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Bioelementos
INTRODUCCIÓN
Nivel molecular
La naturaleza se rige por un principio de simplicidad molecular
El 98 % de la materia viva se forma por la combinacion de 4 elementos quimicosSólo existen 4 tipos de biomoléculas orgánicasTodas las proteínas conocidas se forman por la combinación de 20 aminoácidosTodos los ADN de cualquier ser vivo se forman por la combinación de 4 tipos de nucleótidos
BIOELEMENTOS
De todos los elementos conocidos, unos setenta forman parte de los seres vivos.De ellos, veintisiete son componentes esenciales para las distintas formas de vida.Solamente dieciséis se hallan en todas las clases de organismos. Estos son los llamados bioelementos o elementos biogénicos.
PRINCIPALES ENLACES EN
BIOLOGÍA
ENLACES QUÍMICOS
Los enlaces químicos
Los átomos de los bioelementos se pueden unir con dos o más átomos del mismo o de distinto tipo.Aparecen así moléculas muy complejas pero fundamentales para la estructura y el funcionamiento de los seres vivos.Estas uniones son los enlaces químicos.La mayoría de las biomoléculas se han formado por enlaces fuertes, aunque las funciones suelen depender de los débiles.
Tipos de enlaces: covalente
Los elementos tienden a alcanzar la configuración del gas noble más cercano de la tabla periódica, es decir, a tener ocho electrones en la última capa o capa de valencia (dos en el caso del hidrógeno por proximidad con el helio)Para ello ceden o toman o comparten los electrones necesarios.El enlace covalente tiene lugar entre elementos que comparten electrones de valencia para llenar es última capa. Los electrones atraen al núcleo dejando unidos los átomos.
Si los átomos unidos por enlace covalente son iguales, al tener igual electronegatividad, el enlace se llama apolar.Si los átomos son distintos unos será más electronegativo que otro y al atraer con más fuerza los electrones se generará sobre él una carga parcial negativa y sobre el otro, una positiva. Ese enlace se llama polar.
Tipos de enlaces: covalente
Tipos de enlaces: covalente
Enlace covalente polar
Enlace covalente apolar
Tipos de enlace: iónico
Tiene lugar entre átomos con muy distinta electronegatividad de manera que uno tiene gran tendencia a captar electrones (ion negativo) y otro a cederlos (ion positivo).Se produce una unión por atracción electrostática entre iones de carga distinta.No forman moléculas fijas, sino agregados iónicos que forman parte de una red cristalina que se extiende de manera indefinida llamadas moléculas iónicas.
Tipos de enlace: iónico
Red cristalina indefinida
Son atracciones débiles que no suponen cambio químico.Unen moléculas entre sí impidiendo que todas las sustancias sean gases como sucedería si las moléculas permanecieran individualizadas.Son dos:
Fuerzas de Van der WaalsPuentes de Hidrógeno
Tipos de enlace: Fuerzas intermoleculares
Fuerzas intermoleculares: Van der Waals
Pueden ser de dos tipos:Fuerzas de dispersión aparecen en todas las moléculas, polares y apolares y se deben a la aparición de dipolos eléctricos producidos al azar de forma instantánea por perturbaciones en la distribución de cargas.Fuerzas dipolo-dipolo. Se añaden a las anteriores. Se dan entre moléculas polares. Son de origen eléctrico debidas a que el extremo positivo de una molécula queda cerca del extremo negativo de otra y se produce una atracción electrostática.
Fuerzas intermoleculares: Van der Waals
Fuerzas de dispersión
Fuerzas de dipolo-dipolo
Fuerzas intermoleculares: Puentes de Hidrógeno
Se produce entre moléculas que tienen un átomo de Hidrógeno unido a Fluor, Oxígeno o Nitrógeno.La elevada electronegatividad de estos elementos hace que los electrones se sitúen más cerca de ellos generándose sobre ellos un exceso de carga -, d-. El átomo de Hidrógeno queda con carga +, d+.El puente de hidrógeno se produce por la atracción electrostática entre cargas + parciales de H y cargas – parciales de N, O, y F.
Fuerzas intermoleculares: Puentes de hidrógeno.
