BIOELEMENTOS, AGUA Y SALES MINERALES

Biol. Esteban López Medrano

Bioelementos Velasco et al, (2010)

y Campbell y Reece (2007)

Son aquellos que en sí mismos conforman a los seres vivos.

Se han identificado alrededor de 70 bioelementos, aunque no todos están presentes en todos los seres vivos, ni aparecen en las mismas proporciones.

Solo 25 de los 92 elementos son esenciales para la materia vida y de acuerdo a su abundancia se dividen en primarios y secundarios.

Velasco et al, (2010) y Campbell y Resce (2007)

Clasificación de bioelementos

Elementos primarios

Constituyen cerca del 96% de un ser vivo

Carbono Forma cuatro enlaces covalentes simples, dobles o triples.Los enlaces son principalmente: C-C, C-H, C-O, C-N y C-S. Estos enlaces favorecen la formación de esqueletos lineales, ramificados o cíclicos. Asimismo, favorece la formación de grupos funcionales, particulares de las moléculas orgánicas.Es el único elemento que favorece la formación de moléculas de gran tamaño y formas diferentes.

Hidrógeno Esta presente en todas las moléculas orgánicas y tiene gran abundancia en el planeta y en el universo. Es un elemento importante en las reacciones redox (oxidación-reducción). Es esencial en la formación de la molécula de agua.

Oxígeno Elemento importante para la realización de la respiración celular aerobia y para la formación de la molécula de agua.

Nitrógeno Elemento indispensable en la formación de aminoácidos (proteínas) y bases nitrogenadas (nucleótidos). Es uno de los elementos más abundantes en la atmosfera y en el suelo.

Fósforo Elemento indispensable en la formación de nucleótidos y ácidos nuecleicos. Además tiene gran importancia para el almacenaje y transferencia de energía.

Azufre Elemento indispensable en la formación de algunos aminoácidos (proteínas) y algunas vitaminas esenciales para los procesos metabólicos.

Elementos secundarios

Constituyen cerca del 4% de un ser vivo

Los indispensables porque están presentes en todos los seres vivos: Calcio, Sodio, Potasio, Magnesio, Cloro, Hierro, Silicio, Cobre, Manganeso, Boro, Flúor y Yodo.

Los variables porque sólo están presentes en algunos seres vivos: Vanadio, Plomo, Talio, Bromo, Zinc, Cobalto, entre otros.

Clasificación de bioelementos

Gráfica de abundancia relativa porcentual de bioelementos primarios y algunos secundarios

Velasco et al, (2010)

O C H N Ca P Cl S K Na Mg Fe Si Al0

10

20

30

40

50

60

70 62

20

103 2.5 1.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.10.01 0 0

Biosfera

Tipos de elementos

Porc

enta

je d

e a

bundancia

(%

)

O C H N Ca P Cl S K Na Mg Fe Si Al0

102030405060708090

21

0.03 0

78

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Atmósfera

Tipos de elementos

Porc

enta

je d

e a

bundancia

(%

)

O C H N Ca P Cl S K Na Mg Fe Si Al0

10

20

30

40

50

60

70

33

0

66

0 0 0 0.330.020.010.30.03 0 0 0

Hidrosfera

Tipos de elementos

Porc

enta

je d

e a

bundancia

(%

)

O C H N Ca P Cl S K Na Mg Fe Si Al0

10

20

30

40

50 46.5

0.2 0.1 03.6

0.1 0 0.042.6 2.8 2.15

27.7

8.1

Litosfera

Tipos de elementos

Porc

enta

je d

e a

bundancia

(%

)

Gráficas de porcentaje de abundancia de algunos elementos en cuatro zonas del planeta

Jimeno et al. (2008)

Agua

Propiedades: Eleva la tensión superficial lo cual

permite un “comportamiento” como si fuese de membrana más o menos elástica.

Elevados parámetros térmicos. En el caso del agua el calor específico (calor para elevar un grado una unidad de masa) y el calor de vaporización (calor para cambio de estado).

