Bioelementos Primarios: Los Pilares de la Vida
Los bioelementos primarios (C, H, N, O, P, S) representan alrededor del 96% del total de la materia viva, por lo que constituyen la práctica totalidad de las moléculas biológicas.
Características de los Bioelementos Primarios
Estos son los elementos idóneos para formar los edificios moleculares de los seres vivos por tener en común las siguientes características:
- Presencia en la biosfera: Se encuentran en las capas más externas de la Tierra (corteza, atmósfera e hidrosfera).
- Polaridad y solubilidad: La mayoría de los compuestos químicos formados por estos elementos presentan polaridad, por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación o su eliminación.
- Afinidad química y estados de oxidación: El C y el N presentan la misma afinidad para unirse tanto al oxígeno como al hidrógeno; es decir, pasan con la misma facilidad del estado oxidado (CO2, HNO3) al reducido (CH4, NH3). Esto es de gran importancia en los procesos de oxidación-reducción, que son la base de muchas reacciones químicas.
- Variabilidad de valencias y enlaces covalentes: El C, H, O y N (por tener de 4 a 6 electrones en su última capa) presentan variabilidad de valencias y por ello forman con facilidad enlaces covalentes. A su vez, son los elementos más pequeños (tienen pesos atómicos bajos) capaces de formar enlaces covalentes estables (la estabilidad de un enlace covalente está en relación inversa con el tamaño del átomo).
- Versatilidad del Carbono: Esto es lo que permite a los átomos de carbono establecer con facilidad enlaces covalentes sencillos, dobles o triples entre ellos o con los de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, etc., dando lugar a una gran cantidad de grupos funcionales que pueden reaccionar entre sí y originar nuevas moléculas orgánicas. Todo ello resulta útil para las continuas transformaciones que sufre la materia de los seres vivos en su metabolismo.
El Agua: El Componente Esencial de la Vida
La sustancia más abundante en las células no es especial, ya que cubre las 3/4 partes de la superficie terrestre. El agua constituye el 70% aproximadamente en peso de las células.
Distribución y Proporción del Agua
La cantidad de agua depende de las especies: las acuáticas poseen un mayor porcentaje que las terrestres; por ejemplo, en las medusas representa un 95%. En el hombre depende de la edad: en los individuos jóvenes existe mayor cantidad que en los adultos (carne de ternera más blanda que la de vaca), y también del órgano y del tejido; a mayor actividad metabólica, mayor proporción de agua (la corteza cerebral 90% y el tejido adiposo 10-20%).
Localización en Organismos Pluricelulares
En los seres vivos pluricelulares localizamos el agua bajo dos formas:
- Agua intracelular: Aproximadamente 2/3 del total de agua presente.
- Agua extracelular: 1/3 del total. Está constituida por el agua intersticial (en los tejidos bañando a las células) y el agua circulante (sangre, linfa, savia, etc.).
En los seres unicelulares, el agua será su medio ambiente.
Estructura Química de la Molécula de Agua
Las propiedades fisicoquímicas del agua son consecuencia de su estructura química y de ellas derivan sus funciones biológicas. En la molécula del agua, el átomo de oxígeno comparte un par de electrones con cada uno de los átomos de hidrógeno, siendo una molécula angulada.
Polaridad de la Molécula
El núcleo del átomo de oxígeno, debido a su mayor electronegatividad, desplaza parcialmente a los electrones que constituyen los enlaces hacia su núcleo, dejando a los núcleos de los átomos de hidrógeno con una pequeña carga parcial positiva (δ+), mientras que existen regiones débilmente negativas (δ–) cerca del átomo de oxígeno.
Por ello, la molécula de agua tiene en su estructura unas zonas con mayor densidad electrónica y otras con un déficit electrónico; lo que hace que sea una molécula dipolar.
Enlaces de Hidrógeno
Como consecuencia de la estructura dipolar, las moléculas de agua pueden interaccionar unas con otras. Esta interacción se produce por atracción electrostática entre la carga parcial negativa del átomo de oxígeno de una molécula de agua y la carga parcial positiva localizada sobre los átomos de hidrógeno de otra molécula. Estas uniones se denominan enlaces de hidrógeno.
Debido a la ordenación de los electrones alrededor de los átomos de oxígeno, cada molécula de agua es potencialmente capaz de unirse mediante enlaces de hidrógeno a otras moléculas de agua, lo que permite que se formen estructuras de tipo reticular. Estos enlaces de hidrógeno entre las moléculas se forman y escinden a una gran velocidad, aunque su estabilidad disminuye al elevarse la temperatura.
Los enlaces de hidrógeno mantienen unidas a las moléculas de agua entre sí, con lo que su peso molecular aumenta, y por ello, a una temperatura a la que otras moléculas químicamente comparables (H2S o CH4) están en estado gaseoso, el agua se encuentra en estado líquido.
Como consecuencia, el agua se emplea como medio fluido de transporte entre las diferentes partes de un organismo, y como medio lubricante en órganos de movimiento.