Composicin qumica de los seres vivos

Una de las caractersticas comunes de todos los seres vivos es que tenemos en comn nuestra composicin qumica, que es diferente de la que presenta la materia inanimada. Esta diferencia se observa ya a nivel elemental: los seres vivos presentamos los elementos qumicos en una frecuencia diferente a nuestro entorno.De los aproximadamente 92 elementos qumicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos. De stos, slo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta funcin.Llamamos bioelementos a los elementos qumicos ms abundantes en los seres vivos. Son solo algunos de los elementos qumicos que podemos encontrar en la naturaleza, mientras que otros apenas se encuentran en los organismos. Los bioelementos primarios son aquellos que se encuentran en todos los organismos, y prcticamente en todos los compuestos que los forman. Los fundamentales son Carbono, Hidrgeno, Oxgeno y Nitrgeno, pero adems se incluyen en esta categora Fsforo y Azufre.Adems, existe otro grupo de bioelementos, a los que llamamos secundarios, que son imprescindibles para la mayora de los seres vivos; entre ellos se incluyen Cloro, Hierro, Calcio, Sodio, Potasio y Magnesio. Adems, algunos otros elementos qumicos aparecen formando parte de la materia viva en muy pequea proporcin; se les llama oligoelementos si su frecuencia est en torno al 0.1% de los seres vivos, y vestigiales si aparecen en una proporcin inferior al 0.01%.

Los bioelementos y la tabla peridicaUna mirada a la tabla peridica de los elementos qumicos, sealando sobre ella la posicin de los bioelementos, nos dar una curiosa informacin:

Observa la posicin de los bioelementos:Casi todos son de nmero atmico bajo (excepto el Molibdeno y el Iodo, llegan hasta el 30)Todos los bioelementos primarios son de carcter no metlico (en el lado derecho de la tabla. Recuerda que el Hidrgeno tiene una posicin ambigua, y que en muchas ocasiones se sita en el lado derecho, junto al Helio, porque sus propiedades qumicas lo justifican).Los elementos metlicos se encuentran muy prximos entre s, formando casi una secuencia completa a lo largo del cuarto periodo.abundancia de elementos qumicos en el Universo La abundancia relativa de los bioelementos tambin es sorprendente: en el universo en general, existe una cierta relacin entre el nmero atmico de un elemento qumico y su abundancia relativa, relacin que es consecuencia de un proceso fsico (los elementos ms pesados se forman a partir de los ms ligeros). Hay excepciones a este proceso, relacionadas con la inestabilidad de ciertos materiales, o con la naturaleza de las reacciones nucleares que las forman, pero la regla general es bastante aceptable, como puede observarse en la figura de la derecha.En la corteza terrestre, la abundancia relativa de los elementos qumicos difiere bastante significativamente de la que se observa en el Universo en general, porque los ms ligeros son mucho menos abundantes (se perdieron porque la atraccin gravitatoria de la Tierra no era suficiente para retenerlos).Por ltimo, si comparamos la abundancia relativa de los elementos qumicos presentes en los seres vivos con los que aparecen en la corteza o en el Universo, seguimos notando que existe una gran diferencia entre las tres distribuciones.BIOELEMENTOS

ConceptoTABLA

BIOELEMENTOSOLIGOELEMENTOS

Primarios Secundarios Indispensables Variables

OCHNPSNa+K+Mg2+Ca2+Cl-MnFeCoCuZnBAlVMoISi

- Se denominan elementos biognicos o bioelementos a aquellos elementos qumicos que forman parte de los seres vivos. Son bioelementos los elementos qumicos que forman parte de la materia orgnica. La inmensa mayora de los seres vivos estn formados por los mismos elementos qumicos. La tierra se compone de unos 100 elementos qumicos y la vida se constituye en un 96% por cuatro de ellos: Oxgeno, Carbono, Hidrgeno y Nitrgeno. Aunque el oxgeno es el elemento mayoritario, es el carbono el elemento ms representativo de la materia viva por su capacidad para combinarse con otros elementos y formar largas y muy variadas cadenas.

