3. OTROS ELEMENTOS. Iones y oligoelementos. Mencionar algunas de sus funciones e ilustrar algún ejemplo.

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1 TEMA 2. ELEMENTOS BIOGÉNICOS. GUIÓN. (1 sesión) 1. ELEMENTOS BIOGÉNICOS. -Concepto. 2. BIOELEMENTOS PRIMARIOS -RAZÓNES DE LA ABUNDANCIA DE C, H, O y N. 3. OTROS ELEMENTOS. Iones y oligoelementos. Mencionar algunas de sus funciones e ilustrar algún ejemplo. 1. CONCEPTO. Los elementos que entran a formar parte de los seres vivos no son exclusivos de la materia viva, sino que también se encuentran en la litosfera, hidrosfera y atmósfera. Bioelementos Biosfera % Litosfera Hidrosfera Atmósfera Oxígeno (O) Carbono (C) Hidrógeno (H) Nitrógeno (N) Calcio (Ca) Fósforo (P) Cloro (Cl) Azufre (S) Potasio (K) Sodio (Na) Magnesio (Mg) Hierro (Fe) Silicio (Si) Aluminio (Al) Los bioelementos más abundantes son el Oxígeno, Carbono, Hidrógeno y 1

2 Nitrógeno, los cuales también abundan en el mundo inorgánico. Podrá parecer que el Carbono escasea, pero la cantidad que hay en la atmósfera en forma de CO 2 es suficiente y de extraordinaria importancia para que las plantas puedan realizar la fotosíntesis. En la corteza terrestre los elementos más abundantes son: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K y Mg. Todos ellos forman parte también de los seres vivos, pero sólo cinco de ellos (O, Ca, Na, K y Mg) intervienen de forma relativamente abundante en la composición de la materia viva; los otros tres (Si, Al y Fe) son elementos minoritarios. En los seres vivos el Fe sólo se encuentra en cantidades vestigiales y el Si sólo forma parte, en cantidades destacables, en grupos muy concretos de vegetales como las gramíneas, equisetos, algas diatomeas, etc. La composición de la Tierra marca un límite sobre los elementos disponibles para formar la materia viva. Puesto que la vida surgió en el seno de los mares primitivos, muchos de los elementos químicos, esenciales para la vida, debieron ser seleccionados en función del comportamiento de sus moléculas o iones en medio acuoso. Podemos concluir que el O, C, H y N constituyen, por sí solos, alrededor del 95% en masa de la materia viva, se denominan elementos biogénicos o BIOELEMENTOS PRIMARIOS. Existen otros elementos: Ca, P, Cl, S, K, Na, Mg, que se encuentran en una proporción mayor o igual al 0 1% y se denominan BIOELEMENTOS SECUNDARIOS. En conjunto, los Bioelementos forman alrededor del 99% de los seres vivos. El resto de elementos, que entran a formar parte de los seres vivos en cantidades inferiores al 0 1% se denominan OLIGOELEMENTOS. 2. BIOELEMENTOS PRIMARIOS. El análisis de la materia viva permite dos conclusiones sencillas: Todos los bioelementos pertenecen al Sistema Periódico, ninguno es exclusivo de la materia orgánica. De igual forma, las moléculas de los seres vivos, se comportan igual que las moléculas inorgánicas. No todos los elementos del S.P. forman parte de los seres vivos, de forma imprescindible. La posición en el Sistema Periódico del C, H, N y O, pone en evidencia que la materia viva ha realizado una selección de sus elementos atendiendo a sus afinidades químicas y no sólo a su mayor abundancia en el medio físico que rodea a los seres vivos. 2

