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Composición Química de los Seres Vivos

• Los seres vivos y la materia inanimada presentan diferencias marcadas.
• La teoría vitalista atribuía a la materia viva una esencia especial o fuerza vital, impidiendo la obtención de compuestos orgánicos fuera de seres vivos.
• En 1828, Friederich Wöhler sintetizó accidentalmente urea, destruyendo la teoría vitalista e impulsando el estudio de la química de los seres vivos.
• Los compuestos orgánicos se rigen por las mismas leyes físicas y químicas que los compuestos inanimados.
• Aunque muchos elementos de la tabla periódica se encuentran en seres vivos, no todos son indispensables.
• Los elementos indispensables forman parte de la composición química de los seres vivos y cumplen una función biológica, denominados Elementos Biogenéticos.

Elementos Artificiales

• Tecnecio (43), Prometio (61) y los elementos transuránidos se descubrieron por síntesis, debido a su rápida desintegración.

Radiactividad

• Polonio (84), Astatino (85), Francio (87), Radio (88), Actinio (89), Torio (90), Paladio (91), Uranio (92) y Neptunio (93) tienen isótopos inestables que los hacen inadecuados.

Poca Reactividad Química

• Los gases nobles Helio (2), Neón (10), Argón (18), Kriptón (36), Xenón (54) y Radón (86) son casi inertes e inútiles en sistemas activos.

Propiedades Raras

• Los elementos Lantánidos (número atómico 57-71) no son útiles en sistemas biológicos debido a sus propiedades químicas similares.

Toxicidad

• Berilio (4), Aluminio (13), Antimonio (51), Bario (56), Cadmio (48), Mercurio (80), Talio (81) y Plomo (82) son tóxicos para los seres vivos.
• Tras eliminar estos elementos, existen más de 50 elementos que podrían considerarse biogenéticos.

Criterios de Selección

Solubilidad en Agua

• Los elementos y compuestos que forman la materia viva deben interactuar con el agua, siendo solubles o afectando sus propiedades en solución.

Propiedades Fisicoquímicas

• Los elementos biogenéticos tienen peso atómico bajo, peso específico bajo y calor específico elevado.

Relación con el Carbono

• El carbono es la base de la estructura de las moléculas orgánicas, y muchos elementos son biogenéticos por cómo se relacionan con él.

Abundancia Natural

• Los elementos más abundantes en los seres vivos también son abundantes en la corteza terrestre, aunque con algunas diferencias.
• Oxígeno es abundante en la corteza terrestre, agua de mar y cuerpo humano.
• Hidrógeno y Carbono incrementan su porcentaje de la corteza.
• El caso del Nitrógeno y el Fósforo, que no son de los más abundantes en el medio ambiente pero sin duda sus propiedades especiales los hacen insustituibles y quizá por ello, fueron seleccionados como biogenéticos.

Clasificación por Abundancia

Primarios

• Son los más abundantes y constituyen el 99% del peso del organismo: Oxígeno 65%, Carbono 18.5%, Hidrógeno 10%, Nitrógeno 3%, Calcio 1.5%, Fósforo 1%.

Secundarios

• Participan en menor proporción, pero aún son abundantes: Potasio 0.3%, Azufre 0.25%, Sodio 0.20%, Cloro 0.15%, Magnesio 0.05%, Hierro 0.005%.

Oligoelementos

• Se encuentran en pequeñas cantidades: Flúor 0.001%, Cobre 0.0002%, Iodo 0.00004% Manganeso 0.00003%, Zinc 0.0032%, Cromo 0.0000024%, Cobalto 0.0000021%, Selenio 0.000019%, Molibdeno 0.000013%, Níquel y Estaño, en trazas.

Clasificación Química

Primarios

• Son los elementos que forman los Principios Inmediatos: Hidrógeno, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo y Azufre.

Secundarios

• Tambien son abundantes pero no forman los principios inmediatos, sino el Medio Ambiente en que se desenvuelven estos: Sodio, Magnesio, Cloro, Potasio y Calcio.

