TEMA 1: Bioelements i biomolècules
2- Bioelement. (Element biogènic).
Tots els éssers vius aquestan constituïts, quantitavivament i qualitativa, pels mateixos elements químics. Cap d'ells és propi de la matèria viva, ja que són els mateixos elements que intervenen en la composició de la matèria inerta o mineral. Mateixos elements, però en proporcions molt diferents.
La següent taula mostra la proporció d'alguns bioelements al cos humà comparada amb la que tenen a la resta de la Terra.Font: Arias, M. et. al. 1997. Biologia I. Castellnou, Barcelona Un model dinàmic d'aquesta taula el podeu trobar a l'article de la wikipèdia
La gràfica que teniu a sota prové del llibre "Biologia molecular de la cèl·lula" d'Alberts et al. Fixeu-vos que les dades no coincideixen. Cal fixar-se doncs en els detalls del que signifiquen les xifres que apareixen (possiblement en la primera en parlen de pes en la matèria inert i en el cos humà. mentre que en el segon cas parla del percentatge del nombre total d'àtoms presents -independentment de la seua massa- en l'escorça terrestre i les parts toves dels éssers vius)i també en el grau de fiabilitat de la font: un llibre de text de secundària i un dels llibres més utilitzats en les facultats de biològiques de tot el món
Com es veu en la taula, la proporció dels diversos bioelements és força diferent a la que trobem a l'atmosfera, la hidrosfera o a l'escorça terrestre: alguns dels elements més abundants en la matèria inerta a penes estan representats en els organismes vius (Si, Al, Fe), mentre que altres elements poc representats en la matèria mineral són els principals components dels éssers vius (H, C o N). Fent uns senzills càlculs podem veure que el percentatge d'aparició de l'alumini al món mineral és 7300 vegades el percentatge present als humans, mentre el nitrogen presenta un percentatge 150 vegades major al cos humà que en les roques. Això ens indica que la vida ha seleccionat aquells elements que li són més adequats per a formar les seves estructures i realitzar les seves funcions..
De tots els elements presents a l’escorça terrestre, tan sols uns 25 tenen una funció concreta en els éssers vius i els anomenem elements biogènics o bioelements. Si atenem a la seua abundancia (que no importància) els podem agrupar en:
* Bioelements primaris o principals: C, H, O, N , S i P
Són els elements majoritaris de la matèria viva, tot constituïnt més del 95% de la massa total. El 90% correspon al oxigen (62%), carboni (20%) i hidrogen (10%). Són indispensables per a la formació de les principals biomolècules (funció plàstica)
Les propietats físico-químiques que els fan idonis per als processos vitals són:
- Són relativament abundants en l'atmosfera, hidrosfera i part superior de la geosfera, on es troben els éssers vius
- Formen entre ells enlaços covalents, compartint electrons. Com que són elements lleugers, de poca massa atòmica, els enllaços covalents resultants són molt estables
- Les molècules derivades presenten normalment una polaritat , la qual cosa facilita la seua dissolució en aigua, que constitueix el medi on es desenvolupa la vida
- La química orgànica s'anomena també la química del carboni perquè és aquest element el que hi desenvolupa un paper principal..
- Té quatre electrons a l'últim orbital el que fa que tingui gran capacitat per a formar enllaços covalents estables amb altres carbonis; els enllaços poden ser simples (C-C) i dobles (C=C) (rarament triples a la matèria viva), i formar anells i llargues cadenes estables, ramificades o no (macromolècules). Segons el nombre d'àtoms de carboni, d'enllaços simples i/o dobles i la presència o no d'anells, cada macromolècula té propietats diferents, de manera que, virtualment, poden existir un nombre il·limitat d'elles.
- Degut a la configuració tetraèdrica dels enllaços de l'àtom de carboni, els diferents tipus de molècules orgàniques tenen estructures tridimensionals diferents, de manera que una mateixa molècula, depenent de la posició a l'espai dels seus àtoms, té propietats físico-químco-biològiques diferents, multiplicant així el nombre de compostos amb activitat biològica (per exemple, els estereoisòmers dels monosacàrids). Aquesta conformació espacial és la responsable de reaccions enzim-substrat o antigen-anticós.
