Elementos químicos de los seres vivos
Anuncio
INTRODUCCIÓN: La biología es una gran ciencia que contribuye al desarrollo de las investigaciones científicas para comprender aún mejor las diversas formas de vida. Cuando la biología no puede llegar a abarcar una investigación por completo, deberá recurrir a ciencias auxiliares para apoyar sus estudios y poder fundamentar sus resultados, tal es el caso de la bioquímica, que es una rama de la biología que estudia las composiciones químicas presentes en los seres vivos y sus reacciones. Dicho de otro modo, la bioquímica es la ciencia de los procesos químicos, ó químico−físicos, y de los productos que representan algún papel en las funciones vitales de las plantas y de los animales, y de toda estructura que tenga vida propia. 1 Sin embargo, entre los compuestos que son de campo de sus actividades y los que se pueden sintetizar en el laboratorio no existe ningún límite, como lo señalaba Claude Bernard y en contra de lo que se creía antes. La división antigua de la química en química biológica y química mineral no tiene, pues, razón de ser. Para la primera se ha ofrecido química del carbono, si bien las combinaciones sencillas de este elemento no están incluidas en la misma. Por eso resulta mas conveniente llamarla plecoquímica ó plexiquímica y utilizar el nombre de haploquímica. Ésta cumple su cometido, ya estudiando estéticamente a los seres vivos (estequiología), ya analizándonos en su actividad (biodinamoquímica).2 La biodinamoquímica estudia el metabolismo de las sustancias biológicas: grasas, azúcares, etc.: el quimismo de las funciones vitales (respiración, digestión): la acción de ciertas sustancias endógenas (hormonas y vitaminas en parte) ó exógenas (alimentos, medicamentos, medicinas, vitaminas en parte), y los ciclos de los elementos biogenéticos en la naturaleza. El tema principal de este ensayo se enfocará a la bioquímica y a la biodinamoquímica, por lo que el haberlas descrito anteriormente fundamenta las bases del ensayo. Ya que nosotros como materia viva, necesitamos de una serie de elementos que coordinan entre si para nutrirnos y haciendo factible nuestra sobrevivencia. Pero también es importante para la biología descifrar la composición de los elementos necesarios que forman los diversos nutrientes para la mayoría de los organismos, como las sales minerales, los glúcidos, los lípidos ó grasas, los prótidos ó proteinas entre los más generales. Pero ¿cómo es que la biología ha descifrado a estos grupos? De la materia viviente puede separarse por procedimientos sencillos, puramente físicos, como la filtración, la disolución y la precipitación, un conjunto de sustancias llamadas principios inmediatos, tales como el agua, las sales minerales y unas sustancias orgánicas, llamadas glúcidos, lípidos y prótidos, así como enzimas, vitaminas y hormonas, todas ellas constituyentes del edificio viviente.3 El enfoque de este ensayo será de la contribución de la química (elementos químicos) en la vida (organismos vivos) que forman parte del campo de estudio de la Biología, por lo tanto, para hablar de los elementos, se realizará una tabla donde se explique la función de algunos elementos químicos. 1 El conocimiento del nuevo siglo, Ed. Nauta, Colombia, 2000, p. 482 (Bioquímica) 2 Diccionario Enciclopédico Quillet, Ed. Cumbre S.A., México, 1979, tomo II, p. 386 3 El conocimiento del nuevo siglo, Ed. Nauta, Colombia, 2000, p. 482 (Composición química de los seres vivos) LA ESTRUCTURA QUÍMICA INTERNA DE MUCHOS SERES VIVOS 1 Los elementos que entran en la composición de la materia viva son llamados biogenéticos, que han sido clasificados en esenciales y no esenciales según su presencia sea fundamental para la vida o no, y en primarios y secundarios según su abundancia. Para tener una amplia idea de los elementos químicos principales que están presentes en la vida, se plantean 30 elementos distintos a continuación: Elemento Símbolo Carbono C Hidrógeno H Oxígeno O Nitrógeno N Fósforo P Potasio K Azufre S Calcio Ca Aportación o presencia en los seres vivos y la Biología Algunos la consideran la estructura fundamental de la vida, ya que es un elemento muy energético que proporciona grandes cantidades de energía a los seres que la consumen. El carbono forma azúcares, como podemos apreciar el nombre carbohidratos ó hidratos de carbono, también en los lípidos, como en los glicéridos. En conclusión, el carbono es un elemento demasiado presente en la naturaleza y de gran ayuda para los seres vivos. El