La vida en el planeta, se encuentra determinada por un conjunto de relaciones en las que se evidencia un extraordinario flujo de información y un continuo intercambio de materia y energía. La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, está formada por átomos, que son las unidades mínimas que la constituyen. Los seres vivos, el agua, las estrellas todo lo que nos rodea está formado por átomos.
La diversidad de elementos químicos viene dada por la variedad de tipos de átomos. Cada tipo de átomo constituye un elemento químico diferente. Actualmente se conocen 105 elementos químicos, de los cuales 84 se encuentran en forma natural y el resto han sido producidos en forma artificial en los laboratorios.
Como ya dijimos, la naturaleza esta constituida por materia, y toda la materia viva por ende también está constituida por materia, que a su vez está constituida por átomos y estos conforman elementos. A los elementos que constituyen la materia viva se les conoce con el nombre de Bioelementos, estos a su vez se clasifican según sean esenciales o no para la vida en: Bioelementos primarios y bioelementos secundarios
Elementos esenciales para la vida
Los Bioelementos Primarios, son aquellos elementos químicos esenciales, presentes en la materia viva, en las células, tejidos, órganos y sistemas que los conforman desde los más simples hasta los más complejos. Como dijimos anteriormente toda la materia, en general, viva o no, está conformada por átomos, y todo lo que está formado por un solo tipo de átomos se le conoce como elemento, los elementos, conocidos hasta los actuales momentos son 105.
En la constitución, de la materia viva podemos encontrar, al menos 70 elementos químicos estables, prácticamente el total de los elementos que existen en el planeta, menos los gases nobles. Cerca del noventa y nueve por ciento (99%) de toda la materia viva existente, en su mayoría, sus células están constituidas por estos seis elementos: Carbono(C), hidrógeno (H2), oxígeno (O2), Nitrógeno(N2); Fosforo (P) y Azufre(S) que son los más abundantes en la materia viva que encontramos en la superficie terrestre. Se les denomina bioelementos por formar parte esencial de la constitución básica o primaria de los de los seres vivos.
Tipos de bioelementos
Según formen o no, parte de la constitución esencial de las biomoléculas de la materia viva los Bioelementos se pueden clasificar en: bioelementos primarios y bioelementos secundarios.
Bioelementos Primarios
Son todos aquellos bioelementos que forman parte de la constitución esencial de la materia viva, ya que forman parte indispensable en la formación de las biomolécula orgánicas: proteínas, glúcidos, lípidos, y ácidos nucleicos. Ellos constituyen la materia viva neta y son: Carbono(C), hidrógeno (H2), oxígeno (O2), Nitrógeno (N2); Fosforo (P) y Azufre (S).
Carbono(C)
Es el componente básico esencial de todas las moléculas orgánicas, aparece en todas las cadenas como el esqueleto que da forma y función a las biomoléculas orgánicas. Todos los compuestos orgánicos están formados por cadenas carbonadas que forman enlaces con otros elementos o compuesto.
Tiene cuatro electrones en su capa más externa y puede formar enlaces covalentes con otros carbonos que le permiten constituir largas cadenas de átomos (macromoléculas). Estos enlaces pueden ser simples, dobles o triples. También pueden unirse a los distintos radicales formados por los elementos (-H,=O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4) entre otros, por lo que posibilita la formación de un gran número de moléculas diferentes, que intervendrán en multiplicidad de reacciones químicas, y así ocurre el aprovechamiento de la diversidad presente en el entorno.
El carbono es un componente esencial para los animales y vegetales. Forma parte indispensable de la molécula de glucosa, Carbohidrato importante para la realización de procesos como la respiración; también interviene en la fotosíntesis, bajo la forma de CO2 (dióxido de carbono).
El carbono también forma parte de otra macromolécula esencial para la vida, la del ADN, esta molécula contiene la información genética que confiere a cada individuo las características que le sin propias, y que a su vez es utilizada para por el organismo para replicarse y transmitir esa información a sus descendientes
El Hidrógeno
El hidrógeno, junto con el oxígeno, forma parte esencial de la materia orgánica. En el caso de algunos lípidos solo exhiben en su constitución átomos de carbono e hidrógeno. El ion electrón que tiene el átomo de hidrogeno en su última capa, le permite establecer uniones con facilidad con cualquiera de los bioelementos primarios.
El enlace covalente que se forma entre el carbono y el hidrógeno es lo suficientemente fuerte como para ser estable, pero no tanto como para impedir que se separe y permitir así, la síntesis de otras moléculas. Las moléculas formadas, solo por hidrógeno y carbono son covalentes a polares (insolubles en agua).
