UNIDAD NIDAD
2 _
1
Bioquímica ■ Capítulo Capítulo 3: Los bioelementos. Capítulo 4: Las biomoléculas.
A Í G O L O I B
LOS BIOELEMENTOS
Capítulo III
Objetivos ♦
Clasificar los elementos químicos presentes en los seres vivos de acuerdo a su abundancia.
♦
Comprender que los seres vivos están hechos de elementos naturales.
♦
Conocer las Junciones Juncion es de los principales principales elementos elementos de la materia viv viva.
♦
Conocer algunas enfermedades ocasionadas por la carencia de biolementos en la nutrición.
In Introducción El Unive Universo rso está constituido de materia en movimiento, la unidad unida d sustancial de la materia es el átomo y los átomos con con propieda propiedades des químicas idénticas son los elementos. Los elementos elementos presentes presentes en los los sere seress vivo ivos son llamados bioelemen bioelementos. tos. Son abundantes abundante s el carbono carbono (C), el hidrógeno (H ), el oxígeno oxígeno (O), el nitrógeno ( N ) y adic adicio iona nalm lmen ente te el fósforo fósfo ro ( P ) y el azufre (S), esto estoss elementos elementos constituyen constituyen del 9 6 % al 9 9 % de los sere seress vivos vivos.. Otros Ot ros elementos elem entos son escasos escasos de un 1% a un 4% 4 % en los seres seres vivo vivos. s. Dentro Den tro de ellos destacan el calcio (Ca+ (Ca +2), el hierr hierro o (Fe+2), (Fe+2), el potasio ( K + l), el sodio sodio (Na ( Na + I), el clo cloro ro (CI 1), el magnesio magnesio (M g+2), el yodo yod o (I 1) y el cinc (Z n +2). Se sabe sabe por ejemplo ejemplo que el calci calcio o form fo rm a parte de huesos huesos y dientes, dientes, que su deficien deficiencia cia prov provoc oca a osteo osteopo poros rosis is y raquitismo. raquitismo. El hierro hierro participa en la formac for mación ión de hemoglobina y su caren carencia cia provoc provoca a anemia. El yodo yo do participa en la síntesis de hormonas hormona s tiroideas y su carencia carencia produce inflamación inflamac ión de la tiroides tiroides (bocio). El potasio participa en la conducción conducción nerviosa y el cinc es el más importa impo rtante nte cofactor enzimático. enzimáti co. De ahí la importancia de saber en qué tipo de alimentos se encuentran los bioelementos que permiten el buen funcion func ionam am iento ien to del organismo; organismo; una alimentación balanceada balanceada con frut fr utas as,, verd verdur uras as,, lácteo lácteos, s, carn carnes, es, huevos huevos y cereales cereales es suficient sufic ientee para proveer a nuestro nues tro organism or ganismo o de todos los elementos eleme ntos necesarios. necesarios. No se requiere requiere que consumamos suplementos suple mentos adicionales. adicionales. En nuestro nues tro medio se venden venden suplementos suplemento s nutricionales como el calciocalciomagnesio-cinc confines de lucro.
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Biología
Lumbreras Editores D e f in i c ió n
Los bioeleme ntos son todos aquellos elementos químicos que form an p arte de los seres vivos en condiciones normales. De los 109 elementos que existen (90 naturales y 19 obtenidos en el laboratorio) solo aproxim adam ente 27 de ellos se enc uen tran en la inme nsa diversidad de organismos.
m
C l a s i f ic a c i ó n
Si se realiza un análisis quím ico d etallado de la com posición de cada un o de los seres vivos y luego se prom edia el resultado, se pod rá d ete rm ina r que algunos bioelem entos son más abun dantes que o tros; apoyándonos en este criterio se pued en clasificar en primarios y secundarios.
El Vultur gryphus “condór andino” es una especie en situación vulnerable que está compuesta de elementos naturales tales como carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otros. El elemento que en un análisis porcentual resulta más abundante es el oxígeno.
BIOELEMENTOS
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Primarios
Secundarlos
C H 0 N P S
Cl, Na, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Co.......
96 al 99%
1 al 4%
CAPÍTULO III
2.1.