hidrógeno es un gas muy inestable de la materia que esta muy presente en los seres vivos. Para empezar, forma el agua, y todos ó la mayoría de los seres vivos tienen agua. El hidrógeno en forma de gas casi no se presenta en los seres vivos, ya que el mismo al ser muy inestable, siempre vendrá combinado con otros elementos. Este elemento también es fundamental en todo ser vivo y en el estudio de la biología. Todo ser vivo aerobio necesita del oxígeno para eliminar el exceso de carbono en el organismo, y alimentar a las células, proceso conocido por respiración. El oxígeno también es importante por que forma compuestos nutritivos que alimentan a muchos seres vivos. Al igual que los ya mencionados, el nitrógeno también es muy vital para los organismos, lo encontramos en la orina animal (ciclo del nitrogeno) y en las hojas de las plantas (fotosíntesis). El nitrógeno esta en los ciclos que realizan los seres vivos, es un elemento nutritivo El fósforo es un elemento fundamental en todo ser vivo, pero quisiera hablar de los problemas ecológicos (dentro del campo de estudio de la biología) que ocasiona: el fósforo como sirve de alimento para las plantas se utiliza en la elaboración de fertilizantes, pero el uso inadecuado del fósforo causa la erosión del suelo, y diversas alteraciones al suelo. Esta en muchas plantas, como el plátano. Forma glucógeno, reafirmándolo, transforma el glucógeno de los músculos, por lo que al ser comido por los animales, los nutre y evita los calambres frecuentes. El azufre cuando no tiene un uso adecuado provoca daños a los seres vivos, como cuando se expulsa en grandes cantidades, produce la lluvia ácida, que es mala para los seres vivos. Este elemento como los demás en exceso provocan daño a los seres vivos. El calcio por ejemplo, en el ser humano forma estructuras de 2 Magnesio Mg Continuación de magnesio Flúor F Cobre Cu Zinc Zn Aluminio Al Hierro Fe Silicio Si soporte y el sistema locomotor, por lo que este elemento se encuentra en grandes proporciones del ser humano. Muchos otros seres como plantas y animales (mamíferos:vaca) la tienen en grandes cantidades, un elemento en grandes cantidades en los seres vivos. El magnesio es un metal muy abundante en la naturaleza −representa el 2,09% aproximadamente−, en la que aparece formando parte de un gran número de compuestos químicos, como magnesita, dolomita, carnalita, asbesto, olivino, brucita, talco, serpentina, etc.. En el agua del mar ocupa el segundo lugar −el primero es para el sodio−, alcanzando una concentración de 1,27 g/1.ambién se encuentra, aunque en cantidades ínfimas, formando parte de la estructura orgánica de todos los seres vivos, tanto animales como vegetales. Por ello, es uno de los 22 elementos químicos llamados "bioelementos" o "elementos biogenéticos". Es el elemento más electronegativo, por lo tanto es uno de los elementos que más tienden a reaccionar con el medio. Para el estudio e ciertos tipos de huesos como las dentaduras (puede abarcarlo la odontología en el apoyo de la biología) ó esmaltes óseos, es indispensable conocer sus concentraciones en los distintos seres para realizar análisis. Es un metal pesado que se encuentra de manera mínima en un ser vivo, ya que en su condición de metal es tóxico si se presenta en grandes cantidades. El cobre también, sienta bases en la mineralogía, y la aplicación de esta al medio. No obstante, el cobre como va . También esta dentro de la electroquímica, y esta aporta grandes estudios que auxilian a la biología, Es un compuesto abundante en el océano, ya que las sales marinas estan compuestas por varios compuestos, entre ellos zinc, que es vital para la preservación de escamas en los animales, distintas funciones dependiendo del zinc en diversas algas, puede entrar en el estudio de las diversas especies biológicas clasificadas. Existe entre muchos nutrientes orgánicos en forma de silicatos de aluminio, no debe ser ingerido con exceso, provoca malestares ó hasta enfermedades crónicas, pero hay que tener que el aluminio esta en el estudio de la biología por que se presenta no solo en seres vivos, si no en minerales (mineralogía), tambien lo estudia la biología para definir conceptos básicos y la relación con el hombre y su medio. Es un elemento rojizo de gran importancia para la vida. El hierro es un elemento que nutre a los glóbulos rojos de la sangre de todo ser vivo, si se carece de hierro, la anemia es producida, por lo que es difícil la supervivencia. El hierro ha sido objeto de estudio de la