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.

Al comparar las tres gráficas podemos llegar a estas conclusiones: La proporción es muy diferente en las tres gráficas. Los ss.vv. son muy selectivos, pues no han utilizado los elementos más abundantes, sino los más idóneos para sus estructuras y funciones. La vida, además de necesitar elementos idóneos, tuvo que tenerlos disponibles. Así, por ejemplo, el Al (aluminio) es muy abundante en la corteza y, sin embargo, apenas forma parte de los ss.vv. El Al, al no ser apenas soluble en agua, es difícil de obtener por los ss.vv. En cambio, los elementos más abundantes (C, H, O, N) se obtienen fácilmente de la atmósfera e hidrosfera.

Bioelementos principales [ > 97% ] De acuerdo con su abundancia en los ss.vv., clasificamos los bioelementos en tres categorías: Bioelementos principales [ > 97% ] Bioelementos secundarios [aprox. 2,5 %] Oligoelementos [< 0,5 %]

Bioelementos principales [ > 97% ] Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre H O N P S

Bioelementos principales [ > 97% ] Constituyen el 95 % de la materia viva C Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas H (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) O N P S

Bioelementos principales [ > 97% ] Constituyen el 95 % de la materia viva C Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas H (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) O N Forma parte de Aminoácidos (=> y proteínas) Ácidos nucleicos (ADN y ARN) Nucleótidos (como el ATP) Clorofila Hemoglobina Muchos glúcidos y lípidos etc. P S

Bioelementos principales [ > 97% ] Constituyen el 95 % de la materia viva C Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas H (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) O N Forma parte de Aminoácidos (=> y proteínas) Ácidos nucleicos (ADN y ARN) Nucleótidos (como el ATP) Clorofila Hemoglobina Muchos glúcidos y lípidos etc. P Forma parte de Nucleótidos Coenzimas Fosfolípidos etc. Moléculas inorgánicas como fosfatos y sales minerales S

Bioelementos principales [ > 97% ] Constituyen el 95 % de la materia viva C Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas H (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) O N Forma parte de Aminoácidos (=> y proteínas) Ácidos nucleicos (ADN y ARN) Nucleótidos (como el ATP) Clorofila Hemoglobina Muchos glúcidos y lípidos etc. P Forma parte de Nucleótidos Coenzimas Fosfolípidos etc. Moléculas inorgánicas como fosfatos y sales minerales S Forma parte de Cisteína y metionina (dos aminoácidos presentes en casi todas las proteínas). Otras moléculas orgánicas (p.ej. Vitaminas B, CoenzimaA,…)

Bioelementos Elementos biogénicos mayoritarios: siempre en la materia viva. Elementos biogénicos primarios: C, H, O, N, S y P. Constituyen el 97% en masa de la materia viva. Forman parte de la materia viva por: 1. Facilidad de formar enlaces covalentes. 2. C, N y O pueden compartir más de un par de electrones, formando simples, dobles o triples enlaces que los hacen muy versátiles. 3. Son los elementos más ligeros capaces de formar enlaces estables, su ligereza favorece su adaptación al campo gravitacional. 4. Capacidad de formar largar cadenas. C. 5. Capacidad para adoptar diferentes estructuras espaciales. 6. Dificultad para oxidarse: estabilidad en la atmósfera y desprenden mucha energía en su oxidación. Elementos biogénicos secundarios: Mg, Ca, K, Na y Cl. Constituyen el 2,5% en masa de la materia viva.

Bioelementos Oligoelementos: No siempre se encuentran presentes en la materia viva, constituyen menos del 0,5% de la masa total del organismo. Oligoelementos esenciales: Son esenciales para la vida pero no superan un 0,1% de la masa total. Fe, Mn, Cu, Zn, F, I, B, Si, V, Cr, Co, Se, Mo y Sn. Oligoelementos no esenciales: No son esenciales para la vida pero realizan funciones de vital importancia.