Los Bioelementos
BIOELEMENTOS P RIMARIOS (OR GANÓ GE NOS ) Incluye a seis elementos: carbono (C), hidróge no (H ),
oxígeno (O), nitrógeno
(N), fósforo (P) y azufre (S) que constituyen en prom edio del 96% al 99% d el peso de la m ateria viva. Son elem ento s fundam entales e indispensables para la form ación de biomoléculas orgánicas tales como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, e inorgánicas tales com o agua,, oxígeno y dióxido de carbo no. La carac terística general y distinguible de todo s ellos es pre sen tar un bajo pe so atóm ico, lo cual facilita su agregación para fo rm ar e integra r el esq ueleto o arm azón de las biomoléc ulas , es p o r eso que se les denomina también elementos plásticos, biogenésicos u organógenos. De los seis, C, H, O, N son los más abundantes. COMPOSICIÓN A TÓMICA DE TRES ORGANISMOS REPRESENTANTIVOS Elemento
2.2.
Humano
Alfalfa
Bacteria
Carbono
19,37%
11,34%
12,14%
Hidrógeno
9,31%
8,72%
9,94%
Oxígeno
61,81%
77,90%
73,68%
Nitrógeno
5,14%
0,83%
3,04%
Fósforo
0,63%
0,71%
0,60%
Azufre
0,64%
0,10%
0,32%
CHONPS Total
97,90%
99,60%
99,72%
BIOELEMENTOS SE CUNDARIOS (OLIGO GÉ NICOS ) Los valores difieren según el organismo, así el calcio solo se encuentra en 0,007% del cuerpo vegetal, a diferencia de los vertebrados donde constituye el 2,5% del total. Otro caso parec ido es el silicio, que alcanza solo el 1% de tod a la ma teria viva, po r hallarse en las gramíneas y en las algas diatomeas, dos grupo s d e organismos am pliame nte d istribuidos en todo el mund o, m ientras que en los vertebrados ma míferos sólo representa el 0,0001%. Estos elementos cumplen funciones específicas, interaccionan en su forma libre frecuentemente como parte de moléculas inorgánicas (sales) o de moléculas orgánicas (vitaminas, pigmentos, enzimas). Generalmente se encuentran en forma de iones (con carga eléctrica). Algunos de estos bioelem ento s están prese ntes en tod os los seres vivos, por lo cual se les co nsidera de distrib ució n universal; en ca mbio, aquellos que solo se enc uen tran en ciertas especies son de d istribución variable.
99
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS
1
4
3
2
METALES LIGEROS
5
7
6
8
Número atómico -------1
IA
9
10
11
13
12
14
15
------- Peso atómico
16
17
NO METALES
VINA
Símbolo
im
18
Afinidad electrónica -------» H ------- Electronegatividad (KJ /mol) s p B ii V i _ ____ . Energía de ionización Valencia -------- _ i (MJ /mol)
Se destacan los cuatro bioelementos más abundantes (en rojo), seguidos del fósforo y azufre (en verde) y los escasos (en amarillo). / ---------------------------------------------------- EL EM ENT OS DE TR ANS IC IÓN INTE RN A --------------------------------------------------- \ 57
* Lantánidos
58 L
138,905
a
58 MftH 59
1,1
mCGi ,148 P
0,538
89
** Actínidos
A
227 c n 0,49
90
0,528 252,038
T h u 0,59
140,907
60 <44.2461
1,1 4sNdi,i 4 8 ^ 1 , 1
r
0,53
0,523
91 P
U7
231,035
a
1,3 0,57
92
238,029
U
93
237,04
150,35
63
4 a S m i , i 48 E 0,543
0,536
94
242
95
[PllQu
1,5 0,59
62
0,60
0,585
64
151,96
157,25
U 1,1
48Gd n
0,547
0,592
243
^^mrDi.3
0,578
96
247
65 48 T
158,9 25 66 b
162,50
1,1 48 D y u
0,564
97
247
98
251
(Bfel,3
©ffu
0,581
0,601
0,608
164,93 68
48 H O 1,1 48 E
0,572
©Ufe
TR ANSUR ÁNIDOS
67
0,581
99
254
0,619
1,3
167,26
69
r
4sTm
1,1
0,589
100
253
101
188,934
70
1,1
48
Y b
0,597
256
173,04
102
1,0 0,603 254
F H ) 1 .3
KM i, 3
1.3
0,627
0,635
0,642
TIE RR AS RARAS (IIIB)
CAPÍTULO III
Los Bioelementos
F u n c io n e s d e l o s b io e l e me n t o s
3.1.