biología par comprender la evolución de las células, necesitan de metales especiales para su fortalecimiento. Este elemento ha cusado mucha controversía en campos un poco fuera de la biología. ¿no lo cree?, pues la vida se ha 3 Bario Ba Estroncio Sr Rubidio Rb Litio Li Plomo Pb Sodio Na Yodo I Cloro Cl Germanio Ge estado buscando en los meteoritos, y se ha detectado presencia de carbono y de silicio, son muy fundamentales en las células primitivas, se piensa que viven estos elementos en cristales de hierro, entraría en la zona de problemas tecnológicos de la biología Es un elemento que se encuentra en las células pero sobre todo en la pigmentación (aunque usted no lo crea). La biología debe determinar las especies dependiendo del color de piel, la raza, si es pura, impura, por la genética se nivelan diversas concentraciones de bario en el cuerpo, etc. Es un elemento que afecta a la atmósfera, por lo que hay que conocer que substancis ó ue seres contienen el elemento para estudiarlo y evitar la contaminación atmosférica, El estroncio además, forma parte del agua de mar, es uno de los pocos elementos que no se encuentran compuestos en el agua de mar. Es un metal alcalino que reacciona mucho, es inestable. Dentro de muchas reacciones se desprende el calor, y el calor puede aportar grandes aportaciones al cuerpo, elevar la temperatura para quemar calorías, las dietas y nutrición que lo abarca la biología. Es un elemento que se oxida con facilidad, y más estando en combinación con los organismos, por eso la existencia de antioxidantes nos ayudan a no desaparecer este bioelemento de nuestro organismo, y la biología debe estudiarlo para conocerlo y preservarlo en el hombre. Plomo es uno de los metales que contribuye a la fortficación de ciertos órganos ó estructuras óseas. Tenemos como esceso de plomo en las personas el ennegrecimiento de encías por ejemplo, la biología estudia el rango en que este elemento puede estar en las personas. El sodio por si solo es un elemento bastante dañino para la salud, pero si esta junto con otros elementos, sus propiedades modifican y es beneficial para los seres vivos. Por esto la biología debe recurrir a su estudio para entablar bienes y males de este elemento, la ecología puede estar inmersa, relación del ser con el medio, el sodio forma parte del medio. Sirve mucho en la composición del Lugol, un identificador de almidones, ayuda a identificarlo junto con el potasio cambiando su color. La biología se apoya en sustancias como estas para la observació microscópica, microbiología, citología. Es un gas que al combinarse con elementos como el sodio forma sales minerales que sirven de nutrimentos en los seres vivos. En forma salina forma protección de huesos, nutre las células de organismos. En el medio ambiente el cloro sirve de circulación en los ciclos de elementos variados. Su principal funcion biológica es la formación de sales.... Este elemento aporta grandes estudios a la biología marina, puesto que se ha descubierto la presencia de este elemento en 4 Galio Ga Titanio Ti Manganeso Mn Boro B Radio Ra Cadmio Cd el agua de mar en pocas cantidades, y que los peces necesitan un poco de estos elementos en sus escamas, y otras especies de igual forma para sus tejidos. Es muy importante en la fitoplantación , es decir, en el uso de los suelos, por lo que da ayuda a la bioedafología, que es el aporte del estudio de los suelos a la bioogía. El galio forma parte de aquellos metales que nutren el suelo natural. Forma y nutre a las bacterias marinas conocidas como planctón, que alimenta a diversas especies. El estudio de la presencia del titanio en los seres vivos nos sienta bases para descifrar los contenidos de las células. Muchos organelos tienen en pocas cantidades el titanio, por eso cuando mueren, existe presencia de óxido de titnanio, ya que el titanio restante se mezcló con el agua del organismo, se encuentra en pocas cantidades. Nos sirve en un aspecto para estudiar sus reacciones con el agua, cuando el manganeso esta en contacto con el agua, cambia el sabor y el olor de la misma, nos sirve para el estudio más detallado del agua en ciertas zonas y que aportan a la biología el tratamiento del agua, para la fisiología humana por ejemplo, o la homeostasis, equilibrio del cuerpo con el medio acuoso. El boro es un elemento tóxico para el organismo, y dependiendo de la contaminación (problemas ecológicos) puede presentarse en el aire, es por eso que la biología debe estudiar y proponer soluciones estudiando este