elementos de la vida (21386)

Bioelementos y biomoléculas inorgánicas. Elementos biogénicos
Por mucha diferencia que veamos entre un virus, un tomate, un elefante o una bacteria,
podemos decir sin miedo a equivocarnos que todos ellos están formados principalmente
por
carbono,
hidrógeno,
oxígeno,
nitrógeo,
azufre
y
fósforo.
El carbono es un elemento muy versátil, capaz de formar gran variedad de compuestos, ya
que se puede unir consigo mismo formando largas cadenas, y con otros átomos diferentes,
principalmente hidrógeno y oxígeno. Estos dos últimos unidos forman el agua, la base en
la que se desarrollan las reacciones químicas caracteristicas de la vida, y que también es
el
componente
mayoritario
de
los
seres
vivos.
Existen elementos que forman parte minoritaria en los seres vivos, que aparecen en
proporciones muy pequeñas. Por ejemplo, el molibdeno, que forma parte del sistema que
transforma energía luminosa en energía química en las plantas, o el cobalto, que aparece
en el hígado formando parte de la vitamina B12.
Los elementos de la vida
Los bioelementos o elementos biogénicos son los elementos químicos presentes en los
seres vivos. La materia viva está constituida por unos 70 elementos, la práctica totalidad de
los elementos estables que hay en la Tierra, excepto los gases nobles. No obstante,
alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células está constituida por cuatro
elementos, carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), que son mucho más
abundantes
en
la
materia
viva
que
en
la
corteza
terrestre.
La proporción de los diversos bioelementos es muy diferente a la que hallamos en la
atmósfera, la hidrosfera o la corteza terrestre; esto nos indica que la vida ha seleccionado
aquellos elementos que le son más adecuados para formar sus estructuras y realizar sus
funciones. Por ejemplo, el carbono representa aproximadamente un 20% del peso de los
organismos, pero su concentración en la atmósfera, en forma de dióxido de carbono es muy
baja, de manera que los seres vivos extraen y concentran este elemento en sus tejidos.
Si bien los elementos químicos de los seres vivos están presentes en el planeta, la
proporción en que se encuentran es diferente, incluso de la que se encuentra en la corteza
terrestre, que es donde se desarrolla la vida. Esto indica que los seres vivos han
seleccionado aquellos elementos que son más idóneos para el desarrollo de la vida.
De todos los elementos que se encuentran en la corteza, los seres vivos únicamente han
aprovechado 70, siendo tan sólo 16 comunes a todos ellos. Esto nos confiere la idea de
que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos específicos, no por casualidad, sino
por tener unas propiedades acordes con los procesos necesarios para la vida.
La siguiente tabla muestra la proporción de algunos bioelementos en el cuerpo humano y
en el la corteza de la Tierra.
Elemento
Corteza de la Tierra
(%)
Cuerpo
(%)
Oxígeno (O)
50,02
62,81
Carbono (C)
0,18
19,37
Hidrógeno (H)
0,95
9,31
Nitrógeno (N)
0,03
5,14
Calcio (Ca)
3,22
1,38
Fósforo (P)
0,11
0,64
Azufre (S)
0,11
0,63
Sodio (Na)
2,36
0,26
Potasio (K)
2,28
0,22
Cloro (Cl)
0,20
0,18
Magnesio (Mg)
2,08
0,04
Fluor (F)
0,10
0,009
Hierro (Fe)
4,18
0,005
Aluminio (Al)
7,30
0,001
Manganeso
(Mn)
0,08
0,0001
Silicio (Si)
25,80
-
Atendiendo a la abundancia, pero no a su importancia, se pueden dividir a los bioelementos
en bioelementos primarios, bioelementos secundarios y oligoelementos.
Bioelementos primarios: C, H, O, N
Son los elementos mayoritarios de la materia viva, donde representan al menos el 95% de
la misma, y que son indispensables para la formación de glúcidos, lípidos, proteinas,...
Las propiedades que hacen al carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno tan
importantes son:

El carbono, nitrógeno y oxígeno pueden compartir más de un par de electrones,
formando dobles o triples enlaces, lo cual les permite ser muy versátiles para formar
enlaces.