FUNC IONE S DE LOS BIOELEME NTOS P RIMAR IOS Todas las moléculas orgánicas tienen co mo elemento central de su estru ctura al carbono (C), los átom os de hidróg eno (H) , el oxígeno (O), el nitróg eno (N), y otros que se le un en para dar lugar a la enorm e variedad de moléculas que existen en los seres vivos. La composición de las principales biomoléculas nos permite entender la importancia de su presencia. MOLÉCULAS
Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos
BIOELEMENTOS
C, H, 0 C, H, 0, N, P C, H, 0, N, S C, H, O, N, P
El C, H, O y N son elementos abundantes en la naturaleza por lo cual son fácilmente aprovechables por los seres vivos. La incorporación de estos elementos a la cadena alimenticia ocurre a través de los organismos autótrofos. El carbono (C), el hidrógeno (H) y el oxígeno (O) se incorporan a las plantas, algas y bacterias como dióxido de carbono (C 0 2) y agua (H20 ) , m ientras el nitrógeno (N) lo hace a través de bacterias. El nitrógeno es componente de los aminoácidos y, por lo tanto, de las proteínas, que constituyen el citoplasma celular. Las plantas con abu ndante n itrógeno en su medio crecen no rm alm ente, son suculentas y de hojas verde oscuro. Al con trario, las plantas que crecen en suelos pobres d e nitrógen o, son pequ eñas, d e color verde pálido o amarillentas, com o p o r ejemplo las plantas carnívoras. El fósforo es constituyente del ATP y de los nucleótidos, que son unidades del ADN y del ARN. En las plantas, resulta abundante en las células meristemáticas (células de crecimiento). Abund a dura nte la maduración de las semillas y frutos (estructuras que conc entran alta pro porció n de fósforo). Los hortelanos satisfacen esta deman da dura nte la m adura ción y florecimiento, aplicando fertilizante fosfatado cerca de la base de la planta. El fósforo es necesario para ciertos procesos enzimáticos, como la producción de alcohol a partir de azúcares y las transformaciones de azúcares en almidón y viceversa. La deficiencia de fósforo provoca enanism o en plantas; p o r ejem plo, las plantas del maíz en suelos deficientes de fósforo llegan a una altura de 30 a 60 cm y producen pequeñ as espigas. En los animales, el fósforo es componente de la hidroxiapatita de la matriz ósea.
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Lumbreras Editores
Biología
El azufre es indispensable para la formación de clorofila, pigmento verde de plantas y algas, su deficiencia provoca un color verde pálido. Es com pon ente im po rtante en la estru ctu ra de las proteínas (forma parte d e la insulina), glutatión (antioxidante celular) y de los glucósidos que dan sa bo r característico a la mostaza, cebolla y raban itos. También se le enc ue ntra en la com pos ición d e la vitamina Bj (tiamina) y B8 (biotina).
3.2.
FUNC IONE S ESPECÍFICAS DE LOS BIOELE MENTOS SECUNDAR IOS EN LAS PLANTAS Analicemos algunas funciones de los elementos esenciales en el funcionamiento y estructura de las plantas.
El calcio. Forma parte importante de las paredes celulares en la forma de pectato de calcio, actúa como cofactor enzimático y neutralizador de ácidos orgánicos en la forma de oxalato de calcio.
El magnesio. Form a parte del núcleo de la clorofila que es una m olécula im po rtante para la fotosíntesis, su deficien cia in hibe la producció n de es te pigm ento , origina nd o el color amarillo, actúa como cofactor de muchas enzimas, está relacionado con la producció n de aceites.
•
El potasio. Se concentra en las zonas activas de la planta, como yemas, hojas tiernas y ápices (extremos) de raíces. Actúa como catalizador de los siguientes procesos: síntesis de azúcares (almidón) y transporte de hidratos de carbono; reducción de nitratos; síntesis de proteínas y división celular. Su deficiencia ocasiona enanismo y falta de maduración de las semillas.