elemento, proponer algún anticuerpo, bastantes soluciones no específicamente del ser vivo, sino del entorno. En este queía realizar un paréntesis. El radio es el que ha dado la pauta para el descubrimiento de la radioactividad, y esta nos ha dado grandes aportaciones a la biología, nos ha resuelto muchos problemas con relación a la genética, etc... Es un elemento que se ha encontrado en la alimentación básica marina, puesto que todos los seres marinos lo presentan en su composición, y lo han tenido a través de su propia evolución. Es un elemento muy importante de estudio dentro de la hiteología marina. En esta tabla estamos observando los distintos elementos que de alguna u otra forma han sido objeto de estudio de la biología y de funcionalidad íntegra para los seres vivos. Muchos de los elementos aquí mencionados forman compuestos con propiedades específicas que son esenciales para la vida. La vida es una serie de procesos químicos, con esto esta comprobado que la vida trasciende de la química, por lo que para el estudio de los seres vivos en general y sus funciones deberá ser necesario el tener en cuenta a la química. La química como ciencia también tiene problemas, por lo que la biología también se puede ver afectada en su campo de estudio debido a los problemas químico−científicos. La biología no es un chiste, sus fundamentos nos comprueban el uso de ciencias auxiliares para estructurar conclusiones básicas en el desempeño cotidiano, o que sirven para deducir muchos fenómenos químico−biológicos actuales. 5 Cuando se habla de biología, se habla de que esta es una ciencia multidisciplinaria, es decir, que necesita de otras ciencias para realizar sus estudios, estas ciencias auxiliares también son ciencias que toman a la biología de auxilio. Los elementos químicos esenciales para la vida ó bioelementos son los que mayores aportaciones biológicas nos han dado, pues sabemos de muchos descubrimientos que se han deducido de la investigación en bioquímica (como lo decía Alan Chalmers, el proceso deductivo siempre ha dado grandes aportaciones). Pero por último, sabemos que la química también necesita estudiar a los elementos químicos para encontrarnos con la verdad de que la materia tiene diversas manifestaciones. Por lo que induciendo el conocimiento general, el ser humano será capaz de elaborar teorías que le sirvan para explicarse a sí. El investigar la relacion biológica que tienen los diversos elementos no tiene otro fin común mas que el conseguir explicarse a sí mismo (su estructura) y su relación con el entorno (relación con el medio, estructura del mismo y problemas que causa el mismo). Con esto conectamos a los temas de los ensayos anteriores, queremos deducir nuestra propia verdad(Alan Chalmers), no a través de la ciencia general (Thomas Khun) pero si auxiliándose entre varias ciencias para llegar a un fin común CONCLUSIÓN: La biología es una ciencia experimental que intenta acercarse a la verdad absoluta de lo que es el hombre y de lo que es su medio. La biología al igual que otras ciencias requiere de auxilio de otras ciencias para explicar temas que abarcan su campo de estudio, entre uno de los auxilios principales podemos encontrar a la bioquímica, que es el estudio de los elementos químicos y sus relaciones con la biología, por lo tanto, debemos empeñarnos en los problemas y las aportaciones de estos elementos para realizar estudios. Lo que se explico en la tabla no es más que algunas relaciones con el medio ambiente y con el hombre en sí, por lo que puede que la bioquímica al igual que la biología, ser una rama con problemas ecológicos, o de otro tipo para realizar sus estudios. El hombre es un ser que necesita de la mayoría de los elementos químicos para sobrevivir, ya sea que los encuentre de manera simple ó en compuestos, lo nutren y lo hacen crecer, por eso la importancia del estudio de los elementos químicos. BIBLIOGRAFÍA: 1 El conocimiento del nuevo siglo, Ed. Nauta, Colombia, 2000, pp. 482, 483 2 Diccionario Enciclopédico Quillet, Ed. Cumbre S.A., México, 1979, tomo II, p. 386 3 Burns A. Ralph, Fundamentos de química, Ed. Prentice Hall, México, 1996, pp. 633−663 4 Enciclopedia electrónica Encarta 2001 Internet: www.google.com : http://www.alquimicos.com/quimprin/37/magnesio.html http://www.miexamen.com/Fluoruros.htm http://www.arrakis.es/~lluengo/logse4.html 6 http://www.jmarcano.com/glosario/glosario_b.html http://www.fusades.com.sv/html/noticias/noticias65.html http://www.iespana.es/natureduca/cienc_suelo_formac.htm 7