3 RAZONES DE LA ABUNDANCIA DE C, H, O y N. Las propiedades químicas que hacen a estos elementos, aptos para la vida son: a) Multiplicidad de enlaces: el C sobre todo, pero también el H, el O y el N, son los más aptos por su posición en el sistema periódico, para formar los enlaces covalentes. Esta capacidad del carbono para formar enlaces covalentes entre sus átomos es quizá el factor más decisivo en el establecimiento de la vida, pues permite la "construcción" de estructuras moléculares muy complejas. El C, dispone de 4 electrones desapareados, lo que le permite formar cuatro enlaces covalentes al aceptar compartir sus cuatro electrones con otros átomos. Estas cuatro valencias están "dirigidas" hacia los vértices de un tetraedro teórico en cuyo centro se encuentra el átomo de C. Esto introduce una nueva posibilidad de formar moléculas diferentes, en base a la configuración tridimensional de las mismas, lo cual resulta de extraordinaria importancia para la función biológica que realizan estas moléculas como, por ejemplo, la capacidad de los anticuerpos para unirse específicamente con determinados antígenos. Por otro lado, el C tiene la facultad de unirse consigo mismos con enlaces C-C, C C y C C, lo que les permite construir cadenas más o menos largas y anillos que constituyen los esqueletos para una variedad inmensa de moléculas orgánicas. Los enlaces C-H, C=O, C-N, etc., permiten la aparición de una variedad de grupos funcionales (hidrocarburos, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, aminas, etc.) que presentan características físicas y químicas diferentes y aumentan enormemente la posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos (por ejemplo, la reacción entre alcoholes y ácidos carboxílicos que produce ésteres). Estos enlaces covalentes son los que forman básicamente las moléculas orgánicas. Sin embargo, existe otro tipo de enlaces, los puentes de H, que no son tan rígidos ni estables como los covalentes y que también abundan en las moléculas de la vida. Esto proporciona a los seres vivos unas posibilidades de asociación y uniones lábiles que resultan de suma importancia para la actividad celular. b) Formación de compuestos estables: los compuestos orgánicos alcanzan una gran estabilidad gracias a la fortaleza de los enlaces covalentes anteriormente estudiados. Esta estabilidad aumenta al tratarse de elementos de bajo peso atómico, dado que existe una proporcionalidad inversa entre el peso atómico de los elementos y la estabilidad del enlace covalente que se forma entre ellos. Esto explica la necesidad de que intervengan enzimas en las reacciones metabólicas que permitan la ruptura de enlaces. c) Posibilidad de óxido-reducción: la mayor parte de la energía que precisan los seres vivos, la proporcionan procesos de oxidación-reducción. A grandes rasgos, los procesos catabólicos son oxidativos y los anabólicos reductivos. Tanto el C, como el N se unen fácilmente con el H para dar formas reducidas, y con el O para dar formas oxidadas. Los compuestos que así se forman pueden almacenar o liberar energía mediante reacciones de oxidación-reducción, según los requerimientos del ser vivo. 3

4 3. OTROS ELEMENTOS. El Ca es un componente esencial de los materiales esqueléticos (conchas, caparazones, huesos...); su deficiencia ocasionará alteraciones en los huesos. También desempeña un papel fundamental en la fisiología del organismo: coagulación de la sangre, liberación de neurotransmisores durante la sinapsis, contracción muscular, etc. El P, como ácido ortofosfórico, forma parte de los ácidos nucléicos, el ATP, coenzimas, fosfolípidos. Como ión fosfato, también contribuye a la construcción del esqueleto y los dientes. Los iones monovalentes: Na+ y K+ junto a los Cl- y CO 3 H- desempeñan importantísimos papeles siempre que se trate de funciones en las que la actividad química dependa de equilibrios iónicos, pequeños diferenciales eléctricos, etc. Así, estos iones intervienen en la conducción del impulso nervioso, en el mantenimiento del equilibrio osmótico o en la neutralización de las cargas de las macromoléculas. El S es responsable de la actividad catalítica de muchos enzimas, y en la composición de varias vitaminas del complejo B (biotina y tiamina) y de coenzimas (Co A). Participa en la composición de la queratina (proteína presente en la piel, el pelo y las uñas). El Mg como átomo forma parte de la clorofila y es cofactor de muchos enzimas. Asociado al Ca y al P forma parte de los huesos y dientes. El Fe forma parte del grupo "hemo" de la hemoglobina y mioglobina, encargadas del transporte de oxígeno; y es esencial para la síntesis de algunas vitaminas del grupo B. Su deficiencia ocasiona anemia. El Cu entra a formar parte de la hemocianina, pigmento presente en la hemolinfa de los Artrópodos y moluscos, de función semejante a la hemoglobina. El Zn resulta de gran importancia como catalizador, al formar parte de varios enzimas. El Mn es requerido para la síntesis de clorofila, aunque sin entrar a formar parte en ella. El I forma parte de la hormona tiroidea que regula el metabolismo energético, cuya carencia provoca la aparición del bocio, cretinismo, etc. Se utiliza como antiséptico en las heridas. El F forma parte del esmalte de los dientes, de los huesos y también aparece en la estructura de la piel, etc. Su carencia está relacionada con aparición de caries. El Co es un componente de la vitamina B 12, necesaria para la síntesis de hemoglobina y la formación de los eritrocitos. Su carencia origina anemia. Un isótopo radiactivo de este elemento se emplea en la terapia anticancerosa. El Si proporciona resistencia y elasticidad al tejido conjuntivo, cabello, piel, uñas, etc. En los cereales forma parte del tallo (silicatos de Ca), y es 4

5 muy abundante en el equiseto "cola de caballo". El Al actúa sobre el sistema nervioso central, aumenta la actividad cerebral y regula el sueño; favorece la osificación de los cartílagos durante la etapa fetal e infantil y activa los mecanismos de oxido-reducción en el metabolismo. El Cr interviene junto con la insulina en el mantenimiento de la tolerancia normal a la glucosa. Su carencia en el agua potable incide en el aumento de la diabetes juvenil. Protege de la arteriosclerosis y de las cardiopatías coronarias. El Li es un estabilizador del estado anímico (se utiliza en el tratamiento de algunas psicosis maniaco-depresivas), pues actúa sobre los neurotransmisores y la permeabilidad celular. Se ha comprobado que las poblaciones que consumen agua potable con un cierto contenido en Li son menos agresivas, y es menor el número de ingresos en hospitales psiquiátricos y la frecuencia de comportamientos violentos. Se emplea para tratar los cuadros depresivos. 5