El oxígeno
El oxígeno, es de todos los Bioelementos primarios el más electronegativo, y cuando se une con el hidrógeno, atrae a su único electrón originándose polos eléctricos por lo que los radicales –OH, -CHO, y COOH son radicales polares. Cuando estos radicales sustituyen a algunos hidrógenos de la cadena de carbonos e hidrógenos como la glucosa (C6H12O6) dan lugar a moléculas como el agua que son solubles en líquidos polares.
El oxígeno, debido a su electronegatividad tiene la capacidad para atraer electrones de otros átomos. Este proceso conlleva necesariamente la ruptura de enlaces y la liberación de grandes cantidades de energía. Los compuestos de carbono y el oxígeno, reaccionan con lo que se conoce como respiración aeróbica, y es una forma común de obtención de energía. Otra de las vías para obtener energía es la fermentación, esta ha ido reduciéndose desde que las algas y las plantas, por medio de la fotosíntesis empezaron a producir oxígeno para la atmósfera primitiva.
Los proceso de oxidación de compuestos biológicos, se lleva a cabo, a través de la sustracción de átomos de hidrógeno a los átomos de carbono. El oxígeno, por ser más electronegativo, ejerce mayor fuerza sobre el electrón de hidrógeno que sobre el de carbono por lo que consigue arrancarlo.
Así se forma agua, con el hidrógeno más el oxígeno y se libera gran cantidad de energía que aprovechan los seres vivos. Como el átomo de carbono pasa a compartir un electrón con el hidrógeno, al compartir menos electrones con el oxígeno, experimenta una pérdida de electrones, es decir se oxida.
El Nitrógeno
El nitrógeno es un elemento que forma parte de la atmosfera en un 78% aproximadamente. Además es un componente esencial de las proteínas del ácido desoxirribonucleico (ADN), responsable de transmitir los caracteres hereditarios de padres a hijos. El ADN está presente en todas las células del cuerpo, de allí la importancia del nitrógeno para los seres vivos.
Por lo general el nitrógeno no puede ser absorbido directamente, sino formando parte de otros compuestos como nitratos, nitritos o compuestos de amono que lo contienen. Antes de ser aprovechado por los seres vivos el nitrógeno necesita pasar varias etapas:
- Amonificación, proceso por el cual el nitrógeno es transformado en amoniaco.
- Nitrificación que consiste en transformar el amoniaco en nitritos y nitratos.
- La fijación proceso a través del que el nitrógeno pasa a través de varios procesos a convertirse en nitrito o en nitrato, ambas sustancias aprovechables para los seres vivos
El nitrógeno, se encuentra en los aminoácidos, es decir, en las moléculas que constituyen las proteínas, formando grupos amino (-NH2) y en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos. El nitrógeno es el gas más abundante en la atmósfera, no obstante esto, muy pocos organismos son capaces de aprovecharlo. Casi la totalidad del nitrógeno incorporado a la materia viva por las algas y las plantas es absorbido en forma de ion nitrato (NH3).
El nitrógeno posee una gran facilidad para formar compuestos tanto con el hidrogeno (NH3) como con el oxígeno (NO-), lo que le permite pasar de una forma a la otra liberando así energía.
El Azufre como componente de proteínas aminoácidos esenciales, vitaminas y hormonas importantes, el azufre es esencial tanto para los seres humanos como para los animales.
El azufre representa el 0.25% del peso de nuestro cuerpo, esto significa que un cuerpo adulto, mediano promedio contiene alrededor de 170g de azufre, gran parte de este, se encuentra en los aminoácidos. El azufre, forma parte de los ácidos biliares, esenciales para la digestión y la absorción de grasas. Ayuda a mantener la piel, el cabello las uñas sanas y tiene un papel fundamental en la formación de tejidos. Generalmente el azufre esta presente en verduras como el rábano, zanahoria, los productos de la leche, queso, los mariscos y la carne
El Fósforo
La cantidad de fósforo presente en la atmósfera es insignificante. La mayor reserva de fósforo la encontramos en los sedimentos marinos. Los suelos, constituyen, en orden de importancia el segundo almacén de fósforo de la naturaleza. También lo podemos encontrar en la corteza terrestre como componente de diversos minerales por efecto de la meteorización química, los fosfatos son liberados del mineral, se disuelve y son transportados por las aguas.
Una parte del fosfato se precipita, fundamentalmente en forma de fosfato de calcio, y otra parte llega a los mares, donde se acumulan grandes cantidades de fósforo, que constituyen las llamadas trampas de fósforo.
El fósforo en forma de fosfato orgánico, es sumamente importantes para la materia viviente ya que:
- Es uno de los componentes de los ácidos nucleicos (ARN y ADN, que constituyen el material genético de los organismos
- Se encuentra como componente del adenosin trifosfato, que es una fuente de energía celular casi universal en la materia viviente
- Es uno de los componentes de los huesos.