Elementos Químicos en los Seres Vivos

Del total de los elementos químicos, los seres vivos necesitan un poco más de 20 para existir. De acuerdo a su grado de concentración, se clasifican en 3 grandes grupos:

A) Macroelementos

Son aquellos que tienen una concentración superior al 1% y representan más del 96% del peso corporal total. Están presentes en las biomoléculas orgánicas: proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos. Los elementos principales son CHON:

• C: 19%
• H: 9%
• O: 63%
• N: 5%

B) Microelementos

Su concentración es inferior al 1% – 0,05%. Entre ellos están:

• Sodio: Metal, catión, participa en el impulso nervioso, se conoce más como extracelular.
• Potasio: Metal, catión, intracelular, participa en el impulso nervioso y contracción muscular. Es un cofactor enzimático.
• Calcio: Metal, catión, extracelular, forma parte de los huesos, participa en la coagulación sanguínea y en la contracción muscular.
• Cloro: No metal, anión, extracelular, participa en la presión osmótica.
• Fósforo: No metal, anión, intracelular, forma parte de los nucleótidos, de los dientes y huesos. Los principales aniones son: H3PO4, H2PO4, HPO4, PO4.
• Azufre: No metal, anión, forma parte de las proteínas y polisacáridos complejos.
• Magnesio: Metal, catión, forma parte de la clorofila.

C) Elementos de Traza

Son elementos que existen en muy pequeña abundancia, inferior al 0,05%. Entre ellos están:

• Fierro: Catión, su función más notoria es formar parte de la hemoglobina (transporte en vasos respiratorios).
• Yodo: No metal, forma parte de la hormona tiroxina.
• Manganeso: Catión, actúa como cofactor enzimático.
• Cobalto: Metal, forma parte de la vitamina B12 (cianocobalamina), se relaciona con la anemia.
• Cobre, Zinc, Molibdeno, Boro, Vanadio, Silicio: Elementos de traza.

El Agua como Compuesto Inorgánico

Se considera el solvente universal, tiene alto valor de calor específico, presenta capilaridad, forma parte en un alto porcentaje de los seres vivos, es una molécula polar, posee punto de fusión y ebullición específicos, su pH ideal es 7, tiene un alto poder de vaporización (permite mantener el ambiente más o menos estable en temperatura), se evapora con facilidad a 18°C, tiene un ángulo de 104,5°. El 81% del planeta es agua, de los cuales el 97% es agua salada y un 3% dulce. Tiene gran importancia biológica para la vida. Una persona gasta en promedio 7,5 m³ de agua.

Componentes Orgánicos de la Célula: Biomoléculas

Entre ellas están: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos.

Carbohidratos

También conocidos como glúcidos, azúcares. Son largas cadenas en que se unen 3 elementos clásicos C, H y O. Fórmula general: C_n(H₂O)_n.

Clasificación de los Carbohidratos:

• Monosacáridos:
  • Triosas (3C): gliceraldehído
  • Tetrosas (4C): eritrosa
  • Pentosas (5C): desoxirribosa, ribosa
  • Hexosas (6C): glucosa, galactosa, fructosa
  • Heptosas (7C): sedoheptulosa
• Oligosacáridos:
  • Disacáridos: maltosa (glucosa+glucosa), sacarosa (fructosa+glucosa), lactosa (glucosa+galactosa)
  • Trisacáridos: rafinosa (glucosa+fructosa+galactosa)
• Polisacáridos:
  • Simples: celulosa, almidón, glucógeno, dextrano, inulina, levano
  • Complejos: quitina, hemicelulosa, ácido hialurónico, heparina, mureína, pectinas, ácido condroitinsulfúrico

Quitina: Forma parte del exoesqueleto de los insectos.

Hemicelulosa: Forma parte de las paredes celulares.

Ácido Hialurónico: Forma parte del tejido conectivo (comunica músculos con el sistema óseo).

Heparina: Sustancia química que impide la coagulación sanguínea interna.

Mureína: Sustancia presente en la pared celular de los procariontes (bacterias).

Monosacáridos Simples

Cristalinos, sabor dulce, solubles en agua, formados químicamente por C, H y O. El más conocido es la glucosa (combustible celular que reacciona con el oxígeno para producir energía ATP). El órgano que más la necesita es el cerebro y en actividad, los músculos. Una persona necesita 1 gramo de glucosa por cada litro de sangre en condiciones normales. Si el nivel baja a un valor menor a 70 mg/100 ml de sangre, la persona percibe sensación de hambre. Si la persona no consume carbohidratos, recurrirá a los ácidos grasos y en última instancia a los aminoácidos (proteínas) en estado de inanición. Si tiene exceso de glucosa, se guarda en el hígado para ser incorporada posteriormente a la sangre. Las hormonas del páncreas son: insulina, glucagón, somatostatina.