El carbono Tiene cuatro electrones en su periferia y puede formar enlaces covalentes estables con otros carbonos. Puede constituir largas cadenas de átomos (macromoléculas). Los enlaces pueden ser simples (C—C), dobles (C=C) o triples (C≡C). 4. 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. 5. Por otro lado, los cuatro enlaces covalentes forman un tetraedro imaginario. Esto permite la formación de estructuras tridimensionales que permiten formar grandes macromoléculas. Los enlaces de carbono son lo suficientemente fuertes para ser estable, pero no tanto como para impedir que se rompan.

Azufre Se 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. Magnesio Forma 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. 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 el fluido intersticial

Forma parte del esmalte dentario y de los huesos. Hierro Fundamental 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.

CUERPO HUMANO ALFALFA I % II % I % O ............... 62,81 Ca .............. 1,38 S ................ 0,64 P ................ 0,63 Una ............ 0,26 K ............... 0,22 Cl .............. 0,18 Mg ............. 0,04 F ................. 0,009 Fe ............... 0,005 Si ................ 0,004 Zn .............. 0,0025 Al ............... 0,001 Cu ............. 0,0004 Sn .............. 0,0002 Br............... 0,0002 Mn ............. 0,0001 I ................. 0,0001 O ............... 77,9 C ............... 11,34 H ................ 8,72 N ................ 0,83 P ............... 0,71 Ca................ 0,58 K ............... 0,23 S ............... 0,103 Mg.............. 0,08 Cl .............. 0,07 Si ............ 0,0001 Fe ........... 0,0027 Al ............ 0,0025 Bo ........... 0,0007 Mn .......... 0,00036 Zn ........... 0,00035 Cu .......... 0,00025 Ti ............ 0,00009 Composición química comparada del cuerpo humano y de la alfalfa.

Grupos funcionales de compuestos orgánicos OH hidroxilo (alcohol) C O carbonilo (cetona) C O H carbonilo (aldehído) C O OH carboxilo (ácido) C O OR éster (éster) NH2 amino (amina) P O ion fosfato (éster fosfórico)

TIPOS DE REPRESENTACIONES MOLECULARES Formas de representar las moléculas TIPOS DE REPRESENTACIONES MOLECULARES FÓRMULA MOLECULAR FÓRMULA SEMIDESARROLLADA FÓRMULA DESARROLLADA REPRESENTACIONES ESPACIALES MODELO DE VARILLA MODELO COMPACTO

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.

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 organización Niveles abióticos Nivel atómico Partículas subatómicas Átomos o bioelementos Nivel molecular Biomoléculas Macromoléculas ? complejos macromoleculares y orgánulos Niveles bióticos Nivel celular Células Seres unicelulares Nivel orgánico o pluricelular Tejidos Seres pluricelulares Órganos Aparatos y sistemas Nivel de poblaciones Población Comunidad (biocenosis) Ecosistema Biosfera

Niveles abióticos Los niveles de organización Niveles bióticos Particulas subatómicas Moléculas Niveles abióticos Orgánulos Macromoléculas Átomos Órganos Células Individuo Niveles bióticos Aparatos y sistemas Tejidos Ecosfera Comunidad Población Ecosistema

Átomos de los bioelementos Enlace Iónico Enlace Covalente Sales Minerales Agua Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos Nucléicos Principios inmediatos no exclusivos de la materia viva Principios inmediatos exclusivo de la materia viva

Biomoléculas Los bioelementos se unen originando las biomoléculas que forman la materia viva Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos Compuestos Agua Sales minerales Inorgánicos Orgánicos Unión de numerosos monómeros Macromoléculas formadas a base de moléculas más sencillas POLÍMEROS

Si su proporción es muy pequeña La materia viva Está formada por Bioelementos Por su abundancia son Si su proporción es muy pequeña Primarios Secundarios Oligoelementos Establecen Formando Enlaces químicos Biomoléculas De tipo De función Agua Son Inorgánicas Sales minerales Estructural Energética Glúcidos Proteínas Dinámica Son Orgánica Lípidos Nucleótidos