Biomoléculas y bioelementos: qué son, diferencias y funciones en el organismo

La célula, el organismo vivo más pequeño, nos plantea un enigma: ¿qué es eso que se llama vida?  Para poder responder a esta cuestión analizaremos los mecanismos que relacionan la célula con su medio, así como los procesos que tienen lugar en su interior.  Quizá en este artículo nos aproximemos a la solución del problema.

Una célula es un sistema abierto que intercambia con el medio materia y energía.

En su interior ocurren miles de reacciones químicas, encadenadas y ordenadas que contribuyen a mantener muy baja la entropía del sistema, contradiciendo, aparentemente, el segundo principio de termodinámica: los seres vivos son ordenados porque desordenan el medio en el que viven y en su conjunto no constituyen una excepción a la regla. Estas reacciones son la base de la vida, y para que tengan lugar son necesarios continuos intercambios con el exterior.

Las moléculas implicadas en estos procesos químicos presentan unas características particulares y se encuentran formadas por una serie de elementos en cantidades inusuales si las comparamos con las observadas en los sistemas inertes.

Qué son las biomoléculas y los bioelementos

Como hemos visto, tenemos que buscar la base de la vida en las moléculas. Aquellas que forman parte de los sistemas vivos se denominan biomoléculas o, como eran conocidas antiguamente, principios inmediatos.

Biomoléculas orgánicas e inorgánicas

Dentro de las biomoléculas podemos encontrar dos grandes grupos:  las biomoléculas orgánicas y las biomoléculas inorgánicas. A su vez, dentro de las biomoléculas orgánicas podemos encontrar los glúcidos, lípidos, proteínas y los ácidos nucleicos.

Por otro lado, dentro de las biomoléculas inorgánicas encontraremos el agua y las sales minerales.

De la actividad deducimos que la materia viva está constituida mayoritariamente por unos pocos elementos químicos que también podemos encontrar en los sistemas inertes, aunque en proporciones básicamente diferentes.

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Los átomos que componen las biomoléculas reciben el nombre de bioelementos o elementos biogenesicos y el criterio empleado para clasificarlos es su abundancia:

  • Bioelementos principales o primarios: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Resultan imprescindibles para formar los principales tipos de moléculas biológicas. Constituyen, aproximadamente, el 95% de la materia viva.
  • Bioelementos secundarios:  azufre, fósforo, magnesio, calcio, sodio, potasio y cloro. Se encuentran en solución, como grupos accesorios de las biomoléculas orgánicas e incluso accidentalmente de la materia viva representan cerca del 4,5%.
  • Oligoelementos:  aunque se han identificado unos 60, solo 14 de ellos son comunes a todos los organismos:  son los denominados esenciales, ya que algunos realizan funciones catalíticas imprescindibles, aunque se encuentran en proporción inferior al 0,1%. Son hierro, zinc, boro, manganeso, flúor, cobre, yodo, cromo, selenio, vanadio, cobalto, molibdeno, silicio y estaño.

Aunque los oligoelementos son los se hayan en proporciones inferiores al 0,5%, son muy importantes, ya que desempeñan funciones esenciales en las células. Cantidades anormales, ya sea por exceso o por defecto, causan diversas patologías.

Así, una deficiencia el hierro provoca anemia en los animales e intensa clorosis o amarilleo en los vegetales. Pero también, por exceso, algunos oligoelementos pueden provocar intoxicaciones. Por ejemplo, el exceso de flúor en el agua potable produce una alteración llamada fluorosis en personas y animales, que se caracteriza por la aparición de manchas oscuras en los dientes.

Exceptuando el oxígeno, que predomina en ambos sistemas, son el silicio y el carbono los elementos más abundantes en los seres inertes y los seres vivos respectivamente.

Los seres vivos surgieron en el seno de los sistemas inertes, a partir de los cuales se seleccionaron los elementos idóneos para su estructura. ¿Por qué el silicio no fue seleccionado para la vida, a pesar de ser el más abundante y, en cambio, sí lo fue el carbono, que se encuentra en proporciones mínimas?

La respuesta a esta cuestión se encuentra en tres características que diferencian estos dos elementos:

  • En combinación con el oxígeno, el carbono forma un compuesto gaseoso y soluble en agua (CO2),  lo que favorece el intercambio de dicha molécula entre los seres vivos y el medio. el silicio, por el contrario, combinado con el oxígeno (SiO2) es sólido e insoluble, y esto ocasiona su precipitación. Aparece en organismos como constituyente de caparazones, conchas, etc.
  • Los enlaces silicio-silicio son inestables y, por tanto, no son capaces de construir moléculas biológicamente resistentes.
  • La unión silicio-oxígeno (silicona) es tan estable que resulta prácticamente irrompible, lo que afecta a su capacidad de reacción. Desde el punto de vista biológico, los enlaces deben ser estables, pero no hasta el extremo de que bloqueen los procesos metabólicos.

El carbono y los otros bieolementos primarios (H, O y N) resultan idóneos para edificar al ser vivo, debido a estas causas:

  • Presentan variabilidad de valencias, lo que permite el establecimiento de un alto número de combinaciones entre ellos, compartiendo electrones.
  • Son los elementos más pequeños capaces de formar enlaces covalentes estables. La estabilidad de un enlace covalente está en relación inversa con el tamaño del átomo.
  • Los átomos de carbono establecen con facilidad enlaces dobles o triples entre ellos o con los de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, etc., dando lugar a gran cantidad de grupos funcionales, que pueden reaccionar entre sí y originar nuevas moléculas.

  • Los enlaces carbono-carbono son estables, forman largas y variadas cadenas carbonadas. Además, la estructura tetraédrica de los compuestos de carbono proporciona a las moléculas una configuración tridimensional de la que derivan sus múltiples funciones.

Además, estos bioelementos originan compuestos generalmente polares, lo que facilita su disolución en agua. Esto supone una ventaja, ya que la mayor parte de las reacciones biológicas se desarrollan en este medio.

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