Poder disolvente. Muchos compuestos inorgánicos y orgánicos se pueden disolver muy bien en agua.

Funciones del agua:

• Disolvente casi universal. Función realmente importante, ya que todas las reacciones químicas de las células tienen lugar en un medio acuoso.

• Transporte. El agua transporta sustancias desde el exterior al interior del organismo y viceversa, así como en el propio organismo.

• Estructural. El volumen y forma de las células que carecen de capas rígidasse mantienen gracias al contenido de agua.• Amortiguadora. El agua frente a grandes cambios de temperatura, ayuda en la regulación de ésta. • Lubricante. Su reducida viscosidad amortigua el roce en articulaciones y entre órganos.• Vehículo de excreción. Los productos tóxicos son eliminados en medio acuoso, lo que rebaja su

toxicidad.• Función de hidrólisis. Participa, a través de sus iones, en las reacciones de hidrólisis catalizadas por

hidrolasas.

Sales minerales

Son moléculas inorgánicas compuestas de elementos que principalmente se encuentran en baja proporción en los seres vivos.

Las sales minerales se obtienen del entorno o como “residuos” de algunas reacciones que involucran a moléculas orgánicas.

La proporción de las sales minerales en los organismos, varia con base en la edad y las estructuras donde se encuentran.

Las sales minerales se encuentran en tres formas: Sólidas o

cristalizadas, no ionizadas (constituyen estructuras rígidas como huesos y conchas);

En estado iónico, disueltas en el medio celular o en líquidos extracelulares y circulantes.

Formando parte de moléculas orgánicas.

Clasificación de sales minerales

Se pueden clasificar con base en su solubilidad en:

Insolubles, las cuales forman parte de diferentes estructuras duras del organismo como conchas, caparazones, huesos, dientes, exoesqueletos, etc. Los crustáceos y los moluscos

presentan caparazones de carbonato cálcico (CaCO3), en las diatomeas son de sílice (SiO2). El esqueleto interno de los vertebrados presenta una parte mineral formada por la asociación de varios componentes minerales, sobre todo carbonato y fosfato cálcico [Ca3(PO4)2]. Además, el esmalte de los dientes presenta fluoruro cálcico (CaF2).

Clasificación de sales minerales Solubles, las cuales en

presencia del agua se encuentran disueltas en ésta participando en procesos de regulación osmótica. Las sales solubles se

encuentran en forma de iones, las cuales pudieron haber ganado electrones (aniones -) o las que los perdieron (aniones +).

Cationes: Na+, K+, Mg2+, Ca2+ y amonio (NH4+);

Aniones: Cl-, fosfatos (PO43-, PO4H2-, PO4H2-), sulfato (SO42-), nitrato (NO3-) y carbonatos (CO32-, CO3H-).

Los iones mantienen un grado de salinidad constante dentro del organismo, y ayudan a mantener también constante su pH.

Un grupo de sustancias minerales se encuentran asociadas a sustancias orgánicas, pueden hallarse unidas a proteínas u otras biomoléculas.

Algunos iones como Mn2+, Cu2+, Mg2+, Zn2+, etc., son esenciales para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertas enzimas.

El ión ferroso-férrico forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina, proteínas encargadas del transporte de oxígeno.

Algunos iones tienen funciones específicas como: el ión ferroso (Fe2+) necesario para la correcta función de la hemoglobina, el yodo (I) para la función de la hormona tiroidea y el magnesio (Mg2+) está presente en la clorofila.

Intervienen en la transmisión del impulso nervioso (Na+ y K+), y la contracción muscular (Ca2+).

Grupos funcionales

Son agrupamientos de átomos dentro de un compuesto que le confieren un comportamiento químico particular y dicho comportamiento es común en todos todos los compuestos que contengan este agrupamiento.

Se llama grupo funcional al átomo o grupo de átomos que caracteriza una clase de compuestos orgánicos y determina sus propiedades… Esencialmente, el grupo funcional es la porción no hidrocarbonada de la molécula.

