LOS BIOELEMENTOS: CONCEPTO Y CLASES

Los bioelementos son los elementos químicos
que constituyen los seres vivos.
De los aproximadamente 100 elementos
químicos que existen en la naturaleza,
unos 70 se encuentran en los seres vivos.
De éstos, sólo unos 22 se encuentran
en todos en cierta abundancia y cumplen
una cierta función.

Clasificaremos los bioelementos en:



Bioelementos primarios o macroelementos: O, C, H,
N, P y S. Los más abundantes, representan en su
conjunto el 96% del total
Bioelementos secundarios: Na+ , K+ , Ca2+ , Mg2+ ,
Cl-. Aunque se encuentran en menor proporción -4%que los primarios, son también imprescindibles para
los seres vivos. En medio acuoso se encuentran
siempre ionizados.
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.
Los bioelementos se unen entre sí para formar
moléculas que llamaremos
Biomoléculas  Las moléculas que constituyen los
seres vivos.

Estas moléculas se han
clasificado tradicionalmente en los diferentes
principios inmediatos, llamados así
porque podían extraerse de la materia viva con
cierta facilidad, inmediatamente, por
métodos físicos sencillos, como : evaporación,
filtración, destilación, disolución, etc.

Los diferentes grupos de biomoléculas son:
INORGÁNICAS
- Agua
- Sales minerales
ORGÁNICAS
- Glúcidos
- Lípidos
- Proteínas
- Ácidos nucleicos
El agua
Es una molécula sencilla que constituye la sustancia más
abundante en los seres vivos (de un 65% a un 95% de su
masa).
 Su importancia biológica se pone de manifiesto al observar
que su abundancia en un ser vivo guarda una estrecha
relación con la actividad metabólica que éste realice.

La vida es posible gracias a las atípicas características
físico-químicas que presenta.
 Cada molécula de agua está formada por dos átomos de
hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Presenta una
estructura angular con polos positivos en los hidrógenos y
un polo negativo en el oxígeno.
 El carácter polar de las moléculas de agua es
responsable de la mayoría de sus propiedades.
 Permite que se produzcan interacciones electrostáticas,
denominadas enlaces de hidrógeno, con otras moléculas
polares y con iones, o interacciones dipolo-dipolo con otras
moléculas de agua.