Son los elementos más ligeros capaces de formar enlaces covalentes, enlaces muy
estables.

Es interesante la capacidad que tiene el carbono para formar enlaces estables
carbono-carbono, lo que permite que pueda formar largas cadenas o incluso estructuras
cíclicas, y también unirse a otros elementos, aumentando la capacidad de crear grupos
funcionales, como aldehidos, cetonas, alcoholes, aminos,... que dan pie a una gran
diversidad de compuestos. Los enlaces que forma son lo suficientemente fuertes como para
formar compuestos estables, y a la vez son susceptibles de romperse sin excesiva
dificultad. Por esto, la vida está constituida por carbono y no por silicio, un átomo con la
configuración electrónica de su capa de valencia igual a la del carbono. El hecho es que las
cadenas silicio-silicio no son estables y las cadenas de silicio y oxígeno son prácticamente
inalterables, y mientras el dióxido de carbono, CO2, es un gas soluble en agua, su
equivalente en el silicio, SiO2, es un cristal sólido, muy duro e insoluble (sílice).

La configuración tetraédrica de los enlaces de carbono permite a las moléculas que
forma tener estructuras tridimensionales diferentes, algo importante en la funcionalidad de
la célula.

Los compuestos derivados por átomos de carbono se encuentran en estados muy
reducidos. Como el oxígeno es muy abundante en el medio, estos compuestos tienen una
tendencia a oxidarse para formar compuestos de baja energía, como el CO2 y el agua. La
energía desprendida en estas oxidaciones es aprovechada para las funciones vitales de los
seres vivos.

El oxígeno es un elemento muy electronegativo que permite la obtención de energía
mediante la respiración aeróbica. Además, forma enlaces polares con el hidrógeno, dando
lugar a radicales polares solubles en agua (-OH, -CHO, -COOH).

El nitrógeno se encuentra principalmente como grupo amino (-NH2) presente en las
proteínas ya que forma parte de todos los aminoácidos. También se halla en las bases
nitrogenadas de los ácidos nucleicos. Prácticamente todo el nitrógeno es incorporado al
mundo vivo como ion nitrato, por las plantas. El gas nitrógeno solo es aprovechado por
algunas bacterias del suelo y algunas cianobacterias.
Bioelementos secundarios: S, P, Mg, Ca, NA, K, Cl
También son elementos que forman parte de los seres vivos, pero aparecen en una menor
proporción, alrededor del 4.5% de la mase total del organismo.

El azufre (S) aparece en dos aminoácidos, la cisteína y la metionina, que aparecen en casi
todas las proteínas. También se encuentra en otras sustancias, como las vitaminas del
complejo B y en la Coenzima A. Forma parte de los sulfatos, sales necesarias para la vida.

El fósforo (P) es un elemento necesario de los nucleótidos, compuestos base de los ácidos
nucleicos (ADN y ARN), y de sustancias de gran interés biológico, como muchas coenzimas
(NAD+ y NADP+ por ejemplo). También se pueden encontrar en los fosfolípidos, sustancias
fundamentales en la construcción de las membranas de las células. Es parte integrante de
los fosfatos, sales necesarias pra los seres vivos.

El magnesio (Mg) forma parte de la molécula de la clorofila, presente en las plantas, donde
actúa como catalizador en las reacciones de la fotosíntesis.

El calcio (Ca) aparece formando parte del carbonato cálcico (CaCO3), que es el componente
principal de las estructuras esqueléticas de la mayor parte de los animales. En su forma
iónica estabiliza muchas estructuras celulares, como el huso mitótico, y también interviene
en muchos procesos fisiológicos, como la contracción muscular, la coagulación de la sangre
y también en la transmisión del impulso nervioso.

