Introducción
Para todo el mundo resulta claro que existen diferencias muy marcadas entre los seres vivos y la materia inanimada. A falta de una explicación mejor, durante mucho tiempo se atribuyó a la materia viva una esencia especial o anima, según esta doctrina, llamada teoría animista de la vida, los compuestos orgánicos sólo se podían obtener a partir de los seres vivos. En 1828 Friederich Wöhler sintetizó la urea a partir de cianato de amonio.
Esta síntesis seguida de varias más ayudó a destruir la teoría animista de la vida, e impulsó el estudio de la Química de los seres vivos.
Elementos biogenésicos
La similitud química de ls seres vivos empieza a nivel de los elementos que intervienen en su composición. Toda materia viva esta compuesta por tres categorías del elementos en cuanto a la proporción en la que éstos intervienen , que no hay que confunidr con el grado de importancia biológica.
Los elementos principales, son el carbono (C), el oxígeno (O), el hidrógeno (H), y el nitrógeno (N), todos ellos capaces de formar enlaces covalentes muy estables al tener facilidad para compartir electrones de sus capas externas; además se trata de enlaces covalentes polares. La polaridad de los compuestos los hace solubles en agua o capaces de formar emulsiones o dispersiones coloidales y es de gran importancia para comprender la estructura de las membranas biológicas y sus propiedades. Dichos elementos constituyen aproximadamente el 95% de la materia viva.
El segundo grupo de elementos biogénicos esta formado por el fósforo (P), calcio (Ca), el magnesio (Mg), el sodio (Na), el potasio (K), el azufre (S) y el cloro (Cl) que se hallan en menores proporciones que los anteriores pero no por ello son menos importantes.
Y lo mismo ocurre con los oligoelementos, indispensables para la vida por el papel biológico que desempeñan. Entre los principales componentes de este tercer grupo se hallan el hierro (Fe), que forma parte de la hemoglobina de la sangre de ls vertebrados, yodo (I), integrante de la hormona tiroxina producida por la tiroides, el manganeso (Mn), el cobre (Cu), el cobalto (Co) y el cinc (Zn).
Los elementos biogenésicos también son conocidos como bioelementos, y a su vez forman las biomoléculas que son las que forman a los seres vivos; éstas pueden conformrse de un mismo elemento repetido, en combinaciones y algunas, como las proteínas llegan a constituirse de miles de átomos de elementos diferentes.
Entre otros elementos biogenésicos están también, el fluor (F), Molibdeno (M), cobalto (Co), aluminio (Al), boro (B), vanadio (V), silicio (Si), estaño (Sn), níquel (Ni), cromo (Cr).
Criterios de selección
Con base en las propiedades de los elementos biogenéticos podemos intentar la definición de los criterios que los hacen útiles para los seres vivos:
1. Solubilidad en Agua. El agua es un compuesto único porque sus propiedades forman un conjunto muy especial. Además, es el compuesto más abundante en la biosfera y en la composición de los seres vivos. Los elementos biogenéticos son todos solubles en agua, ya sea como elementos, iones o en algún compuesto derivado.
2. Propiedades Fisicoquímicas. Los elementos biogenéticos tienen peso atómico bajo (ninguno rebasa el peso del Iodo, 126.9), bajo peso específico y calor específico elevado. Estas
propiedades hacen que los compuestos que forman sean capaces de contener un máximo de energía en el mínimo posible de masa.
3. Relación con el Carbono. Este elemento tiene propiedades químicas que lo hacen adecuado como base de la estructura de las moléculas que forman los seres vivos.
4. Abundancia Natural. Los elementos más abundantes en los seres vivos, también son abundantes en la corteza terrestre, aunque con diferencias. El Oxígeno es igualmente abundante en la corteza terrestre, el agua de mar y el cuerpo humano, en cambio,
Hidrógeno y Carbono incrementan su porcentaje de la corteza, al agua de mar y al cuerpo humano.
Clasificación
A. Abundancia. Está basada en la proporción del peso del organismo humano que representa un elemento y los divide en:
a) Primarios. Son aquellos que constituyen la mayor proporción del peso del organismo: Oxígeno 65%, Carbono 18.5%, Hidrógeno 10%, Nitrógeno 3%, Calcio 1.5% y Fósforo 1%.
b) Secundarios. Participan en menor proporción, pero aún son abundantes: Potasio 0.3%, Azufre 0.25%, Sodio 0.20%, Cloro 0.15%, Magnesio 0.05% y Hierro 0.005%.
c) Oligoelementos. Sólo se encuentran en pequeñas cantidades: Flúor 0.001%, Cobre 0.0002%, Iodo 0.00004% Manganeso 0.00003%, Zinc, Boro, Silicio, Vanadio, Cromo, Cobalto, Níquel, Selenio, Molibdeno y Estaño, en trazas.
B. Química. Se clasifican los elementos biogenéticos en función de las moléculas o estructuras en que se encuentran, como:
a) Primarios. Se encuentran en grandes cantidades y forman los Principios Inmediatos, Proteínas, Glúcidos, Lípidos, Ácidos Nucléicos y Vitaminas: Hidrógeno, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo y Azufre.
b) Secundarios. Son abundantes pero no forman los principios inmediatos, sino el Medio Ambiente en que se desenvuelven estos: Sodio, Magnesio, Cloro, Potasio y Calcio.
c) Microconstituyentes. Se encuentran en pequeñas cantidades, complementando las funciones de las moléculas orgánicas: Boro, Flúor, Silicio, Vanadio, Cromo, Manganeso, Hierro, Cobalto, Níquel, Cobre, Zinc, Selenio, Molibdeno, Estaño.
C. Fisiológica. Se basa en el papel que desempeñan los elementos biogenéticos en la materia viva:
a) Plásticos. Son aquellos que se encuentran en grandes cantidades, y forman el “plasma” de la materia viva: Hidrógeno, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Sodio, Magnesio, Cloro, Fósforo, Azufre, Potasio y Calcio.
b) Oligoelementos. Participan en la regulación de los procesos metabólicos: Boro, Flúor, Silicio, Vanadio, Cromo, Manganeso, Hierro, Cobalto, Níquel, Cobre, Zinc, Selenio,
Molibdeno, Estaño y Iodo.
Función general
Estudiando los elementos biogenéticos podemos elaborar algunas generalizaciones útiles respecto de sus funciones.
1. Seis elementos, Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Azufre y Fósforo, forman las moléculas básicas de los seres vivos, aminoácidos, ácidos grasos, carbohidratos, purinas y pirimidinas, que son componentes fundamentales de los principios inmediatos, proteí-
nas, lípidos, ácidos nucleicos y polisacáridos, y también forman la estructura de otras moléculas importantes como las vitaminas.
2. Las propiedades eléctricas de los seres vivos dependen de unos pocos elementos, que son capaces de permanecer como partículas cargadas en solución, estos son los cationes Sodio, Potasio, Calcio y Magnesio, y los aniones Cloruro, Fosfato, Carbonato y Sulfato.
3. Muchos elementos se requieren en trazas, como componentes de sistemas enzimáticos o participando en diversas funciones de regulación; para muchos de ellos no se conocen sus funciones completas.
Los elementos para los cuales se descubra en el futuro que son biogenéticos, como el Litio o el Bromo, por su abundancia y función, seguramente se añadirán al grupo de oligoelementos microconstituyentes.