Monosacáridos Derivados

Aquellos en los cuales una función química de un monosacárido ha sido modificada, teniendo las siguientes alternativas:

• Aminoazúcares: El grupo OH es reemplazado por un grupo amino: glucosamina.
• Alcohol azúcares: El grupo aldehído o cetónico ha sido reemplazado por un grupo alcohólico: gliceraldehído.
• Ácido azúcares: Grupo aldehído reemplazado por un grupo carboxilo (COOH).

El polisacárido que más abunda en los vegetales es la celulosa y esta forma parte de la pared celular. Además, esta favorece la digestión, por eso es recomendable comer frutas con cáscaras porque no tenemos enzimas que rompan sus enlaces. La celulosa se utiliza para hacer explosivos (nitrocelulosa), también para hacer cera artificial y barnices.

Características de los polisacáridos:

• Son insolubles en agua.
• No son cristalinos.
• No tienen sabor dulce.

La enfermedad más conocida a causa de los carbohidratos es la diabetes mellitus y hay dos tipos:

1. Afecta a niños, adolescentes y adultos jóvenes.
2. Afecta a los adultos y es porque no tienen la capacidad de transformar la glucosa en glucógeno, pues las hormonas no funcionan bien. Síntomas: tener sed excesiva (polidipsia) y por esto se genera poliuria (orinar con mucha frecuencia), comer en exceso (polifagia).

Lípidos

Es una clase heterogénea que incluye grupos emparentados químicamente que difieren completamente. Tienen peso molecular relativamente bajo (entre 250 y 2500 g/mol), son insolubles en agua pero solubles en éter, benceno, cloroformo, tetracloruro de carbono (CCl4), o sea, son solubles en compuestos orgánicos. Un gramo de lípido aporta 9 calorías. Son reservas alimenticias de los grandes órganos. Al decir lípidos se puede asociar a las grasas, aceites, prostaglandinas, terpenos, etc. Químicamente están formados por C, H, muy poco O y asociados al fosfato, N y al azufre. Su fórmula general es: CH3-CH2…COOH

Micela

Es un conglomerado de moléculas que constituye una de las fases de los coloides. Es el mecanismo por el cual el jabón solubiliza las moléculas insolubles en agua, como las grasas.

Clasificación de los Lípidos:

Simples:

• Ácidos grasos:
  • Saturados: esteárico (18°C, 69,6°C)
  • Insaturados: linoleico (18°C)
• Acilglicéridos: grasas neutras
• Ceras: colesterol

Complejos:

• Fosfolípidos
• Glucolípidos/esfingolípidos
• Lipoproteínas

Asociados:

• Terpenos: esencias
• Esteroides: progesterona

Ácidos Grasos

Son ácidos carboxílicos lineales que pueden ser saturados o insaturados, frecuentemente con un número par de carbonos que van de 4 a 22. Si se asocian ya sea al Na o al K se forman jabones, que son micelas.

Saturados

Son aquellos que entre los carbonos existe un enlace simple y se encuentran en estado sólido a temperatura ambiente. Generalmente son de origen animal (no son buenos para la salud) y su forma general es CH3-(CH2)n-COOH

Esquema del ácido esteárico que tiene 18 carbonos y es el más abundante entre las grasas: CH3-(CH2)16-COOH

Otros ácidos grasos saturados son: láurico (12C), mirístico (14C), palmítico (16C), esteárico (18C), araquídico (20C), lignocérico (24C), butírico (4C).

Ácidos Grasos Insaturados

Aquellos que entre los carbonos se da un enlace doble que puede repetirse 1, 2, 3 y hasta 4 veces. Entre ellos están el oleico (18:1), linoleico (18:2), linolénico (18:3) y araquidónico (20:4). Estos ácidos grasos generalmente son buenos para la salud.

Funciones de los Lípidos:

En general, los lípidos tienen 4 funciones básicas:

• Reserva energética: 1 gramo = 9 calorías
• Función estructural: Forman parte de las membranas celulares y del tejido adiposo.
• Biocatalizadores: Favorecen las reacciones químicas.
• Función transportadora: Emulsionan los gases.

Si los ácidos grasos que intervienen son insaturados o presentan bajo número de carbonos, a temperatura ambiente están en estado líquido y se llaman aceites. Si en cambio son sólidos a temperatura ambiente se les llaman grasas, donde participan ácidos grasos saturados o con un alto número de carbonos.