El sodio (Na), el potasio (K) y el cloro (Cl) aparecen como iones de las sales minerales
disueltas en el agua de los seres vivos. Participan en una gran cantidad de procesos
fiosiógicos como la transmisión del impulso nervioso, ya que son los responsables de la
creación de los potenciales de membrana. En las plantas, es el potasio quien regula el
mecanismo de apertura y cierre de los estomas de las hojas.
Oligoelementos
Los oligoelementos son bioelementos presentes en pequeñas cantidades (menos de un
0.5%) en los seres vivos y tanto su ausencia como una concentración por encima de su
nivel
característico
puede
producir
graves
transtornos.
Se han podido aislar unos 60 oligoelementos, pero sólo 14 pueden considerarse comunes
para la mayor parte de ellos, recibiendo por tanto el nombre de oligoelementos
esenciales, que son:

Hierro (Fe): forma parte de la molécula de hemoglobina y de los citocromos que forman
parte de la cadena respiratoria. Su facilidad para oxidarse le permite transportar oxígeno a
través de la sangre combinándose con la hemoglobina para formar la oxihemoglobina. Se
necesita en cantidades mínimas porque se reutiliza, no se elimina. Su falta provoca anemia.

Manganeso (Mn): tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en
distintas enzimas, destacando el superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que
cataliza la dismutación de superóxidos.

Cobre (Cu): estimula el sistema inmunitario. Podemos obtenerlo en los vegetales verdes, el
pescado, los guisantes, las lentejas, el hígado, los moluscos y los crustáceos.

Zinc (Zn): es un elemento químico esencial para las personas: interviene en el metabolismo
de proteínas y ácidos nucleicos, estimula la actividad de aproximadamente 100 enzimas,
colabora en el buen funcionamiento del sistema inmunitario, es necesario para la
cicatrización de las heridas, interviene en las percepciones del gusto y el olfato y en la
síntesis del ADN.

Flúor (F): se acumula en huesos y dientes dándoles una mayor resistencia.

Iodo (I): es un elemento químico esencial. La glándula tiroides fabrica las hormonas tiroxina
y triyodotironina, que contienen yodo.

Boro (B): se encarga del mantenimiento de la estructura de la pared celular en los vegetales.

Silicio (Si): proporciona resistencia al tejido conjuntivo y forma parte del óxido de silicio que
constituye el esqueleto de muchas plantas, como las gramíneas y los equisetos, y también
el caparazón de muchos microorganismos como las diatomeas.

Vanadio (V): es un elemento esencial en algunos organismos. En humanos no está
demostrada su esencialidad, aunque existen compuestos de vanadio que imitan y potencian
la actividad de la insulina.

Cromo (Cr): potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células.
Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las
carnes magras, las hortalizas, las aceitunas y los cítricos (naranjas, limones, toronjas, etc.),
el hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo.

Cobalto (Co): componente central de la vitamina B12.

Selenio (se): el dióxido de selenio es un catalizador adecuado para la oxidación,
hidrogenación y deshidrogenación de compuestos orgánicos.

Molibdeno (Mo): se encuentra en una cantidad importante en el agua de mar en forma de
molibdatos (MoO42-), y los seres vivos pueden absorberlo fácilmente de esta forma. Tiene
la función de transferir átomos de oxígeno al agua.

Níquel (Ni).
Para otros elementos, como el litio (Li), el estaño (Sn) o el cadmio (C, su esencialidad no
está totalmente aceptada; incluso de la anterior lista no está clara la esencialidad del
bromo y el boro.
Cada elemento tiene un rango óptimo de concentraciones dentro de los cuales el
organismo, en esas condiciones, funciona adecuadamente; dependiendo del elemento
este rango puede ser más o menos amplio. El organismo deja de funcionar
adecuadamente tanto por presentar deficiencia como por presentar un exceso en uno de
estos elementos.