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Composición química de los seres vivos (I) 9 Bioelementos secundarios Constituyen aproximadamente el 4 % de la materia viva. Dentro de ellos cabe distinguir entre: • Indispensables: se presentan en todos los seres vivos: Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, Si, Cu, Mn, B, F y I. • Variables: solo aparecen en algunos: V, Pb, Ti, Br, Zn, Co, etc. Cuando un elemento se presenta en proporción inferior al 0,1 % se dice que es un oligoelemento (del griego oligos = escaso). Y en contra de lo que se puede pensar, dada su escasez, resultan imprescindibles, ya que su falta provoca enfermedades. Entre los bioelementos secundarios destacan: • Los iones de Na + , K + y Cl – que mantienen el equilibrio osmótico y son fundamentales, por ejemplo, en la transmisión nerviosa. • El calcio forma parte de esqueletos y actúa en forma iónica en diversos procesos como la contracción muscular. • Elementos metálicos, como el Fe, Mg y Cu, intervienen en procesos de óxido-reducción cediendo o tomando electrones. El hierro se encuentra, por ejemplo, en la hemoglobina y en los citocromos; el magnesio, en la clorofila; el cobre, en la hemocianina (pigmento respiratorio de muchos invertebrados). • El yodo es imprescindible para sintetizar la hormona tiroidea de los vertebrados. • El cobalto forma parte de la vitamina B 12 y de la nitrogenasa que utilizan algunas bacterias para fijar el nitrógeno atmosférico. 1.2. Los enlaces químicos y su importancia en Biología Cuando los átomos interactúan entre sí, constituyen moléculas. La fuerza con que los átomos se mantienen juntos se denomina enlace químico. Podemos clasificar los enlaces que encontramos en las biomoléculas según se indica en la tabla siguiente: Enlace covalente CLASIFICACIÓN DE LOS ENLACES QUÍMICOS Enlaces covalentes Enlaces no covalentes Simples y dobles Iónico Polares y apolares Enlace de hidrógeno Enlaces de Van der Waals Interacciones hidrofóbicas En este enlace los átomos comparten pares de electrones. Los elementos que forman este tipo de unión son muy electronegativos, tienen tendencia a ganar electrones para cubrir y estabilizar el nivel energético más externo. Oligoelementos Algunos elementos, como el selenio y el aluminio, se encuentran en concentraciones infinitesimales dentro de los seres vivos. Experimentos con ratas han demostrado que estas no crecen normalmente si no reciben cantidades muy pequeñas de vanadio, selenio y flúor en la comida. Bastan 0,5 partes por millón de flúor en la comida para restaurar en el animal las condiciones normales de salud y crecimiento. Y
10 Unidad 1 Y a Al formarse una molécula de hidrógeno (H 2 ), cada átomo de hidrógeno comparte su único electrón con el otro. Resultando de esto, los dos átomos cubren su primer nivel de energía con dos electrones, situación esta muy estable. Este tipo de elace, donde los electrones se comparten, se llama enlace covalente. En las fórmulas estructurales se representa con un guión. a Esquema de la molécula de dióxido de carbono (CO 2 ). El átomo de carbono en el centro de la molécula participa con dos enlaces covalentes dobles, uno con cada átomo de oxígeno. Cada enlace doble está formado por dos pares de electrones compartidos por los dos átomos que participan en el enlace. En las fórmulas estructurales, el enlace doble se representa por dos guiones paralelos: =. a Dibujo esquemático de una molécula de agua (H 2 O). Cada uno de los dos enlaces covalentes sencillos de esta molécula están formados por un electrón compartido del oxígeno y un electrón compartido del hidrógeno. δ + δ – a las interacciones iónicas se producen entre grupos totalmente cargados (enlace iónico) o entre grupos parcialmente cargados. La capacidad del carbono para formar estos enlaces es determinante en los sistemas biológicos. El átomo de carbono tiene cuatro electrones en su capa externa. Puede compartir cada uno de ellos con otros átomos, formando enlaces covalentes con hasta cuatro átomos distintos. Estos enlaces covalentes pueden formarse con átomos diferentes (sobre todo hidrógeno, oxígeno y nitrógeno) o con otros carbonos. La facilidad para esto último hace posible la construcción de grandes moléculas, base estructural de los seres vivos, y de la actividad química de los procesos biológicos. Existen enlaces simples cuando se comparte un par de electrones, como ocurre entre los átomos de oxígeno e hidrógeno para formar la molécula de agua, y dobles si se comparten dos pares, como en el CO . 2 Los átomos de carbono pueden formar enlaces dobles entre sí y con átomos diferentes, por lo que la diversidad de moléculas a que dan lugar es muy grande. Los enlaces simples son flexibles y permiten la rotación de los átomos entre sí. Sin embargo, los dobles son relativamente rígidos, y su presencia aporta propiedades determinadas a una molécula. Por ejemplo, la manteca y el aceite son grasas de igual composición química, pero mientras en la manteca los ácidos grasos solo contienen enlaces simples, en el aceite algunos enlaces son dobles. La rigidez de estos últimos interfiere en la ordenación de las moléculas, y en consecuencia los aceites son líquidos a temperatura ambiente. Por el contrario, en la manteca el empaquetamiento de los ácidos grasos provoca el estado sólido a temperatura ambiente. Los enlaces covalentes cuyos electrones no se comparten por igual se denominan polares. Estos enlaces son comunes en el oxígeno, que atrae fuertemente a los electrones. Como veremos en el apartado correspondiente, el agua es una molécula polar con una región cargada positivamente y otra negativamente. La naturaleza polar del agua le confiere unas propiedades muy especiales de las que depende la vida. En moléculas perfectamente simétricas como el dióxido de carbono, la distribución de cargas se contrarresta y la molécula globalmente es apolar. Enlace iónico o electrostático Resulta de la atracción mutua de iones con cargas opuestas. En ausencia de agua, las fuerzas iónicas son muy intensas, pero en solución acuosa son bastante débiles. Estos enlaces resultan muy importantes en los sistemas biológicos. Por ejemplo, un enzima que se una a un sustrato cargado positivamente presentará en el centro activo un residuo cargado negativamente. Enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno En este caso un átomo de hidrógeno es compartido por dos átomos, ambos electronegativos. Los enlaces de hidrógeno son más fuertes cuando los tres átomos se hallan en línea recta. Son más fuertes que los de Van der Waals, pero mucho más débiles que los covalentes. Ejemplos de la importancia de estos enlaces en los seres vivos los tenemos en las proteínas, cuyas estructuras, excepto la primaria, se estabilizan mediante los mismos. También vemos un ejemplo en la doble hélice del DNA, en la que se mantienen enlazadas las dos hebras antiparalelas.
Page 1 and 2: 1 unidad 1 contenidos 1. Bioelement
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