Clasificacin1. Elementos mayoritarios- Estn presentes en porcentajes superiores al 0,1 % y aparecen en todos los seres vivos.a. Bioelementos primarios (C, H, O, N /// P, S)- Principales constituyentes de las biomolculas. En conjunto 95% de la materia viva (C 20 %, H 9.5 %, O 62 % y N 2,5 %).El hecho de que los bioelementos primarios sean tan abundantes en los seres vivos se debe a que presentas ciertas caractersticas que los hacen idneos para formar las molculas de los seres vivos. As:* Aunque no son de los ms abundantes, todos ellos se encuentran con cierta facilidad en las capas ms externas de la Tierra (corteza, atmsfera e hidrosfera).ElementosCorteza (%) Elementos Seres vivos (%)

OxgenoSilicioAluminioHierro 47 28 8 5OxgenoCarbonoHidrgenoNitrgeno 63 20 9,5 3

* Sus compuestos presentan polaridad por lo que fcilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporacin y eliminacin.* El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxgeno o al hidrgeno, por lo que pasan con la misma facilidad del estado oxidado al reducido. Esto es de gran importancia, pues los procesos de oxidacin-reduccin son la base de muchos procesos qumicos muy importantes y en particular de los relacionados con la obtencin de energa como la fotosntesis y la respiracin celular.* El C, el H, el O y el N son elementos de pequea masa atmica y tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre s enlaces covalentes fuertes y estables. Debido a esto dan lugar a una gran variedad de molculas y de gran tamao. De todos ellos el carbono es el ms importante. Este tomo es la base de la qumica orgnica y de la qumica de los seres vivos.b. Bioelementos secundarios (Na, K, Ca, Mg, Cl)- En conjunto 4,5% de la materia viva.2. Oligoelementos (Fe, Mn, I, F, Co, Si, Cr, Zn, Li, Mo) son los Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.- Presentes en porcentajes inferiores al 0,1%, no son los mismos en todos los seres vivos. Son indispensables para el desarrollo armnico del organismo.- Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos.

BIOMOLCULAS

- Las biomolculas o principios inmediatos, son las molculas que forman parte de los seres vivos. Las biomolculas o tambin llamados principios inmediatos son las combinaciones de los bioelementos formando molculas. Las que pueden existir fuera y en los seres vivos son las inorgnicas y las que son exclusivas de la materia viva son las biomolculas orgnicas. Las molculas orgnicas son exclusivas de la materia viva. Son los azcares o glcidos que tienen funcin energtica, de reserva y formadores de estructuras, los lpidos: son los aceites y las grasas con misiones fundamentalmente energticas y estructurales; las protenas: largas cadenas formadas por aminocidos con mltiples e importantsimas funciones como reguladoras, estructurales, defensivas, transportadoras, reserva...; y los cidos nucleicos: cadenas largas formadas por nucletidos que almacenan la informacin gentica. Biomolculas

