Bioelementos: Los Ladrillos de la Vida

Los bioelementos son elementos químicos que forman parte de los seres vivos y son los encargados de formar sus estructuras. Aproximadamente hay unas 70 biomoléculas. Los elementos más abundantes son carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre.

Clasificación de los Bioelementos

Macroelementos

Son aquellos que se encuentran en mayores cantidades en la materia viva, desde 0.1 g hasta 65 kg. Los cuatro elementos básicos son: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

• Oxígeno: Es el elemento capaz de oxidar cualquier contexto con el que tenga contacto y cambiarlo químicamente. Representa el 65% de la masa corporal, es esencial para la respiración celular, está presente en casi todos los compuestos orgánicos y forma parte del agua.
• Carbono: Constituye el esqueleto de las moléculas orgánicas y puede formar cuatro enlaces con otros átomos (18% de la masa corporal).
• Hidrógeno: Está presente en la mayoría de los compuestos orgánicos y forma parte del agua (10% de la masa corporal).
• Nitrógeno: Es un elemento estructural de las moléculas de aminoácidos y, por lo tanto, de las proteínas. También está presente en las bases nitrogenadas que constituyen los ácidos nucleicos (3% de la masa corporal).
• Calcio: Forma parte de los fosfatos de calcio en estructuras óseas y de los carbonatos de calcio en los exoesqueletos de algunos invertebrados. Es importante en la contracción muscular, la conducción de impulsos nerviosos y la coagulación de la sangre (1.5% de la masa corporal).

Microelementos (Oligoelementos)

Son elementos presentes en los organismos en cantidades relativamente pequeñas, pero indispensables para un desarrollo armónico. Entre ellos se encuentran el magnesio, hierro, yodo, sodio, cloro, azufre, potasio y manganeso.

• Magnesio: Es parte de la molécula de clorofila y, en estado iónico, actúa como catalizador junto con las enzimas en muchas reacciones químicas del organismo.
• Hierro: Se asocia a proteínas y, en el centro activo de las enzimas, actúa como coenzima de óxido-reducción. Es fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador de reacciones químicas y forma parte de los citocromos que intervienen en la respiración celular y en la hemoglobina (presente en trazas).
• Manganeso: Interviene en la fotólisis del agua durante el proceso de la fotosíntesis de las plantas. Se encuentra en cereales, habichuelas y nueces, que son alimentos ricos en manganeso.
• Yodo: Es necesario en la síntesis de tiroxina, hormona que participa en el metabolismo y es componente de las hormonas tiroideas (presente en trazas).
• Cloro: Principal ion negativo del líquido intersticial, importante en el equilibrio osmótico (0.1% de la masa corporal).

Biomoléculas: Estructuras Fundamentales

Carbohidratos

Los carbohidratos son compuestos en los que se conserva la proporción de un átomo de carbono por cada molécula de agua, de ahí su nombre de “carbono hidratado”.

Clasificación de los Carbohidratos

• Monosacáridos: (CH₂O)ₙ Son carbohidratos que, por hidrólisis, no pueden descomponerse en otro carbohidrato más simple.
• Disacáridos: Están constituidos por dos moléculas de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico, el cual puede ser alfa o beta.
• Polisacáridos: Compuestos complejos formados por un número indefinido de monosacáridos. Los polisacáridos pueden ser homopolímeros o heteropolímeros.

Lípidos

Los lípidos son varios grupos de compuestos químicamente diferentes que solo comparten la característica de ser insolubles en agua y solubles en compuestos orgánicos o apolares.

1. Grasas neutras, triglicéridos y triacilglicéridos: Son ésteres del glicerol y de ácidos grasos.
2. Ceras o céridos: Se encuentran en plantas, animales, hongos y microorganismos, donde forman una cubierta protectora.
3. Fosfolípidos o fosfoglicéridos: Son los compuestos principales de las membranas celulares, del cerebro, el tejido nervioso y la yema de huevo.
4. Esfingolípidos
5. Esteroides o estéridos
6. Carotenos
7. Prostaglandinas

Proteínas

Las proteínas son compuestos formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, con frecuencia, azufre. Se trata de polímeros unidos entre sí por enlaces peptídicos.

Clasificación de las Proteínas por Composición Química

• Proteínas simples: Por hidrólisis total, producen alfa-aminoácidos.
• Proteínas conjugadas: Se forman por alfa-aminoácidos y un grupo no peptídico llamado grupo prostético.

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son un tipo importante de macromoléculas presentes en todas las células y virus. Sus funciones tienen que ver con el almacenamiento y la expresión de información genética.

Son polímeros de nucleótidos, moléculas muy complejas producidas por células vivas. Reciben este nombre porque fueron aisladas por primera vez del núcleo de células vivas. Ciertos ácidos nucleicos se localizan también en el citoplasma celular y en algunos orgánulos.

Funciones de los Ácidos Nucleicos

• Transmitir características hereditarias de una generación.
• Dirigir la síntesis de proteínas.

Estructura de los Ácidos Nucleicos

Las dos clases de ácidos nucleicos son el desoxirribonucleico (ADN) y el ribonucleico (ARN). Ambos están formados por cadenas de nucleótidos.