Ácidos Grasos o Grasas Neutras

Son ésteres formados entre un glicerol y uno, dos o tres ácidos grasos:

• Monoglicéridos: 1 ácido graso
• Diglicéridos: 2 ácidos grasos
• Triglicéridos: 3 ácidos grasos

Aceite: Glicerol + Ácidos grasos insaturados = Pocos carbonos

Grasas: Glicerol + Ácidos grasos saturados = Alto número de carbonos

¿Cómo se constituye un glicerol? En cada enlace que se une al glicerol con un ácido graso se pierde una molécula de agua, por lo tanto, en los triglicéridos se pierden 3 moléculas de agua. En promedio, una persona debe tener 150 mg/dl de triglicéridos por cada 100 ml de sangre. Si tiene más es porque está comiendo mucha grasa, no la está quemando, puede tener riesgo de derrame cerebral o problemas de circulación.

Funciones de las Grasas Neutras:

• Son reservas energéticas para el organismo.
• Buenos aislantes térmicos.
• Grandes productores de calor.

Ceras

Son ésteres de ácidos grasos de alto peso molecular y de un gran número de carbonos. Tienen las siguientes funciones:

• Protegen la piel, pelos, plumas, las uñas de los animales, algas y frutas.
• Función estructural: Forman parte de las abejas.

Fosfolípidos

Son aquellos ésteres de glicerol con 2 ácidos grasos y 1 ácido fosfórico. La molécula también puede ser integrada por algún compuesto nitrogenado. Sus funciones son las siguientes:

• Forman parte de la membrana celular, vaina de mielina (axón).

Químicamente la membrana celular tiene un 46% de lípidos, de los cuales el 22% es colesterol, 20% fosfolípidos, 4% esfingolípidos, 46% proteínas y 8% glúcidos.

Glucolípidos

Son lípidos complejos que se caracterizan por poseer un glúcido, carecen de grupo fosfato. Son esfingolípidos compuestos por una ceramida (esfingosina + ácido graso). Forman parte de la bicapa lipídica de la membrana celular. Los principales glúcidos que forman parte de los glucolípidos son: galactosa, manosa, fructosa, glucosa, ácido siálico, etc.

Esfingolípidos

Lípidos complejos que derivan del alcohol insaturado de 18 carbonos, esfingosina. Son una clase importante de lípidos de las membranas celulares de animales y vegetales, y son los más abundantes en los tejidos de organismos más complejos.

Prostaglandinas

Conjunto de sustancias de carácter lipídico derivadas de los ácidos grasos de 20 carbonos que contienen un anillo ciclopentano y constituyen una familia de mediadores celulares. Funciones:

• Aumento en la secreción de mucus gástrico y disminución de secreción de ácido gástrico.
• Intervienen en la respuesta inflamatoria: vasodilatación y aumento de la permeabilidad de los tejidos permitiendo el paso de los leucocitos, antiagregante plaquetario, estímulo de las terminaciones nerviosas del dolor.
• Intervienen en la regulación de la temperatura corporal.
• Controlan el descenso de la presión arterial.

Ceras

Lípidos completamente insolubles en agua, se encuentran en la superficie de plantas y animales donde funcionan como impermeabilizantes. Están formados por ácidos grasos esterificados. Ejemplos: cremas depilatorias, cera de abeja, cutina, lanolina.

Terpenos

Clase de compuestos orgánicos derivados del isopreno. Componentes vegetales que tienen un origen biosintético común. Proceden de la condensación, en número variable, de unidades isoprénicas. Funciones:

• Esencias vegetales como menta, limonero, eucaliptol, vainillina.
• Pigmentos vegetales como carotina y xantofila.
• Vitaminas como: A, E y K.

Colesterol

Es un lípido que se encuentra en los tejidos corporales y en el plasma sanguíneo de los vertebrados. Se presenta en altas concentraciones en el hígado, médula espinal, páncreas y cerebro. Funciones:

• Precursor de la vitamina D: esencial en el metabolismo del calcio.
• Precursor de hormonas sexuales: progesterona, estrógenos y testosterona.
• Precursor de sales biliares: esenciales en la absorción de algunos nutrientes lipídicos y vía principal para la excreción de colesterol corporal.
• Precursor de las balsas de lípidos.

Lisosomas

Vesícula esférica con una membrana compuesta de una bicapa de fosfolípidos y colesterol. Los lisosomas pueden estar compuestos de fosfolípidos derivados en la naturaleza con cadenas de lípidos mezclados. Por definición, los lisosomas contienen un núcleo de solución acuosa. Los lípidos esféricos que contienen material no acuoso se denominan micelas.

Clasificación de las Proteínas

Existen diferentes clasificaciones de las proteínas, como por ejemplo, de acuerdo a su nivel de organización o de acuerdo a su conformación nativa.