Los residuos hidrocarbonados unidos a los grupos funcionales actúan como modificantes, en lugar de ser factores primarios en la determinación de las propiedades físicas y químicas de los compuestos

Albores-Velasco, Martha; Caballero-Arrollo, Yolanda; González Quezada, Yolanda y Pozas Horcasitas, Rocio (2006) Grupos Funcionales Nomenclatura y reacciones principales. México: Facultad de Química, UNAM.

Allinger, Norman L.; Cava, Michael P.; De Jongh, Don C.; Johnson, Carl R.; Lebel Norman A. y Stevens, Calvin L. (1984) Química orgánica. México: Editorial Reverté.

Grupos funcionales

Composición vs percepción

La denominación de carbohidratos significa literalmente carbonos hidratados o hidratos de carbono, lo cual refleja una composición química de Cn(H2O)n, donde n ≥ 3.

Los carbohidratos son denominados azucares debido a la percepción gustativa de éstos, por lo que también son llamados sacáridos. La palabra sacáridos proviene de la palabra griega shakarón, que significa azúcar.

Los glúcidos son biomoléculas formadas por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) en una proporción de CnHn2On o (CH2O)n. Se les suele llamar hidratos de carbono o carbohidratos, lo cual es poco apropiado ya que no son átomos de carbono enlazados a moléculas de agua, sino átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos (-OH) o radicales hidroxilo y a radicales hidrógeno (H).

El nombre glúcidos deriva de la palabra glucosa, del griego glykys, que significa dulce (percepción)

Melo, R. Virgina y Cuamatzi , T. Óscar (2006) Bioquímica de los procesos metabólicos. México: Reverté Ediciones.

Jimeno, Antonio; Ballesteros, Manuel y Ugedo, Luis (2008) Biología. México: Santillana.

Monosacáridos

Monosacáridos

Pentosas de relevancia fisiológica, constituyentes de nucleótidos, ácidos nucleicos y numerosas coenzimas

Melo y Cuamatzi (2006)

Hexosas de importancia fisiológica

Melo y Cuamatzi (2006)

Disacáridos

Polisacáridos

Glicoproteínas

Lípidos

Son biomoléculas insolubles en agua y otros disolventes polares.

Son un grupo de sustancias muy heterogéneo.

Básicamente están compuestos por carbono e hidrógeno, además del oxígeno pero en proporciones muy bajas.

Algunos pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre.

Lípidos

Lípidos con ácidos grasos o saponificables

Simples

Aciglicéridos

Céridos

Compuestos

Fosfolípidos

Lípidos sin ácidos grasos o insaponificables

Terprenos o isoprenoides

Esteroides

Prostaglandinas

Ácidos grasos: moléculas formadas por largas carbono con radicales hidrógeno, pero con la particularidad de su último carbono formando un grupo carboxilo (también llamado grupo ácido)

Bibliografía

Albores-Velasco, Martha; Caballero-Arrollo, Yolanda; González Quezada, Yolanda y Pozas Horcasitas, Rocio (2006) Grupos Funcionales Nomenclatura y reacciones principales. México: Facultad de Química, UNAM.

Allinger, Norman L.; Cava, Michael P.; De Jongh, Don C.; Johnson, Carl R.; Lebel Norman A. y Stevens, Calvin L. (1984) Química orgánica. México: Editorial Reverté.

Campbell y Reece (2007)Jimeno, Antonio; Ballesteros, Manuel y Ugedo, Luis (2008) Biología. México:

Santillana.Koolman, Jan () Bioquímica. Texto y Atlas. México: Editorial Mediaca

Panamericana.Melo, R. Virgina y Cuamatzi , T. Óscar (2006) Bioquímica de los procesos

metabólicos. México: Reverté Ediciones.Thibodeau, Gary A. y Patton, Kevin T. (2008) Estructura y función del cuerpo

humano. Barcelona: Elsevier.Velasco et al, (2010)