Bioelementos: Componentes Esenciales de la Vida
Los elementos químicos que forman parte de la materia viva reciben el nombre de bioelementos. Para estudiarlos, los podemos clasificar en función de su abundancia en bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos.
Bioelementos Primarios
Los bioelementos primarios son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Representan el 96,2% del total y todos ellos aparecen en las capas más externas de la Tierra. El carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno son elementos de pequeña masa atómica y tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables, permitiendo crear una gran variedad de moléculas.
Bioelementos Secundarios
Los bioelementos secundarios aparecen en menor proporción en los seres vivos y suelen aparecer en forma iónica. Entre ellos están:
- El calcio, que puede encontrarse formando parte de los huesos, conchas, caparazones, o como elemento indispensable para la contracción muscular.
- El sodio y el potasio son imprescindibles para la transmisión del impulso nervioso. Junto con el cloro y el yodo, contribuyen al mantenimiento de la cantidad de agua en los seres vivos.
- El magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la clorofila y el hierro forma parte de la hemoglobina de los glóbulos rojos.
Oligoelementos
Los oligoelementos también se denominan elementos traza, puesto que aparecen en muy baja proporción en la materia viva; sin embargo, son imprescindibles para que ésta se desarrolle: yodo, cadmio, manganeso, potasio, etc.
Importancia del Agua en la Formación de la Vida
Los bioelementos se unen, mediante enlaces químicos, para crear moléculas que formarán la vida, las llamadas biomoléculas. Éstas se clasifican en dos grandes grupos:
- Biomoléculas inorgánicas: el agua y las sales minerales.
- Biomoléculas orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
En la molécula de agua intervienen un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno (H2O). El oxígeno comparte sus dos electrones libres con los dos átomos de hidrógeno, formando dos enlaces covalentes muy fuertes.
La molécula de agua se comporta como un dipolo eléctrico. El átomo de oxígeno (como es más electronegativo) tiende a atraer los electrones compartidos con el hidrógeno, con lo cual esas parejas de electrones están más cerca del oxígeno que del hidrógeno. El resultado final es que cada uno de los átomos de hidrógeno posee cierta carga positiva, mientras que el oxígeno negativa.
Todo ello hace que la molécula de agua, aun siendo neutra, se comporte como un dipolo eléctrico.
Pero, ¿qué consecuencias tiene que la molécula de agua se comporte como un dipolo eléctrico?
- Permite que las moléculas de agua se unan entre sí, formando puentes de hidrógeno, enlace algo más débil que el covalente, ya que se origina una atracción entre la carga positiva de una molécula donde se hallan los átomos de hidrógeno con la carga negativa el átomo de oxígeno de otra molécula de agua adyacente.
- También se pueden unir a otras moléculas diferentes al agua mediante estos puentes de hidrógeno. Además, ocurre que los electrones alrededor del oxígeno se encuentran en una ordenación tetraédrica, permitiendo que una molécula de agua pueda unirse a cuatro moléculas vecinas, ocupando el átomo de oxígeno una posición central en el tetraedro.
Propiedades y Funciones del Agua (I)
Las propiedades del agua son el resultado de la estructura de su molécula y de las fuerzas que establecen las moléculas de agua entre sí y con moléculas del medio. Las funciones que el agua realiza en la Naturaleza son consecuencias de sus propiedades.
a. Estado Físico del Agua
En el estado sólido, las moléculas de agua permanecen formando una red rígida, unidas a otras 4 moléculas de agua, sin que se destruyan ni se formen nuevos puentes de H.
En el estado líquido, los puentes de hidrógeno se están formando y destruyendo continuamente, sin formar una red tan rígida como en el hielo.
En el estado de vapor, las moléculas están unidas sólo a 2 ó 3 moléculas.
Siempre me he preguntado por qué el hielo flota y, por tanto, es menos denso que el agua líquida. No parece ocurrir en otros líquidos de la Naturaleza.
¿Por qué curiosamente sucede en el líquido más importante para la vida terrestre?
El agua, a diferencia de otros líquidos que disminuyen sus volúmenes conforme disminuyen sus temperaturas, comienza a aumentar su volumen a partir de que su temperatura desciende por debajo de los 4º C. Por debajo de esa temperatura, su volumen aumenta y por tanto disminuye su densidad. Recuerda que la densidad es igual al cociente entre la masa y el volumen de una sustancia. A esta propiedad especial del agua se le denomina dilatación anómala del agua y es la que impide que el agua de las zonas más frías de la Tierra se congele por completo.
b. El Agua es Líquida de 0 a 100º C
El agua es líquida a muchas temperaturas, desde valores extremos muy bajos hasta los más altos. Si esto no fuera así, ¿qué pasaría en los desiertos o en las regiones frías?, ¿habría vida?
Sin agua no hay vida y por tanto, si el agua no se mantuviera en estado líquido dentro del margen de temperaturas normales de la Tierra, no podría existir organismo alguno en muchos de los hábitats terrestres más extremos, como los desiertos o las regiones polares y circumpolares.
c. Acción Disolvente
El agua es capaz de disolver la mayoría de las sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas, dado que puede rodear los elementos que las componen y separarlos, quedando dichas sustancias totalmente disueltas.
Pero ¿a qué se debe lo anterior?, ¿por qué el agua tiene esa capacidad para disolver?
Se debe básicamente a que la molécula de agua es dipolar y a que posee una elevada constante dieléctrica —es decir, gran capacidad para debilitar las uniones que mantienen unidas a las moléculas—. Por ello provoca la separación de los compuestos en iones, que son rodeados por moléculas de agua, disolviendo casi la mayoría de los compuestos orgánicos e inorgánicos.
Pero no sólo puede disolver ese tipo de sustancias, además puede dispersar moléculas anfipáticas, (lípidos, grasas) es decir, moléculas con una parte hidrófoba —que repelen el agua y no se pueden mezclar con ella— y otra hidrofílica —afinidad por el agua—. Dichas sustancias, en el seno del agua, se orientan de tal forma que sus extremos hidrofóbicos se sitúan fuera del contacto del agua y los hidrofílicos en contacto con ella, originando unas estructuras denominadas micelas, como las membranas celulares.