Agua y puentes de hidrógeno
ADN y puentes de hidrógeno
Puentes de hidrógenoProteínas y puentes de
hidrógeno
Fuerzas intermoleculares: Puentes de hidrógeno
DISTINTOS BIOELEMENTOS
CLASIFICACIÓN
Clasificación
Los bioelementos pueden ser:Primarios: Constituyen el 99% de toda la materia viva y son C, O, H, N y, en menor medida, P y S.Secundarios: Aparecen generalmente en forma iónica y se encuentran disueltos en el medio celular. Están en proporciones bajas, incluso inferiores al 0,1%.Oligoelementos: Suelen tener funciones catalíticas y están en menor proporción de 0,1%, no obstante, su presencia es fundamental y su ausencia o exceso pueden causar trastornos.
Mn, Fe, Cu, Zn, Co, I B, Al, Si, F, Cr,
Li, Va. Mo
(99) % de la mat. viva)
Bioelementos primarios.
Necesitan electrones para completar su capa de valencia (uno el hidrógeno, dos el oxígeno, tres el nitrógeno y cuatro el carbono) por lo que forman enlaces covalentes compartiendo electrones con otros átomos.Como su masa atómica es baja, forman enlaces muy fuertes dando estabilidad a las moléculas de las que forman parte.
Importancia fisiológica de los bioelementos primarios: C e H
Carbono: Formación de estructuras y material energético (esqueleto de la vida). Cuatro electrones en su última capa con los que puede formar enlaces covalentes con otros átomos de carbono y también de hidrógeno.
Estos enlaces son lo suficientemente fuertes para que sea estable, pero no tanto como para impedir que se rompa y se forme otra cosa. Estos cuatro enlaces se dirigen hacia los vértices de un tetraedro por lo que forman estructuras tridimensionales pudiendo formar cadenas, ciclos, etc
C
C C
C C
C C
El carbono
C CEnlace simple
C CEnlace doble
C CEnlace triple
Importancia fisiológica de los bioelementos primarios: O, N, S y P
Oxígeno: es el bioelemento más electronegativo y el que aporta más polaridadNitrógeno: forma grupos amino de aminoácidos (proteínas) y nucleótidos (ácidos nucléicos)Azufre: forma grupos sulfidrilo (–HS) manteniendo la estructura terciaria de las proteínas y formando puentes disulfuro en otras sustancias (CoA)Fósforo: interviene en moléculas tan importantes como ADN (información genética), ATP (energía) fosfolípidos (estructura) ión fosfato (tampón)
Los bioelementos secundarios: abundantes
Na, K, Mg Cl y Ca.
Sus funciones son:
Los iones Na+, K+ y Cl- intervienen en el
mantenimiento del grado de salinidad y en el equilibrio
de cargas eléctricas a un lado y otro de la membrana
plasmática.
Los iones Na+ y K+, además, son fundamentales en la
transmisión del impulso nervioso.
El calcio, en forma de carbonato (CaCO3), da lugar a los caparazones de los moluscos y a los esqueletos de otros muchos animales y, como ion (Ca2+), actúa en muchas reacciones, como los mecanismos de la contracción muscular, la permeabilidad de las membranas celulares, la coagulación de la sangre, etc.
Ca
El magnesio es un componente de muchas enzimas y del pigmento clorofila. También interviene en la síntesis y degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su estabilización, en la síntesis del ARN, etc.
Mg
Oligoelementos
Entre los oligoelementos cabe citar, por la importancia de sus funciones, el Fe, Zn, Cu, Co, Mn, Li, Si, I y F.
El hierro es necesario para sintetizar la hemoglobina de la sangre y la mioglobina, dos transportadores de moléculas de oxígeno, y los citocromos, enzimas que intervienen en la respiración celular.
El cinc es abundante en el cerebro, en los órganos sexuales y en el páncreas. En este último se asocia a la acción de la hormona insulina para el control de la concentración del azúcar en sangre.
El cobre se requiere para formar la hemocianina, pigmento respiratorio de muchos invertebrados acuáticos, y para algunas enzimas oxidasas.
El cobalto hace falta para sintetizar la vitamina B12 y algunas enzimas que regulan la fijación del nitrógeno.
El manganeso actúa asociado a diversas enzimas degradativas de proteínas, como factor de crecimiento, y en los procesos fotosintéticos. Su deficiencia origina por ello amarillamiento de las hojas.
El litio actúa incrementando la secreción de los neurotransmisores y favorece la estabilidad del estado de ánimo en enfermos de depresiones endógenas.
El silicio forma parte de los caparazones de las diatomeas y da rigidez a los tallos de las gramíneas y de los equisetos.
El yodo es necesario para formar la hormona tiroidea, responsable del ritmo del metabolismo energético. Su falta provoca el bocio.
El flúor se encuentra en el esmalte de los dientes y en los huesos. Su carencia favorece la caries de los dientes.
