Bioelementos y Biomoléculas: Composición y Enlaces Químicos Esenciales

Bioelementos: Los Componentes Fundamentales de la Vida

Los bioelementos son los elementos químicos que componen los seres vivos. Se clasifican en primarios, secundarios y oligoelementos, según su abundancia y función.

Bioelementos Primarios

Los bioelementos primarios son: C (Carbono), H (Hidrógeno), O (Oxígeno), N (Nitrógeno). Son los más abundantes, constituyendo aproximadamente el 97% de la materia viva.

Sus propiedades físico-químicas los hacen idóneos para formar la mayor parte de las biomoléculas:

• Forman entre ellos enlaces covalentes muy fuertes.
• El C, N y O pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples.
• La composición tetraédrica de los enlaces del carbono permite una gran variedad de estructuras tridimensionales.
• El C se combina con otros elementos generando una amplia gama de grupos funcionales:
  • Hidrófilos (polares): carboxilo, carbonilo, amino.
  • Hidrófobos (no polares): radicales alquílicos, fenilos.

Bioelementos Secundarios

Los bioelementos secundarios son: S (Azufre), P (Fósforo), Mg (Magnesio), Ca (Calcio), Na (Sodio), K (Potasio), Cl (Cloro).

• S (Azufre): Presente en aminoácidos y en la coenzima A.
• P (Fósforo): Componente de nucleótidos, coenzimas, fosfolípidos y fosfatos.
• Mg (Magnesio): Actúa como catalizador en muchas reacciones químicas.
• Ca (Calcio): El fosfato de calcio interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
• Na (Sodio): Catión principal en el medio extracelular; esencial para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
• K (Potasio): Catión principal en el interior celular; crucial para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
• Cl (Cloro): Anión más frecuente; mantiene el balance de agua en la sangre y el fluido intersticial.

Los aminoácidos son los monómeros de las proteínas. Por ejemplo, la hemoglobina capta el oxígeno gracias a la presencia de hierro.

Oligoelementos

Los oligoelementos son: Fe (Hierro), Mn (Manganeso), Cu (Cobre), Zn (Zinc), F (Flúor), I (Yodo), B (Boro), Si (Silicio), V (Vanadio), Cr (Cromo), Co (Cobalto), Se (Selenio), Mo (Molibdeno), Li (Litio).

• Fe (Hierro): Catalizador; forma parte de citocromos y hemoglobina.
• Mn (Manganeso): Interviene en la fotólisis del agua.
• Cu (Cobre): Componente de enzimas; favorece la utilización del hierro.
• Zn (Zinc): Catalizador; importante para la fertilidad y la reproducción.
• F (Flúor): Presente en el esmalte dental y en los huesos.
• I (Yodo): Esencial para la síntesis de la tiroxina.
• B (Boro): Importante en los huesos de humanos y otros vertebrados.
• Si (Silicio): Proporciona resistencia al tejido conjuntivo.
• V (Vanadio): Actúa como catalizador.
• Cr (Cromo): Regula los niveles de glucosa en sangre.
• Co (Cobalto): Componente de la vitamina B12; necesario para la fabricación de hemoglobina.
• Se (Selenio): Actúa como antioxidante.
• Mo (Molibdeno): Forma parte de enzimas vegetales.
• Li (Litio): Influye en los neurotransmisores y la permeabilidad celular (utilizado en antidepresivos).

Biomoléculas: Las Moléculas de la Vida

Las biomoléculas resultan de la unión de átomos mediante enlaces químicos. Se clasifican en:

Biomoléculas Inorgánicas

• Agua: La biomolécula más abundante.
• Gases: O₂ (Oxígeno) y CO₂ (Dióxido de carbono).
• Sales inorgánicas: Aniones (como el bicarbonato) y cationes (como el amonio, que participa en la limpieza celular).
• Disoluciones tampón: Controlan el pH.

Biomoléculas Orgánicas

• Glúcidos (Azúcares): Glucosa, almidón.
• Lípidos: Triglicéridos, colesterol.
• Proteínas: Insulina, hemoglobina, enzimas.
• Ácidos nucleicos: ADN y ARN.
• Metabolitos intermediarios: Ácido cítrico, urea, ácido láctico.

Enlaces Químicos en Biomoléculas

Existen dos tipos principales de enlaces químicos en las biomoléculas:

Enlaces Covalentes

En los enlaces covalentes, dos átomos comparten electrones (valencia). Es el enlace más frecuente, fuerte y resistente en las biomoléculas.

Enlaces Iónicos

Los enlaces iónicos se producen por la atracción electrostática entre dos iones de carga opuesta. Los átomos ceden electrones (formando cationes) o aceptan electrones (formando aniones). Ejemplo: NaCl (Na⁺, Cl^-).

Enlaces No Covalentes

Los enlaces no covalentes son más débiles que los covalentes, pero cruciales para la estructura y función de las biomoléculas. Su continua formación y ruptura confiere plasticidad a los procesos vitales. Incluyen:

• Fuerzas electrostáticas.
• Puentes o enlaces de hidrógeno.
• Fuerzas de Van der Waals (muy débiles).
• Interacciones hidrofóbicas.
• Fuerzas polares.

Isomería en Biomoléculas

La isomería se refiere a biomoléculas con la misma composición atómica, pero con diferente orientación espacial de los átomos. Existen dos tipos principales:

Isomería Geométrica o Cis-Trans

Ocurre en moléculas con estructura rígida, generalmente debido a la presencia de un doble enlace.

Isomería Óptica

Se presenta en moléculas asimétricas (sin plano de simetría). Estas moléculas desvían el plano de la luz polarizada.