Propiedades Físico-Químicas del Agua y sus
Funciones en los Seres Vivos

1.- Gran Fuerza de Cohesión: La cohesión es la tendencia de
las moléculas de agua a estar unidas entre sí, esta característica
la hace un líquido prácticamente incompresible, capaz de conferir
volumen y turgencia a muchos seres vivos, uni o pluricelulares
(por ejemplo, el esqueleto hidrostático en las plantas).
2.-Elevada Capacidad Disolvente: Es el disolvente universal por
excelencia. Esta capacidad es responsable de dos importantes
funciones del agua en los seres vivos:
a) Es el vehículo de transporte que permite la circulación de
sustancias en el interior de los organismos y su intercambio con
el exterior.
b) Es el medio donde ocurren todas las reacciones
bioquímicas, ya que la mayor parte de las biomoléculas se
encuentran disueltas en ella y necesita un medio acuoso para
interaccionar.
3.-Elevado Calor Específico: El agua puede absorber una
gran cantidad de calor mientras que su temperatura sólo
asciende ligeramente, ya que parte de esa energía habrá
sido utilizada en romper los enlaces de hidrógeno. Esto la
convierte en un buen aislante térmico que mantiene la
temperatura interna de los seres vivos a pesar de las
variaciones externas.
4.-Alto Calor de Vaporización: El agua tiene la propiedad de
absorber mucho calor cuando cambia del estado líquido al
gaseoso, por tanto, para que una molécula se “escape” de
las adyacentes, han de romperse las uniones entre ellas y,
para esto, se necesita una gran cantidad de energía (más
de 500 calorías para evaporar 1 gramo de agua). Los seres
vivos utilizan esta propiedad para refrescarse al
evaporarse el sudor. Esta propiedad es utilizada como
mecanismo de regulación térmica.
Sales Inorgánicas:
En los sistemas vivos, las sales inorgánicas se encuentran
básicamente de tres modos diferentes: disueltas,
precipitadas o combinadas con moléculas orgánicas.
 La mayor parte de las sales se hallan disueltas en medios
acuosos (Na+, K+, Ca2+, Cl-, etc.) en forma de iones, que
participan en diversas reacciones químicas en función de su
afinidad eléctrica. Por ejemplo, regulación de la acidez
(pH) y formación de potenciales eléctricos.
 Otras sales se encuentran precipitadas, formando
estructuras sólidas y rígidas, tal es el caso del fosfato
cálcico (Ca3(PO4)2), que al precipitar sobre una matriz de
proteínas fibrosas forma los huesos. El caparazón de los
moluscos y de los crustáceos y la dentina de los
dientes, están formados por carbonato cálcico (CaCO3).
 Otras moléculas inorgánicas se encuentran, por último,
combinadas con alguna molécula orgánica. El ejemplo más
llamativo es el hierro (Fe2+) en la molécula de hemoglobina
y el magnesio (Mg2+) en la clorofila.
Funciones de las Sales Inorgánicas
1.- Función Estructural: Los principales tejidos de sostén están
formados por depósitos de sales sobre una matriz.
2.- Regulación de pH: La mayor parte de las estructuras biológicas
son estables gracias a un delicado equilibrio de cargas eléctricas
que se mantienen en este estado debido a la presencia de una
concentración constante de iones H+. Dicha concentración se
cuantifica mediante el pH.
3.- Formación de Potenciales Eléctricos: Las sales en solución son
iones, por lo tanto pueden ser utilizadas para crear diferencias
de potencial. Así se forma, por ejemplo, la diferencia de
potencial eléctrico que permite el funcionamiento de células
nerviosas y musculares.
4.- Papel de las Sales en la Actividad Enzimática: En un organismo
vivo, la mayoría de las reacciones químicas ocurren por la
existencia de sustancias que las catalizan (enzimas). Sin estos
catalizadores, las reacciones se llevarían a cabo a una velocidad
muy baja, tal que apenas rendirían cantidades apreciables de
producto. Muchas enzimas necesitan para su funcionamiento la
presencia de sales, estabilizando el sustrato (reactante) o
regulando la actividad de la enzima.
5.- Regulación del Volumen Celular y Ósmosis: Los
medios con concentraciones de sales muy
elevadas, denominados hipertónicos, provocan la
salida de agua del citoplasma, colapsando las
células. Por el contrario, los medios con una
concentración de sales muy baja, hipotónicos,
producen la entrada de agua en células, que se
hincha y se revienta (citólisis).
El movimiento de agua a través de membranas
semipermeables se denomina ósmosis y la presión
que ejerce el agua sobre la membrana durante
este proceso osmótico para equilibrar las
concentraciones intra y extracelular se conoce
como presión osmótica.

Elementos que forman los compuestos
orgánicos
carbono (C)
calcio (C)
sodio (Na)
oxígeno (O)
fósforo (P)
cloro (Cl)
hidrógeno (H)
potasio (K)
magnesio (Mg)
nitrógeno (N)
azufre (S)
hierro (Fe)
 Son
fácilmente incorporados desde la biosfera.
 Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo
electrones.
 El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir
más de un par de electrones, formando enlaces
dobles y triples, lo cual les dota de una gran
versatilidad para el enlace químico.
 Son los elementos más ligeros con capacidad de
formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces
son muy estables.

Debido a la configuración tetraédrica de los enlaces
del carbono, los diferentes tipos de moléculas
orgánicas tienen estructuras tridimensionales
diferentes. Esta conformación espacial es
responsable de la actividad biológica.

