Composición química de los seres vivos

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Composición química de los seres vivos
Los seres vivos están formados de materia. La materia está formada por átomos; los átomos, que son la estructura mínima de la materia, consti- tuyen una variedad distinta de elementos. Cada elemento tiene caracte- rísticas diferentes con base en la estructura del átomo.
Un átomo está formado por tres partículas básicas: los neutrones, que no tienen carga eléctrica, los protones que tienen carga eléctrica po- sitiva y los electrones, que tienen carga eléctrica negativa.
El átomo más pequeño que es el del hidrógeno, contiene un electrón y un protón. Cada elemento posee propiedades diferentes de acuerdo con el número de electrones, protones y neutrones que contiene. Si ob- servas la tabla periódica (figura 2.1), te darás cuenta de que los elemen- tos están acomodados en fila de acuerdo con el número de electrones que tienen. El hidrógeno tiene un electrón, en la misma fila, el helio tiene dos electrones. En la siguiente fila el litio tiene tres electrones, el berilio cuatro y así sucesivamente. El acomodo de los elementos de la tabla pe- riódica en columnas obedece a la ley del octeto. Los electrones de cada elemento se acomodan en capas o niveles energéticos. La primera capa de electrones tiene lugar para dos electrones solamente. Las siguientes capas tienen lugar para ocho electrones. Los elementos del grupo I tienen un electrón en su última capa, mientras que los elementos del grupo II tienen dos electrones en la última capa, y así sucesivamente. El número de electrones que tiene un elemento en la última capa es la cantidad de electrones que dicho elemento puede compartir con otro elemento for- mando un enlace químico. El enlace entre dos elementos determina que ambos elementos cubran la última capa electrónica con ocho electrones. Los diferentes elementos se unen dando lugar a los compuestos. Es decir, un compuesto está formado por la unión de dos o más elementos. Los elementos del grupo I, que tiene un electrón en la última capa de electro- nes, se combinan fácilmente con los elementos del grupo VII, que tienen siete electrones en su última capa. La combinación de ambos átomos permite cubrir la última capa electrónica de ocho electrones formando un compuesto. Los elementos del grupo I tienden a perder este único elec- trón de su última capa, mientras que los elementos que tienen más electrones en su última capa, como los del grupo V, VI y VII, tienen la tendencia a ganar electrones.
El oxígeno, que se encuentra en el grupo VI y, por tanto, tiene seis
electrones en la última capa, tiende a reaccionar rápidamente con ele- mentos que tienen dos electrones en su última capa oxidándolos. De la misma forma, el oxígeno es capaz de oxidar compuestos, combinándose rápidamente.
En los seres vivos los elementos más abundantes, llamados elemen- tos biogenésicos, son el hidrógeno, carbono, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo.
El hidrógeno se encuentra en el grupo IA y es capaz de formar en- laces covalentes o puentes de hidrógeno al compartir el único electrón que tiene en la única capa energética que posee. El hidrógeno es uno de los elementos más importantes en la estructura de las biomoléculas ya que siempre está presente, además del carbono. El hidrógeno es el elemento más abundante en el uni- verso (ver la figura 2.2).
El carbono tiene propiedades muy importantes para los seres vivos, ya que es un átomo pequeño que contiene cuatro electrones en el último nivel energético (ver figura 2.3). Esto trae como conse- cuencia que forme enlaces covalentes estables con otros átomos de carbono
y con átomos estables y pequeños como el hidró- geno. De este modo, el
carbono forma largas cadenas de átomos que
guardan energía de enlace. Las cadenas de car- bono forman los compuestos de los seres vivos o compuestos orgánicos. La importancia del carbono en la formación de compuestos orgáni- cos es tal que la química se divide en dos ramas, la química del carbono, o química orgánica y la química inorgánica.
Figura 2.3 Representación del átomo de carbono.