El hierro. Actúa com o catalizador dura nte el trans porte de oxígeno en la célula, form a parte de much as enzimas co m o pe roxidas a, catalasa y citoc rom os. Su deficien cia en las plantas ocasiona que se vuelvan cloróticas (de color verde pálido, casi blanco), las hojas escasas de h ierro, se prese ntan moteadas.
El cobre. Es cofactor de muchas enzimas, factor importante para el crecimiento de las plantas (caldo bord el es usado en crecim iento de papas). Puede ser utilizado com o fungicida (para eliminar hongos que afectan las cosechas) debido a que es tolerable por las plan tas de cultivo.
•
El manganeso. Factor activador de muchas enzimas, principa lme nte
las que
favorecen las reacciones de óxido-reducción. Su exceso causa deficiencia de hierro en las plantas, las sales férricas son absorbidas y son reducidas a sales ferrosas, siendo el manganeso el agente oxidante, el exceso ocasiona su no absorción p orq ue es reducido en el medio.
Esto ocur rió cuando plan taron po r prim era vez piñas en Hawai, los
suelos volcánicos contienen grandes cantidades de manganeso, lo que impedía su absorción.
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CAPÍTULO III
Los Bioelementos
El cinc. Activador de muchos sistemas enzimáticos, forma parte de la anhidrasa carbónica resulta necesario para la síntesis del ácido indolacético (auxina), horm on a vegetal que estimula la elongación celular; adem ás qu e se acum ula en las semillas. El molibdeno. M icronu triente que actúa en la reduc ción de nitratos. Los tom ates lo necesitan en pequeñísimas cantidades para su desarrollo y crecimiento. El boro. Es indispensable para el desarrollo de plantas superiores, además resulta muy útil para los cultivos de tomate, zanahoria, espárrago y remolacha azucarera.
Las plantas carnívoras usan a sus presas como fuente de nitrógeno, fósforo y calcio; a diferencia de los animales carnívoros que utilizan a su presa para obtener energía. La dionea es una planta carnívora cuyas hojas se cierran alrededor de cualquier insecto que se mueva sobre su superficie, comúnmente se le llama atrapamoscas; sin embargo, capturan principalmente hormigas.
3.3.
FUNC IONE S ESPECÍFICAS DE LOS BIOELEME NTOS SECUNDAR IOS EN LOS ANIMALES Y EN EL HOMBRE •
El sodio. Principal catión del m edio extracelular, q ue se encu entra en tod os los tejidos y líquidos orgánicos de los animales en forma de cloruros, fosfatos y carbonates. Interviene en el mantenimiento de la presión osmótica de las células, de la cual depende el ingreso de nutrientes y la salida de desechos de las mismas. Participa en la regulación del equilibrio ácido-base, el sodio es componente de sistemas am ortiguado res: los carb on ates y fosfatos ácidos y básicos. In tervie ne en la regulación hídrica. Una baja concentración de sodio en los tejidos determina una sensación de sed en los vertebra dos. Inte rvie ne en el ingreso de am inoácidos a la célula. La carencia disminuye la asimilación proteica. La falta de sodio en aves origina baja producción de huevos. Intervie ne en la con duc ción del impu lso nervio so, en la polarización, despolarización y repolarización de las neuronas.