Las combinaciones del carbono con otros elementos,
como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc.
Permiten la aparición de una gran variedad de
grupos funcionales que dan lugar a las diferentes
familias de sustancias orgánicas. Estas presentan
características físicas y químicas diferentes, y dan
a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo
que aumenta las posibilidades de creación de nuevas
moléculas orgánicas por reacción entre los
diferentes grupos.
Monómeros y polímeros
Los polímeros son grandes
moléculas (macromoléculas)
formadas por la unión de
subunidades similares o
idénticas llamadas monómeros.
En el caso de los carbohidratos,
los polisacáridos son polímeros, y
los monosacáridos, monómeros.
Glúcidos
Los glúcidos son compuestos orgánicos constituidos
por carbono, hidrógeno y oxígeno. Reciben también el
nombre de azúcares, carbohidratos o hidratos de
carbono.
Dependiendo de la molécula que se trate, los Glúcidos
pueden servir como:

Combustible: los monosacáridos se pueden oxidar
totalmente, obteniendo unas 4 KCal/g.
Reserva energética: el almidón y el glucógeno son
polisacáridos que acumulan gran cantidad de energía
en su estructura, sirven para guardar energía excedente
y utilizarla en momentos de necesidad.


Formadores de estructuras: la celulosa o la quitina son
ejemplos de polisacáridos que otorgan estructura
resistente al organismo que las posee.
Clasificación de los carbohidratos
Disacáridos
(Sacarosa, lactosa, maltosa)
Monosacáridos
(Glucosa, fructosa,
galactosa, ribosa,
desoxirribosa)
Polisacáridos
(Almidón,
glucógeno,
celulosa)
Funciones de los Glúcidos
LOS LÍPIDOS
Están formados
principalmente por
C, H y O.
Son compuestos
insolubles en agua
pero solubles en
disolventes orgánicos.
Concepto de Lípido
Los lípidos son
biomoléculas orgánicas
formadas básicamente
por carbono e
hidrógeno y
generalmente también
oxígeno; pero en
porcentajes mucho más
bajos. Además pueden
contener también
fósforo, nitrógeno y
azufre .
Caracteristicas
Es un grupo de sustancias
muy heterogéneas que
sólo tienen en común
estas dos
características:
 Son insolubles en agua.
 Son solubles en
disolventes orgánicos,
como éter, cloroformo,
benceno, etc.
CLASIFICACIÓN
L
I
Simples
Lípidos
saponificables
Acilglicéridos
o grasas
Céridos o ceras
Fosfolípidos
P
Glucolípidos
Lipoproteínas
D
S
Lecitinas
Cefalinas
Esfingomielinas
Complejos
I
O
Monoglicéridos
Diglicéridos
Triglicéridos
Terpenos
Lípidos
insaponificables
Esteroles
Esteroides
Hormonas
esteroideas
Prostaglandinas
Cerebrósidos
Gangliósidos
Funciones de los lípidos
Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:
Función de reserva. Son las grasas en animales y los
aceites en vegetales.

Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de
las membranas. Recubren órganos y le dan
consistencia, o protegen mecánicamente.



Función biocatalizadora. En este papel los lípidos
favorecen o facilitan las reacciones químicas que se
producen en los seres vivos.
Función transportadora. El transporte de lípidos
desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza
mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y
a los proteolípidos.
GRASAS Y ACEITES

Acilglicéridos
-Son moléculas complejas que resultan de la reacción
de la glicerina con uno, dos o tres ácidos grasos
(según el número de éstos, se llaman mono, di o
triacilglicéridos).
-
-
Los triacilglicéridos son los lípidos más importantes y
abundantes, y constituyen las principales reservas
energéticas en células vegetales y animales.
Los triacilglicéridos que a temperatura ambiente son
líquidos se conocen como aceites y se hallan sobre
todo en vegetales; los que son sólidos se llaman
grasas y son propios de la mayoría de animales.
FOSFOLÍPIDOS
- Forman los llamados lípidos de membrana
porque, por sus características, son los
principales constituyentes de las membranas
biológicas.
-Todos ellos son lípidos complejos formados por:
· una parte lipídica, apolar (hidrófoba),
· otra parte no lipídica (glúcidos, aminas, restos
de fosfato, etc.), polar (hidrófila).
Este comportamiento anfipático es la causa de
su disposición en un medio acuoso, similar a la
descrita en los ácidos grasos.
Ceras



Las ceras son combinaciones de ácidos grasos de cadena
larga, con alcoholes también de cadena larga.
En general son sólidas y totalmente insolubles en agua.
Todas las funciones que realizan están relacionadas con
su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme.

Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, los frutos,
están cubiertas de una capa cérea protectora.
CH 3 (CH 2 ) 14 CO O
(CH 2 ) 15 CH 3
Esteroides

Son derivados de una estructura compleja
formada por varios anillos, el ciclo pentano
perhidro fenantreno (C.P.P.F.).

Son totalmente insolubles en agua.
En este grupo se incluye un conjunto de
compuestos de gran importancia biológica,
como el colesterol, la vitamina D y algunas
hormonas, como las sexuales.



Son los principales componentes de los seres vivos
(más del 50% del peso seco de las células y
alrededor del 16% del peso total).
Desempeñan una gran diversidad de funciones como
consecuencia de su estructura química variable.
Sin embargo, todas ellas tienen la misma
composición básica: son polímeros lineales formados
por la unión de 20 alfa-aminoácidos distintos.

La síntesis de las proteínas está regida
directamente por el material genético y, como
consecuencia, son moléculas informativas en el
sentido de que constituyen un reflejo de la

información genética.
Aminoácidos
Los proteínas están
formadas por monómeros
que se llaman
aminoácidos, si se unen
varios aminoácidos y se
estructuran forman las
proteínas.
Los aminoácidos son
compuestos orgánicos que
tienen un grupo
carboxílico y un grupo
amino.
Ácidos Nucleicos
Formados por subunidades llamadas
nucleótidos. Hay dos tipos: ADN y ARN.

Un nucleótido está
constituido por tres
subunidades
diferentes: un
grupo fosfato, una
pentosa y una base
nitrogenada
Pentosa

Estructura de un
ácido nucleico.
Ácido Desoxirribonucleico (ADN o DNA)

Constituido por dos cadenas de
desoxirribonucleótidos
(polinucleótidas) antiparalelas
(unidas por puentes de hidrogeno)
y enrolladas en espiral.
Las bases nitrogenadas que se
hallan formando los nucleótidos de
ADN son Adenina, Guanina,
Citosina y Timina. No aparece
Uracilo.


Los nucleótidos se unen entre sí
mediante el grupo fosfato.

A + G = T + C (Ley de Chargaff)
EL ARN

El Ácido Ribonucleico está constituido por la
unión de nucleótidos formados por una
pentosa, la Ribosa, un bases nitrogenadas, que
son Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo. No
aparece la Timina.

Los nucleótidos se unen formando una cadena.

En la célula aparecen cuatro tipos de ARN, con
distintas funciones, que son el ARN
mensajero, el ARN ribosómico, el ARN
transferente y el ARN heteronuclear.
Funciones de los ácidos nucleicos
Aunque sus componentes químicos son muy semejantes,
el ADN y el ARN desempeñan papeles biológicos muy
diferentes.
El ADN es el constituyente primario de los
cromosomas de las células y es el portador del
mensaje genético.


La función del ARN es transcribir el mensaje genético
presente en el ADNAy traducirlo a proteínas. El
descubrimiento de la estructura y función de estas
moléculas es hasta ahora, indudablemente, el mayor
triunfo del enfoque molecular en el estudio de la
biología. .
Funciones de los ácidos nucléicos:
 Regular las funciones de las células.
 Sintetizar las proteínas.
 Almacenar y transmitir la información
genética.
 El ADN contiene los genes de todas las
características necesarias para formar un
nuevo individuo.
 El ARN es el que se encarga del
mecanismo de transmisión del mensaje del
ADN hasta su expresión en proteínas
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