El oxígeno en un elemento de bajo peso molecular, pequeño y muy reactivo, ya que posee en su última capa energética seis electrones lo que le proporciona una afinidad electrónica muy alta (ver figura 2.4). El oxígeno es uno de los gases más importantes en la atmósfera actual. La mayor parte de los compuestos se oxidan en presencia de oxígeno, reac- cionando. Durante la respiración en presencia de oxígeno, las moléculas orgánicas se oxidan, degradan y obtienen gran cantidad de energía útil para la célula.
El nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera. Pode- mos encontrarlo en el suelo en forma de nitratos, que son los que pro- ducen las bacterias nitrificantes a partir del nitrógeno
O
atmosférico. El nitrógeno es un importante compo- nente de los aminoácidos que son las unidades es- tructurales de las proteínas.
El fósforo es un elemento que forma la estructura de los nucleótidos que a su vez constituyen las cade- nas del ácido desoxirribonucleico o ADN y el ácido ribonucleico o ARN. También forma parte del ATP,
Figura 2.4 Representación del átomo de oxígeno.
o adenosín trifosfato, la molécula que almacena
la energía obtenida durante el metabolismo de las
biomoléculas. El fósforo participa activamente en la captación de energía durante la glucólisis y muchas otras reacciones metabólicas, al agregar fosfa- tos al ADP y desprender fosfatos del ATP. Los fosfatos producen enlaces de alta energía, que al romperse desprenden energía y al formarse la almace- nan. El fósforo también constituye parte de los fosfatos de calcio y magnesio que forman los huesos, dientes y esqueletos y las conchas de muchos seres vivos. El fósforo forma parte de los fosfolípidos de la membrana celular y ayuda a mantener un equilibrio en el pH de la célula y del medio interno.
El azufre es un elemento menos abundante pero de gran importan- cia en la estructura de algunos aminoácidos como la metionina y la cis- teína. Estos dos aminoácidos forman enlaces covalentes que determinan la estructura y funcionalidad de las proteínas.
Otros elementos de importancia para los seres vivos son las sales minerales entre las que destacan:
El calcio, que contribuye en la formación de huesos, dientes, conchas de moluscos, esqueletos de corales y esponjas.
El potasio, que participa en un gran número de funciones celulares, junto con el sodio, producen la bomba de sodio-potasio que proporciona el potencial eléctrico a la membrana celular y también regula su per- meabilidad. Las funciones del sistema muscular y nervioso requieren del potasio.
El magnesio, que interviene en la síntesis de las proteínas y de los ácidos nucleicos, en el transporte de sustancias a través de la membrana celular, en la contracción muscular, en la transmisión de impulsos ner- viosos y la fosforilación oxidativa.
El cloro, así como el potasio, sodio y calcio, influye en el potencial de la membrana celular, interviniendo en el potencial eléctrico y la per- meabilidad.
El hierro, es un componente importante de la hemoglobina y sirve para transportar el oxígeno. Este elemento también está presente en las mo- léculas transportadoras de electrones, por su afinidad con las cargas ne- gativas. Asimismo, el cobre es importante también en el transporte de oxígeno que lleva a cabo la hemocianina de muchos invertebrados.
El zinc, interviene en algunas reacciones metabólicas, estimula el sistema inmunológico, participa en las funciones del sistema nervioso, de los testículos y ovarios, así como en las funciones sensoriales del gus- to, tacto y olfato.
El litio, interviene en la producción de neurotransmisores, mejoran- do la función del sistema nervioso. También interviene en la permeabi- lidad de la membrana celular.
El yodo, componente de la hormona tiroidea que regula las reaccio- nes metabólicas y el crecimiento.
El agua
El agua es un compuesto formado por dos gases. El hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar la molécula de agua: H2O. Esto significa que dos átomos del elementohidrógeno se unieron con un átomo del elemento oxígeno.
Figura 2.5 El agua es muy importante para la conservación de la vida.