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Biología
El potasio. Principal catión del medio intracelular que participa en el ma ntenim iento del equilibro ácido-base, la regulación de la presión osmótica y de la permeabilidad celular. Interviene en la transmisión del impulso nervioso, en la polarización, despolarización y repolarización d e neu ronas . Estimula al Sistema Ne rvioso Parasimpático y activa los movimientos intestinales. El tejido muscular presenta seis veces más potasio que sodio, por eso es que cuando el potasio es deficiente en las gallinas, se observa debilidad en las patas. El cloro. Es el principal anión extracelular y cumple papeles análogos a los del sodio en el organismo. Abunda en la mucosa gástrica, orina, sudor y leche. En la mu cosa gástrica de los ma mífero s se bo m bea clo ro desde la sangre para sintetizar el ácido clorhídrico del jugo gástrico. El ácido clorhídrico es el factor activador que transforma el pepsinógeno en pepsina. En la alimentac ión d e las vacas lecheras, el clo ru ro sódico es vital. Su carencia ocasiona descenso en la producción láctea, pérdida de apetito y peso, ojos sin brillo, pelaje áspero y un decaimiento general. El calcio. Catión qu e participa en la condu cción de im pulsos nerviosos. A umenta la am plitud del latido cardiaco al interve nir en la contracción muscular. Es un elemento plástico , puesto qu e co nstituy e el tejido óseo y denta rio y ac túa co mo fe rm ento en la coagulación sanguínea y de la leche. En las aves, la glándula nidamentosa (útero) segrega calcio que envuelve al huevo. Las aves y los cerdos que se alimentan principalm ente de granos debe n com plem entar su dieta con proteínas de origen animal ricas en calcio, como la harina de pescado. El hierro. Es com po nen te de pigmentos transp ortad ores de oxígeno y de catalizadores de los fenómenos de oxidorreducción. Se encuentra en las hemoglobinas, hemeritrinas y mioglobinas. La hemoglobina es la proteína que transporta oxígeno en los vertebrados. La hemeritrina transporta oxígeno en algunos anélidos. La mioglobina transporta oxígeno en los músculos. Constituye citocrom os y catalasas. Los citocrom os son transpo rtado res de electrones importantes; dentro de las mitocondrias transportan electrones hacia el oxígeno, favoreciendo la síntesis de ATE La catalasa es una enzima que particip a e n la destrucción del agua oxigenada, tóxico que se forma en el metabolismo celular. El yodo. Es un importante componente de las hormonas tiroideas, espongina y colorantes de algunos moluscos.
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CAPÍTULO III
Los Bioelementos
El yodo se con centra p rincipalm ente e n la glándula tiroides d e los vertebrados don de perm ite la síntesis de tiroxin a, horm ona que pro voc a cre cim ie nto co rp oral. Si los alimentos no p rop orc iona n el suficiente yodo para qu e la tiroides elabore tiroxina, se observa un abultamiento en la parte inferior de la garganta porque se desencadena la enfermedad llamada bocio simple. La espongina es una proteína que se encuentra constituyendo las espículas del esqueleto de las esponjas de mar.
El cobre. Es un componente de la hemocianina, pigmento respiratorio de los moluscos y algunos artrópodos; indispensable en la síntesis de compuestos que contienen hierro, actúa como cofactor enzimático. Cuando hay deficiencias de cobre son frecuentes las fracturas de huesos y malformaciones óseas. También se puede generar la ataxia zoótica, enfermedad en la que se produce desmielinización de neuronas de extremidades posteriores lo que genera deficiencias de locomoción.
El magnesio. Es cofacto r enzim ático d e carboxilasas, de shidrogenasas y fosfatasas. Cumple papel importante en el crecimiento ya que los animales jóvenes que no lo reciben sufren una detención del mismo y mueren en algunas semanas. Experimentalmente, se ha demostrado que la carencia absoluta de este elemento origina excitabilidad creciente y más tarde la m uerte.
•
El cobalto. Es co m po ne nte de la vitamina B 12 (cianocob alamina), activador de pep tidasas y otras enzimas. La vitam ina B12 es antianém ica. Las pep tidasas son enzimas digestivas qu e degradan pro teínas. En caso de deficiencia en bovinos y ovinos se produce el marasmo enzoótico que origina la muerte de un 30% de individuos. En los toros aumenta el porcentaje de espermatozoides anormales.
El molibdeno. Es cofactor de enzimas flavoproteínicas. •
El flúor. Los animales necesitan pequeñas cantidades de flúor para formar buenos dientes. El níquel. Es necesario para la síntesis de insulina; activador de enzimas y factor antianémico. Al ser un activador de la arginasa, interv iene en los procesos de forma ción de úrea. El manganeso. Es cofactor para la activación de dipeptidasas, carboxilasas y fosforilasas. Las dipeptidasas son enzim as digestivas que de grad an dipé ptidos . Las carboxilasas son enzimas que pe rm iten la asimilación de dióxido de carbono.
El silicio. Como constituyente de las plumas de las aves; le da rigidez a las plumas en las que se ha identificado el silicato de esterol. El 77% de cenizas de un a plum a es silicio. El cinc. Es cofac tor de la anh idrasa carbónica , catalasas y fosfatasas. Acelera la mitosis, se concentra en el huso mitótico.
