BIOELEMENTOS Prof. Laura Mendoza

“Mucho se alegrará el padre del justo, Y el que engendra sabio se gozará con él” Proverbios 23:24

LA MATERIA VIVA: PROTOPLASMA Es un sistema físico-químico muy complejo y termodinámico muy activo porque capta energía. ESTADO FÍSICO PROTOPLASMA = MATERIA VIVA = MATERIA VIVIENTE

BIOELEMENTOS El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de elementos y compuestos químicos. Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en:

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CLASIFICACIÓN DE LOS BIOELEMENTOS % EN LA MATERIA VIVA ÁTOMOS Primarios 96% C, H, O, N, P, S Secundarios 3,9% Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe Oligoelementos 0,1% Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, Si...

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

BIOELEMENTOS PRIMARIOS LOS MÁS IMPORTANTE POR SER LOS ESTRUCTURALES (SIN ELLOS NO EXISTIRÍA MATERIA ORGÁNICA) 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

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS RESPONSABLES DEL FUNCIONAMIENTO (SIN ELLOS NO EXISTIRÍA VIDA) El Calcio forma parte de los huesos, conchas, caparazones, y necesario en la contracción muscular o en la formación del tubo polínico. El Sodio y el Potasio son esenciales para la transmisión del impulso nervioso. El Magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la clorofila. El Cloro es necesario para mantener el balance de agua en la sangre y en el fluido intersticial.

OLIGOELEMENTOS Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1% en peso El Iodo para la formación de tiroxina: reguladora del metabolismo. El Hierro constituyente de mio y hemoglobina. El Manganeso como factor de crecimiento y cofactor enzimático. El Cobalto forma parte de la vitamina B12. El Fluor forma parte de la dentina. El Litio como neurotransmisor y relacionado con las depresiones. El Aluminio es un cofactor enzimático, regulador del sueño. El Cobre forma la hemocianina y transporta oxígeno en invertebrados

BIOELEMENTOS SECUNADARIOS 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.

BIOELEMENTOS SECUNADARIOS 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 fluído intersticial

OLIGOELEMENTOS 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 .

OLIGOELEMENTOS 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.

Las proteínas Todas las proteínas tienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas poseen también azufre. Si bien hay ligeras variaciones en diferentes proteínas, el contenido de nitrógeno representa, por término medio, 16% de la masa total de la molécula; es decir, cada 6,25 g de proteína contienen 1 g de N. El factor 6,25 se utiliza para estimar la cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición de N de la misma.

NOTA El cobre es un oligoelemento esencial que está presente en todos los tejidos del cuerpo. Los oligoelementos Fe, Mn, Zu y Ca en el plátano El calcio es el mineral más abundante en el cuerpo humano, siendo los huesos y los dientes los que lo contienen en mayor cantidad (alrededor del 99%). Los aniones más importantes en el territorio extracelular (es decir, entre plasma e intersticio) es el cloro y el bicarbonato. Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA SAL El sodio (Na) de la sal hace que los componentes alcalinos y ácidos del cuerpo se mantengan siempre en un estado estable. Por ejemplo, la cal hace un papel importante en el momento de la digestión, ya que ayuda al ácido para hacer la digestión. También tiene un papel importante en la función de mantenimiento de los músculos y de los nervios. El sodio forma parte de todas las plantas y vegetales. El Cloro (Cl) de la sal, ayuda en la fabricación de los jugos gástricos, muchas veces, la falta de este componente produce en el ser humano mareos, flacidez, desgana y nerviosismo. Sobre todo después de sudar mucho las cualidades de la sal se pierden creando así un desequilibrio mental y corporal.

CLASIFICACIÓN DE LAS BIOMOLÉCULAS Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en: INORGÁNICAS Agua Sales minerales Algunos gases: O2, CO2, N2, ... ORGÁNICAS Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos y nucleóticos

EL AGUA EN QUÍMICA, EL AGUA ES UN COMPUESTO FORMADO POR DOS ÁTOMOS DE HIDRÓGENO Y UNO DE OXÍGENO. SU FÓRMULA MOLECULAR ES H2O. EL AGUA CUBRE TRES CUARTAS PARTES DE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA. EL 3% DE SU VOLUMEN ES DULCE. DE ESE 3%, UN 1% ESTÁ EN ESTADO LÍQUIDO, COMPONIENDO LOS RÍOS Y LAGOS. EL 2% RESTANTE SE ENCUENTRA FORMANDO CASQUETES O BANQUISA EN LAS LATITUDES PRÓXIMAS A LOS POLOS.

EL AGUA La vida, tal como se conoce en el planeta Tierra, se desarrolla siempre en medio acuoso. Incluso en los seres no acuáticos el medio interno es esencialmente hídrico. Es la biomolécula más abundante. El agua pura no conduce la electricidad (agua pura quiere decir agua destilada libre de sales y minerales) Forma dos diferentes tipos de meniscos: cóncavo y convexo. Tiene una tensión superficial, que la de otros líquidos.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA En cuanto a las propiedades físicas del agua, conviene destacar: a) El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida (0-100º C) b) La anómala variación de la densidad con la temperatura c) Su elevada constante dieléctrica d) Su carácter dipolar e) Su calor específico y calor de vaporización elevados

EL HIELO FLOTA EN EL AGUA El hielo flota sobre el agua y actúa a modo de aislante La anómala variación de la densidad con la temperatura (densidad máxima a 4º C) determina que el hielo flote en el agua, actúe como aislante térmico y en consecuencia, posibilite el mantenimiento de la gran masa de agua de los océanos (que albergan la mayor parte de la biosfera) en fase líquida, a 4º C.

ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTICA Su elevada constante dieléctrica permite la disociación de la mayoría de las sales inorgánicas en su seno y permite que las disoluciones puedan conducir la electricidad

CARÁCTER DIPOLAR Su carácter dipolar hace que las moléculas de agua se orienten en torno a las partículas polares o iónicas, formando una envoltura de solvatación, lo que se traduce en una modificación de las propiedades de estas partículas.

CALOR ESPECÍFICO Y DE VAPORIZACIÓN ELEVADOS Su calor específico y calor de vaporización elevados permiten que el calor liberado en reacciones bioquímicas exotérmicas sea fácilmente absorbido y/o eliminado con pequeña variación de la temperatura del individuo. Su calor específico y calor de vaporización elevados permiten que el calor liberado en reacciones bioquímicas exotérmicas sea fácilmente absorbido y/o eliminado con pequeña variación de la temperatura del individuo.                                                                                                                                                                                           CALOR ESPECÍFICO Y DE VAPORIZACIÓN ELEVADOS Su calor específico y calor de vaporización elevados permiten que el calor liberado en reacciones bioquímicas exotérmicas sea fácilmente absorbido y/o eliminado con pequeña variación de la temperatura del individuo.

PROPIEDADES QUIMICAS DEL AGUA Con respecto a las propiedades químicas del agua, hay que señalar: Su gran capacidad de formación de enlaces de hidrógeno Su capacidad de disociación

CAPACIDAD PARA FORMAR PUENTES DE HIDROGENO Cada molécula de agua puede formar 4 puentes de hidrógeno, ya que tiene: dos átomos de H susceptibles de ser cedidos dos dobletes electrónicos capaces de aceptar otros tantos átomos de H

CAPACIDAD PARA FORMAR PUENTES DE HIDROGENO Su capacidad de disociación y la rápida emigración de los iones resultantes (H+ y OH-) explican la importancia crítica del pH en muchos procesos biológicos.                                                              CAPACIDAD PARA DISOCIARSE

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA Propiedades químicas [No posee propiedades ácidas ni básicas. Con ciertas sales forma hidratos. Reacciona con los óxidos de metales formando bases. Es catalizador en muchas reacciones químicas También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

ACCIÓN CAPILAR La acción capilar ocurre porque el agua es pegajosa -- las moléculas del agua se pegan unas a otras y a otras substancias como el vidrio, la ropa, tejidos orgánico y la tierra.

Tensión superficial

MOLÉCULA DE AGUA

MOLÉCULA DE AGUA

MOLÉCULA DE AGUA

pH: es el potencial de iones hidrógeno pH = - log [H+] Ionización del agua: es reversible pH: es el potencial de iones hidrógeno pH = - log [H+] 38

líquido intracelular 6 a 7.4 orina 6.8 a 7.2 sudor 5 a 7.0 sangre arterial, 7.4 sangre venosa 7.35 líquido intracelular 6 a 7.4 orina 6.8 a 7.2 sudor 5 a 7.0 jugo gástrico 2.0 a 2.5 Semen 7.5 Acidosis: pH sanguíneo menor 7.36 Alcalosis: pH sanguíneo mayor 7.44 39

El agua pura es un compuesto muy estable, es decir, requiere de mucha energía para descomponerse en sus elementos químicos (para romper un mol de enlaces) El pH del agua potable debe estar entre 6,5 y 8,5.

par carbonato-bicarbonato par monofosfato-bifosfáto Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH mayores a unas décimas de unidad. Han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos. Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente Buffers biológicos: par carbonato-bicarbonato par monofosfato-bifosfáto 41

SALES MINERALES EN LOS SERES VIVOS Los procesos vitales requieren la presencia de ciertas sales bajo la forma de iones como los cloruros, los carbonatos y los sulfatos.* Los minerales se pueden encontrar en los seres vivos como sales minerales de tres formas Precipitadas Constituyen estructuras sólidas: Silicatos: Carbonato cálcico: fosfato de calcio:. Disueltas Asociadas a moléculas orgánicas

SALES PRECIPITADAS Constituyen estructuras sólidas: Silicatos: caparazones de algunos organismos (diatomeas), espículas de algunas esponjas y estructura de sostén en algunos vegetales (gramíneas).

SALES PRECIPITADAS Constituyen estructuras sólidas: Carbonato cálcico: caparazones de algunos protozoos marinos, esqueletos externos de corales, moluscos y antrópodos, así como estructuras duras. antrópodos moluscos Coral en forma de pilar

SALES PRECIPITADAS fosfato de calcio: esqueleto de vertebrados. En forma precipitada, las sales minerales, forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee En forma precipitada, las sales minerales, forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee.

Las sales minerales Disueltas ( aniones y cationes) . Los principales son: Cationes: Na + , K + , Ca 2+ y Mg 2+ . Aniones: CI - , SO 4 2- , PO 4 3- , CO 3 2- , HCO 3 - y NO 3 - . Asociadas a moléculas orgánicas : fosfoproteínas, fosfolípidos,…

SALES MINERALES

PRESIÓN OSMÓTICA HIPOTÓNICO HIPERTÓNICO

Plasmólisis Se produce ya que las condiciones del medio extracelular son hipertónicas; debido a esto, el agua que hay dentro de la vacuola sale al medio hipertónico (ósmosis) y la célula se deshidrata ya que pierde el agua que la llenaba. Finalmente se puede observar cómo la membrana celular se separa de la pared (la célula se plasmoliza).

FIN