- Com a conseqüència de la seua localització a la taula periòdica l’àtom de C posseix una electronegativitat intermèdia, cosa que el permet unir-se amb elements de major electronegativitat com el S , O , N o amb altres més electropositius com el H. Gran capacitat per a unir-se a l'hidrogen, oxigen, nitrogen i sofre, augmentant enormement la possibilitat de crear nous grups funcionals (carbonil (C=O), alcohol (C-OH), carboxil (COOH), amina (C-NH2), sulfhidril (C-SH), etc.) que, junt amb la propietat anterior, origina una extraordinària diversitat de compostos orgànics.
Així doncs, a partir del C i un reduït nombre d'elements es poden formar una gran quantitat de molècules distintes amb gran capacitat d'adaptació evolutiva.
Molècula de metionina, un aminoàcid; s'hi observen diversos àtoms de carboni enllaçats amb altres carbonis i a àtoms d'hidrogen, nitrogen, oxigen i sofre; en tots els casos es tracta d'enllaços covalents
* Bioelements secundaris.
Són la resta dels elements presents als éssers vius. Es troben en una proporció menor del 4,5%. Desenvolupen funcions diverses. Quatre són relativament abundants - sodi (Na), potassi (K), magnesi (Mg), calci (Ca); la resta es presenten en molt baixa proporció i reben el nom d'oligoelements. En tenim que apareixen en tots els organismes (essencials) : Ca, Na , K , Cl , Mg , Fe , Si , Cu , B , I , F , etc. D'altres són variables ja que poden faltar en alguns organismes ( Br , Zn , Ti , Pb , Al)
Cal destacar el concepte d’oligoelement Oligoelement és aquell bioelement que es troba als éssers vius en una proporció menor al 0'1 %. Malgrat la seva escassesa, són indispensables per a la vida , ja que molts d'ells presenten una funció catalítica (activació de les reacions químiques).
FUNCIONS D'ALGUNS BIOELEMENTS
Sofre El sofre es troba bàsicament en forma de radical sulfhidril (-SH) en alguns aminoàcids (com la cisteïna) i coenzims (per exemple, el coenzim-A). Fòsfor Present als fosfolípid i els àcids nucleics Magnesi El io Mg2+ és un cofactor de molts enzims. Es un dels components de la clorofil·la Calci Forma part de les estructures esquelètiques, però també es troba en forma iònica on actua, per exemple, en la contracció muscular Sodi El sodi i el potassi es troben en forma iònica, Na+ i K+ i intervenen en el manteniment de la diferència de potencial electroquímic a banda i banda de la membrana plasmàtica, on existeix una bomba de sodi-potassi (transport actiu) Potassi Clor Anió més comú de l'interior cel·lular Ferro La hemoglobina, una proteïna que presenta ferro, transporta oxigen, O2 Iode El iode és necessari per a sintetitzar les hormones tiroïdees, que regulen el metabolisme. Fluor Forma l'esmalt dental Silici Atorga resistència a les tiges de les gramínies. Forma els frústuls de les diatomees Zinc És abundant al cervell, òrgans reproductors i pàncrees. Coure El coure forma part de l'hemocianina, l'equvalent de l'hemoglobina en alguns invertebrats Cobalt El cobalt forma part de la vitamina B12
3- BIOMOLÈCULES
Els àtoms que formen la matèria viva no es troben com a elements lliures sinó que s'uneixen mitjançant enllaços químics i formen biomolècules o principis immediats. Aquest darrer nom és degut a què es poden separar fàcilment amb mètodes purament físics (dissolució, decantació, filtració, centrifugació, cromatografia ,evaporació, destil·lació etc.)
En principi, el nombre de molècules orgàniques formades per la unió del carboni i els altres bioelements primaris és astronòmic. Malgrat l'elevat nombre dels compostos hidrocarbonatats present a la cèl·lula, aquest representa únicament una petita part del número teòricament possible; Ha hagut una evolució bioquímica que seleccionà les molècules més apropiades.
Podem classificar els principis immediats en :
Principis immediats inorgànics: Presents tant a la materia viva i a la inerte
* Gasos: O2 , CO2
* H2O
* Sals minerals
Principis immediats orgànics: Exclusius de la matèria viva
* Glúcids o carbohidrats
* Lípids o greixos
* Proteïnes
* Àcids nucleics
També s'hi inclouen els biocatalitzadors: les vitamines, enzims i hormones no formen una categoria diferent de principis immediats sinó que es destaquen per la seua importància fiuncional, ja que són imprescindibles per a la activitat biològica (pertanyen fonamentalment a les proteïnes, lípids i nucleòtids)