Microconstituyentes

• Se encuentran en pequeñas cantidades, complementando las funciones de las moléculas orgánicas: Flúor, Cromo, Manganeso, Hierro, Cobalto, Níquel, Cobre, Zinc, Selenio, Molibdeno, Estaño e Iodo.

Clasificación Fisiológica

Plásticos

• Son los que forman el "plasma": Hidrógeno, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Sodio, Magnesio, Cloro, Fósforo, Azufre, Potasio y Calcio.

Oligoelementos

• Regulan procesos metabólicos: Flúor, Cromo, Manganeso, Hierro, Cobalto, Níquel, Cobre, Zinc, Selenio, Molibdeno, Estaño e Iodo.

Función General

• Seis elementos, Hidrógeno, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo y Azufre, forman las moléculas básicas de los seres vivos.
• Las propiedades eléctricas de los seres vivos dependen de cationes como Sodio, Potasio, Calcio y Magnesio, y aniones Cloruro, Fosfato, Carbonato y Sulfato que mantienen el equilibrio eléctrico y regulan la presión osmótica.
• Muchos elementos se requieren en trazas como componentes enzimáticos o para regulación.
• Elementos como Litio o Bromo podrían ser considerados biogenéticos en el futuro.

Función Específica

Elementos Primarios

Hidrógeno

• Es el elemento más abundante en número de átomos, forma parte de todos los compuestos orgánicos y la molécula de agua.

Carbono

• El carbono forma el esqueleto de compuestos orgánicos, y puede formar enlaces simples, dobles o triples.

Nitrógeno

• Componente de proteínas y ácidos nucleicos, es limitante en la dieta humana y se reserva en la atmósfera como N2 inerte.

Oxígeno

• Es el elemento más abundante en peso, forma la estructura del agua y es agente oxidante en el metabolismo aeróbico.

Fósforo

• Forma parte de la estructura del hueso, participa en la regulación intracelular de pH, forma ácidos nucleicos y coenzimas como ATP.

Azufre

• Componente de proteínas, participa en la catálisis enzimática y está presente en la coenzima A y vitaminas.

Elementos Secundarios

Sodio

• Es el catión extracelular principal en animales.
• Importante para el equilibrio de la presión osmótica, el equilibrio hídrico, el equilibrio eléctrico y el pH.

Magnesio

• Es el segundo catión intracelular en importancia.
• el 60% se halla junto al calcio y al fósforo, formando parte de la estructura del hueso

Cloro

• Es el anión extracelular anión principal.
• Participa en la regulación de la presión osmótica, el pH y los equilibrios hídrico y eléctrico.

Potasio

• Cation principal intracelular en los animales.
• Estimula la actividad de varias enzimas.

Calcio

• Forma parte del hueso.
• junto con el Magnesio modula el potencial de membrana.

Elementos Microconstituyentes

• La mayor parte de los microconstituyentes actúan como cofactores enzimáticos.
• Para algunos de los elementos microconstituyentes metálicos provocadas por deficiencia y efectos tóxicos por exceso de ellos en la dieta.

Flúor

• Afecta al hueso y el desarrollo dental.

Cromo

• Es indispensable en animales.
• Forma el factor de tolerancia a la glucosa.

Manganeso

• Es necesario para la actividad de varias enzimas como Arginasa, Piruvato carboxilasa, Piruvato cinasa, Creatin fosfato cinasa, Adenilato cinasa, Fosfoenolpiruvato Carboxicinasa, Acetil-CoA carboxilasa, Enolasa y 6-fosfogluconato deshidrogenasa.

Molibdeno

• Como cofactor, es necesario para enzimas como la nitrogenasa microbiana.

Estaño

• Indispensable para el desarrollo de ratas y quizá otros roedores.

Yodo

• Captado y concentrado por la glándula tiroides
• Es empleado para la síntesis de las hormonas, que poseen un gran número de actividades biológicas.
• La carencia de yodo en la dieta provoca el bocio simple.
• Las deficiencias en función tiroidea son causa de cretinismo en los niños