A través de pares de bases nitrogenadas, determinan el código genético de cada ácido nucleico, indicando a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma. El ARN está formado por una sola cadena de nucleótidos. Las bases nitrogenadas presentes que lo forman son:

• Adenina
• Citosina
• Guanina
• Uracilo

Las células, en general, contienen tres tipos de ARN:

• ARN Mensajero (ARNm): Transcribe información genética copiando los genes.
• ARN de Transferencia (ARNt): Captura aminoácidos en el citosol para la síntesis de proteínas.
• ARN Ribosómico (ARNr): Forma parte de los ribosomas.

Cofactores Enzimáticos: Impulsores de Reacciones

Un cofactor enzimático se define como un componente no proteico que actúa con una enzima para catalizar una reacción química. Los cofactores pueden ser iones metálicos o moléculas orgánicas (minerales y vitaminas) que participan en la actividad enzimática. La parte proteica de una enzima se llama apoenzima. Los cofactores de naturaleza orgánica se denominan coenzimas. Los cofactores se unen a la enzima en grupos prostéticos, formando la holoenzima (enzima unida al cofactor).

Cofactores Orgánicos

Son moléculas que el organismo no puede sintetizar. Muchos cofactores orgánicos son vitaminas hidrosolubles, a excepción de la vitamina D, que es liposoluble. Algunos cofactores vitamínicos incluyen: tiamina, riboflavina, biotina, ácido nicotínico, ácido lipoico. Cofactores liposolubles: calciferol. Cofactores no vitamínicos: hemo, quinonas, glutatión, ATP, carnitina.

Cofactores Inorgánicos (Iones Metálicos)

Conforman una parte sustancial de los cofactores. La mayoría de los iones metálicos se unen a los sitios activos de las enzimas, aceptan electrones, estabilizan las estructuras terciarias y cuaternarias y regulan el ritmo de la ruta metabólica. Los cofactores participan en las reacciones catabólicas de dos maneras:

• Uniéndose a las proteínas, haciendo que el cofactor salga del ciclo catabólico sin modificarse.
• Como un segundo sustrato, modificándose en el ciclo catabólico, donde suceden procesos de oxidación y reducción.

La función biológica de los cofactores se ha descubierto a menudo a través de enfermedades que producen deficiencia de vitaminas, las cuales se almacenan en el hígado, tejido graso y sangre.

Niveles de Organización de la Materia Viva

Átomo

Es el elemento primario de la composición química de los cuerpos, constituido por un núcleo formado por protones y neutrones, y rodeado por electrones y otras partículas subatómicas, como positrones y quarks.

Moléculas

Es la agrupación definida de átomos, considerada como el primer elemento inmediato de la composición de los cuerpos. Es la partícula menor de un cuerpo que puede existir por sí misma con las características químicas y físicas del mismo. Las moléculas pueden estar formadas por un solo átomo o por varios. Según estén constituidas por uno o más, la molécula es monoatómica, diatómica, triatómica, etc. Aquí es importante especificar que algunas moléculas importantes son: H₂O, Oxígeno (O₂), Dióxido de Carbono (CO₂), Metano (CH₄), Amoniaco (NH₃), Aminoácidos (ej. CH₃-CH(NH₂)-COOH).

Célula

Es la unidad anatómica y fisiológica que constituye los seres vivos y que cumple con todas las características propias de ellos, como son: crecimiento, reproducción, irritabilidad y movimiento. Son ejemplos de células: neuronas, glóbulos rojos, etc.

Tejido

Es el conjunto de células especializadas en una función determinada. La forma de estas células está en relación con la función que desempeñan. Ejemplo: las células nerviosas captan los estímulos y son ramificadas; los glóbulos rojos son esféricos para circular en la sangre transportando oxígeno.

Órganos

Es el conjunto de tejidos con una función determinada en el metabolismo de los organismos. Ejemplo: el corazón está constituido por células contráctiles; el cerebro está constituido por tejido nervioso. Los órganos como riñones, intestinos, pulmones y corazón son conjuntos de tejidos.

Aparatos y Sistemas

Es la integración de órganos con una misma función. Por ejemplo: la boca, el esófago, el estómago y los intestinos constituyen el aparato digestivo.

Individuo

Es un ser organizado con características morfológicas, anatómicas y fisiológicas. Ejemplos: un ser humano, un animal, una planta.

Población

Es el conjunto de seres vivos de la misma especie que se reproducen y habitan en un espacio y tiempo determinado, formando una población.

Comunidad

Es el conjunto de poblaciones que habitan en un espacio y época determinada, interactuando con los factores abióticos. Por ejemplo, las poblaciones de plantas de maíz o los conejos viven en relación con el agua, el suelo, el aire y la luz.

Ecosistema

Es el conjunto de comunidades que interactúan entre sí y con su entorno físico, como el desierto, la tundra y la selva. Los ecosistemas se caracterizan por tener una flora y fauna específicas que los hacen diferentes.

Biosfera

Es el entorno en el que se desarrollan y existen los seres vivos. Son grandes extensiones de superficie donde interactúan los ecosistemas. Por ejemplo, la biosfera de la Reserva de la Biósfera El Cielo. Es todo lo que vive sobre, en la superficie y debajo de la Tierra, una bella esfera con vida.