Inorgnicas- Agua- Minerales

Orgnicas- Glcidos- Lpidos- Protenas- cidos Nucleicos

BIOMOLCULAS INORGNICASLas molculas inorgnicas son el agua y las sales minerales. El agua es la molcula mayoritaria en todos los seres vivos. Cuanto ms actividad tiene una clula u organismo y ms joven es, ms cantidad de agua posee. Es el medio de transporte de sustancias, es el medio fsico en el que se producen las reacciones qumicas y mantiene la temperatura y las condiciones internas de los seres vivos constantes.Las sales minerales forman parte de los minerales y las rocas. Se encuentran en estructuras slidas (esqueletos, conchas, cenizas, huesos...).El agua- El agua - 60-90% de la materia viva. Su abundancia depende de la especie, la edad (menor proporcin en individuos ms viejos) y la actividad fisiolgica del tejido (mayor porcentaje los que tiene mayor actividad como tejido nervioso o muscular). Aparece en el interior de las clulas, en el lquido tisular y en los lquidos circulantes.1. Estructura- El agua es una molcula dipolar: los electrones que comparten el O y el H estn desplazados hacia el O por su mayor electronegatividad por lo que esa zona de la molcula tiene una ligera carga negativa y la de los H es ligeramente positiva. Cuando dos molculas de agua se aproximan, la zona positiva de una molcula y la negativa de otra se atraen. Estas interacciones intermoleculares se conocen como puentes de hidrgeno.2. Propiedades y funciones biolgicas- A diferencia de otras sustancias de peso molecular semejante, el agua es lquida a temperatura ambiente. Debido a su polaridad el agua es buen disolvente de los compuesto inicos y polares. Los lquidos orgnicos (citoplasma, lquido tisular, plasma, linfa, savia) son disoluciones acuosas que sirven para el transporte de sustancias y como medio en el que se producen las reacciones metablicas.- El agua no slo es el medio en el que transcurren las reacciones del metabolismo sino que interviene en muchas de ellas como en la fotosntesis, en las hidrlisis y en las condensaciones.- El calor especfico (calor necesario para elevar 1C la temperatura de 1 g) es relativamente elevado, as como el calor de vaporizacin. Gracias a estas dos propiedades el agua interviene en la termorregulacin.- Mxima densidad a 4C. Como consecuencia el hielo flota sobre el agua lquida, lo que impide los ocanos y otras masas menores de agua se congelen de abajo a arriba.- En el agua son elevadas las fuerzas de cohesin (atraccin entre las molculas de agua) y de adhesin (atraccin entre el agua y una superficie) lo cual origina los fenmenos de capilaridad por los que el agua asciende en contra de la gravedad por conductos de dimetro muy fino (capilares). Estos fenmenos contribuyen al transporte de sustancias en los vegetales.- Igual que otros lquidos el agua es incompresible y acta como amortiguador mecnico (lquido amnitico, lquido sinovial) o como esqueleto hidrosttico (lquido celmico en anlidos).Las sales minerales1. Sales con funcin estructural- Aparecen precipitadas formando estructuras esquelticas, como el carbonato de calcio (caparazones calcreos) o el fosfato de calcio (esqueleto de vertebrados).2. Sales con funcin reguladora- Se encuentran ionizadas, disueltas en un medio acuoso.a. Fenmenos osmticos- Osmosis: difusin a travs de una membrana semipermeable (solo permite el paso del disolvente).- Medios hipertnico (el de mayor concentracin), hipotnico (el de menor) o isotnico (cuando los dos medios separados por la membrana semipermeable tienen la misma concentracin de solutos).- A travs de una membrana semipermeable el agua pasa siempre del medio hipotnico al hipertnico.- Plasmlisis (prdida de agua de una clula en un medio hipertnico) y turgencia (la clula se hincha en un medio hipotnico, pudiendo llegar a estallar (lisis) si carece de pared celular y la diferencia de concentraciones es grande).b. Regulacin del pH- Soluciones amortiguadoras formados por un cido dbil y su base conjugada (o viceversa).- El equilibrio H2CO3 _ HCO3 - + H+ es responsable del mantenimiento del pH en la sangre. Si el pH tiende a acidificarse el exceso de H+ se une al HCO3- (que acta como base) formndose H2CO3 recuperndose el pH inicial. Ante una basificacin del medio el equilibrio se desplaza hacia la derecha liberndose H+ por disociacin del H2CO3 (un cido dbil) recuperndose tambin el pH inicial.CationesAcciones

Na+Impulso nervioso y equilibrio hdrico. Abundante en los medios extracelulares

K+Transmisin del impulso nervioso. Contraccin muscular

Ca2+Contraccin muscular. Coagulacin sangunea. Sinapsis. Cofactor. Estructural

Mg2+Cofactor. Contraccin muscular.

La regulacin es ms precisa porque el H2CO3 se encuentra en equilibrio con el CO2 disuelto en el plasma (CO2 + H2O _ H2CO3_ HCO3- + H+).c. Cationes que realizan acciones especficas.