos lípidos sólo están constituidos por carbono e hidrógeno y el petróleo y sus
derivados (butano, gasolina, gasóleo, etc.) también están constituidos sólo por
carbono e hidrógeno).
2. El único electrón que posee el átomo de hidrogeno le permite formar un enlace con
cualquiera de los otros bioelementos primarios. Entre el hidrógeno y el carbono se
forma un enlace covalente lo suficientemente fuerte como para ser estable, pero no
tanto como para impedir su rotura, y posibilitar así la síntesis de otras moléculas.
3. Las que están formadas sólo por carbono e hidrógeno son covalentes apolares
(insolubles en agua).

16. Es el bioelemento primario más electronegativo. Por ello cuando se enlaza con el
hidrógeno atrae hacia sí el único electrón del hidrógeno originándose polos eléctricos.
Debido a esto, los radicales -OH, -CHO y -COOH son radicales polares.
Debido a su electronegatividad el oxígeno es idóneo para quitar electrones a otros
átomos, es decir, para oxidarlos. Este proceso comporta la rotura de enlaces y la
liberación de energía (la reacción de los compuestos de carbono con el oxígeno es la
forma más común de obtener energía).
La oxidación de los compuestos biológicos se realiza 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 una gran cantidad de energía, que aprovechan los seres vivos.
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + energía
El oxígeno

17. El nitrógeno
1. Al igual que el carbono y el azufre, presenta una gran facilidad para formar
compuestos tanto con el hidrógeno (NH3) como con el oxígeno (NO3
-), lo cual
permite, en el paso de una forma a la otra, la liberación de energía.
2. Principalmente se encuentra formando los grupos amino (—NH2) de los
aminoácidos (moléculas que constituyen las proteínas) y las bases nitrogenadas,
(componentes de los ácidos nucleicos).
3. Es de destacar que, pese a la gran abundancia de gas nitrógeno en la atmósfera,
muy pocos organismos son capaces de aprovecharlo. Prácticamente todo el
nitrógeno es incorporado al mundo vivo por las algas y las plantas, que lo
absorben disuelto en forma de ion nitrato (NO3
-).

18. El azufre
Básicamente se encuentra en forma de radical sulfhidrilo (—SH) en determinados
aminoácidos. Estos radicales permiten establecer, entre dos aminoácidos próximos,
unos enlaces covalentes fuertes denominados puentes disulfuro (-S-S-), que
mantienen la estructura de las proteínas.

19. El fósforo
Este elemento permite establecer enlaces ricos en energía. Al romperse el enlace que
une dos grupos fosfato —PO3-~PO3-~PO3
2-, generalmente de una molécula de ATP, se
libera al organismo la energía contenida en dicho enlace, (7,3 kcal/mol). En estos
enlaces se almacena la energía liberada en otras reacciones, como las oxidaciones de
la respiración.
Además, el fósforo interviene en la constitución de los ácidos nucleicos (ADN y ARN),
de los fosfolípidos de la membrana plasmática y de los huesos de los vertebrados, y
ayuda a mantener constante la acidez del medio interno del organismo.

20. Diálisis: Es la separación de las partículas dispersas de elevado peso
molecular (coloides) de las de bajo peso molecular (cristaloides), gracias a
una membrana semipermeable cuyo tamaño de poro sólo deja pasar las
moléculas pequeñas (agua y cristaloides), pero no las grandes. Una
aplicación clínica es la hemodiálisis, que es la separación de la urea de la
sangre de individuos con deficiencia renal.