Elementos biogenésicos: concepto, características, tipos, funciones
¿Qué son los elementos biogenésicos?
Son llamados elementos biogenésicos aquellos átomos que componen la materia viva. Etimológicamente, el término proviene de bio, que en griego significa “vida”; y génesis, que significa “origen”. De todos los elementos conocidos, solamente unos treinta son indispensables.
En su nivel de organización más bajo, la materia está compuesta por partículas diminutas llamadas átomos. Cada átomo está formado por protones y neutrones en el núcleo y cierto número de electrones a su alrededor. Dichos constituyentes definen las propiedades de los elementos.
Tienen funciones estructurales, siendo los constituyentes fundamentales en las moléculas biológicas (las proteínas, los carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos) o presentarse en su forma iónica y actuar como un electrolito. También tienen funciones específicas, como favorecer la contracción muscular o estar presentes en el sitio activo de una enzima.
Los elementos biogenésicos se pueden clasificar en primarios, secundarios y oligoelementos, y son 25 en total. El 95% de los seres vivos están formados por nitrógeno, carbono, hidrógeno y oxígeno. Todos los elementos biogenésicos son indispensables, y si alguno llegara a faltar el fenómeno de la vida no podría ocurrir.
Características de los elementos biogenésicos
Los elementos biogenésicos poseen una serie de características químicas que los hace indicados para formar parte de los sistemas vivos:
Enlaces covalentes
Son capaces de formar enlaces covalentes, en donde los dos átomos se unen compartiendo electrones de su capa de valencia. Al formarse este enlace, los electrones compartidos se localizan en el espacio internuclear.
Estos enlaces son bastante fuertes y estables, condición que debe estar presente en las moléculas de los organismos vivos. Igualmente, estos enlaces no son extremadamente difíciles de romper, lo que permite establecer cierto grado de dinámica molecular.
Capacidad de formar enlaces simples, dobles y triples
Se pueden formar un número importante de moléculas con pocos elementos gracias a la capacidad de formar enlaces simples, dobles y triples.
Además de proporcionar una variedad molecular significativa, esta característica permite la formación de estructuras con disposiciones variadas (lineales, en forma de anillo, entre otras).
Clasificación
Los elementos biogenésicos se clasifican en primarios, secundarios y oligoelementos. Esta ordenación está basada en las distintas proporciones de los elementos en los seres vivos.
En la mayoría de los organismos estas proporciones se mantienen, aunque pueden existir ciertas variaciones concretas. Por ejemplo, en los vertebrados el iodo es un elemento crucial, mientras que en las demás taxa pareciera no ser el caso.
1. Elementos primarios
El peso seco de la materia viva está compuesto por 95 a 99 % de estos elementos químicos. En este grupo encontramos los elementos más abundantes: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y carbono.
Estos elementos tienen una capacidad excelente para combinarse con otros. Además, tienen la característica de formar enlaces múltiples. El carbono puede formar hasta triples enlaces y generar una diversidad de moléculas orgánicas.
2. Elementos secundarios
Los elementos de este grupo constituyen de un 0,7 % hasta un 4,5 % de la materia viva. Son el sodio, el potasio, el calcio, el magnesio, el cloro, el azufre y el fósforo.
En los organismos, los elementos secundarios se encuentran en su forma iónica; por ello se les llama electrolitos. Dependiendo de su carga pueden ser catalogados como cationes (+) o aniones (-)
De manera general, los electrolitos participan en la regulación osmótica, en el impulso nervioso y en el transporte de biomoléculas.
Los fenómenos osmóticos se refieren al balance adecuado de agua dentro del ambiente celular y fuera del mismo. Igualmente, tienen un papel en el mantenimiento del pH en los ambientes celulares; se conocen como soluciones tampones o buffer.
3. Oligoelementos
Se encuentran en proporciones minúsculas o trazas, aproximadamente en valores inferiores a 0,5 %. Sin embargo, su presencia en bajas cantidades no indica que su papel no es importante. De hecho, son igualmente indispensables que los grupos anteriores para un funcionamiento adecuado del organismo vivo.
Este grupo está compuesto por hierro, magnesio, cobalto, cobre, zinc, molibdeno, yodo y flúor. Al igual que el grupo de elementos secundarios, los oligoelementos pueden estar en su forma iónica y ser electrolitos.
Una de sus propiedades más relevantes es la de mantenerse como un ion estable en sus distintos estados de oxidación. Se pueden encontrar en los centros activos de las enzimas (espacio físico de dicha proteína donde ocurre la reacción) o actuar en moléculas que transfieren electrones.
Otros autores suelen clasificar los bioelementos como esenciales y no esenciales. No obstante, la clasificación según su abundancia es la más usada.
Principales elementos biogenésicos y sus funciones
Cada uno de los elementos biognésicos cumple una función indispensable y específica en el organismo. Dentro de las funciones más relevantes podemos mencionar las siguientes:
Carbono
El carbono es el “bloque” principal de las moléculas orgánicas.
Oxígeno
El oxígeno tiene un papel en los procesos de respiración e igualmente es un componente primordial en las distintas moléculas orgánicas.
Hidrógeno
Se encuentra en el agua y forma parte de las moléculas orgánicas. Es muy versátil, ya que puede enlazarse a cualquier otro elemento.
Nitrógeno
Se encuentra en las proteínas, ácidos nucleicos y ciertas vitaminas.
Fósforo
El fósforo se encuentra en el ATP (adenosín trifosfato), molécula energética usada ampliamente en el metabolismo. Es la moneda energética de las células.
Igualmente, el fósforo forma parte del material genético (ADN) y en ciertas vitaminas. Se encuentra en los fosfolípidos, elementos cruciales para la formación de las membranas biológicas.
Azufre
El azufre se encuentra en algunos aminoácidos, concretamente en la cisteína y la metionina. Está presente en la coenzima A, molécula intermediaria que hacer posible un amplio número de reacciones metabólicas.
Calcio
El calcio es fundamental para los huesos. Los procesos de contracción muscular requieren de este elemento. La contracción muscular y la coagulación sanguínea también está mediada por este ion.
Magnesio
El magnesio es particularmente importante en las plantas, ya que se encuentra en la molécula de clorofila. Como un ion, participa como cofactor en distintas rutas enzimáticas.
Sodio y potasio
Son iones abundantes en el medio extracelular e intracelular, respectivamente. Estos electrolitos son los protagonistas del impulso nervioso, ya que determinan el potencial de membrana. Estos iones son conocidos por la bomba sodio-potasio.
Hierro
Está en la hemoglobina, proteína presente en los eritrocitos sanguíneos cuya función es el transporte de oxígeno.
Flúor
El flúor está presente en los dientes y en los huesos.
Litio
El litio tiene funciones neurológicas.