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BIOELEMENTOS SECUNDARIOS EN EL HOMBRE Las neuronas del encéfalo necesitan sodio (Na+) y potasio (K+) para la conducción del impulso nervioso. Los dientes requieren pequeñas trazas de flúor (F- ) y calcio (C a+2) para mantenerse duros.
La tiroides requiere yodo (I- ) para su buen funcionamiento.
Los huesos requieren calcio (Ca+2) para mantenerse duros.
La sangre requiere hierro (Fe+2), constituyente de la hemoglobina de los glóbulos rojos. El cobalto (Co+2) es un constituyente de la vitamina B i 2 que es antianémica.
Los músculos requieren calcio (Ca ) para la contracción.
Una alimentación balanceada nos provee de todos los elementos secundarios suficientes para un buen funcionamiento de nuestro organismo.
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CAPÍTULO III
Los Bioelementos
CUADRO DE ALGUNOS BIOELEMENTOS SECUNDARIOS EN EL HOMBRE Mineral
Alim entos en los que se encuentra
Funciones principales
Efectos de la deficiencia
Calcio
Leche, queso, legumbres, verduras.
Formación de huesos y dientes, coagulación sanguínea y transmisión nerviosa.
Raquitismo, osteoporosis.
Cloro
Sal, algunas verduras y frutas.
E quilibrio hídrico.
Desequilibrio ácido - base en los fluidos corporales (raro).
Magnesio
Cereales, verduras de hoja verde.
Activación en enzimas, síntesis de proteínas.
Fallos del crecimiento, problemas del comportamiento convulsiones.
Fósforo
Leche, queso, yogur, pescado, aves de corral, carnes, cereales.
Formación de huesos y dientes, equilibrio hídrico.
Debilidad, pérdida de calcio.
Potasio
Plátanos, verduras, papas, leche, carnes.
Equilibrio hídrico y transmisión nerviosa.
Calambres musculares, pérdida del apetito, ritmo cardiaco irregular.
Azufre
Pescado, aves de corral, carnes.
Funcionamiento del hígado.
Raro.
Sodio
Sal de mesa.
Equilibrio hídrico y funcionamiento del hígado.
Calambres musculares, pérdida del apetito.
Cromo
Legumbres, cereales, visceras, grasas, aceites vegetales, carnes, agua potable.
Metabolismo de la glucosa.
Aparición de diabetes en adultos.
Cobre
Carnes, agua potable.
Formación de los glóbulos rojos.
Anemia, afecta al desarrollo de huesos y nervios.
Flúor
Agua potable, té, mariscos.
Resistencia a la caries dental.
Caries dental.
Pescado de mar, mariscos, productos lácteos, verduras, sal yodada.
Síntesis de las hormonas tiroideas.
Inflamación del tiroides (bocio).
Hierro
C arnes magras, pan y cereales, legumbres, mariscos.
Formación de hemoglobina.
Anemia.
Cinc
Carnes magras, huevos, cereales, verduras de hoja verde, legumbres.
Componentes de muchas enzimas.
Fallos en el crecimiento, atrofia de las glándulas sexuales, y retraso en la curación de heridas.
Yodo
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LedutaI Bocio Se denomina bocio al aumento de volumen de la glándula tiroides (tiroidomegalia). La glándula tiroides suele pesar unos 20-30 g, pero en casos de bocio puede llegar a pesar hasta 1 kg; aunque tiene diferentes causas, la más frecuente es una captación de yodo inferior a la necesaria, debido a un déficit en la dieta. Aunque puede aparecer en cualquier (bocio) localización, es endémico en las zonas Mujer afectada por bocio simple que se debe a la geográficas montañosas (Andes, Himalaya) falta de yodo en la dieta alimenticia. donde el escaso aporte de yodo tiene su origen en el predominio de determinados cultivos, las propiedades químicas del suelo o la dificultad de las comunicaciones, que impiden diversificar el origen de los alimentos. A este respecto, el Dr. Marañón señalaba, en 1927, que el bocio es un problema de la civilización. En España, esta enfermedad presentó una alta prevalencia en zonas aisladas y deprimidas económicamente, como Las Hurdes (Extremadura). Las necesidades diarias de yodo se cifran en 100-150 mg, que se aportan por los alimentos de la dieta. Con carácter preventivo, se han suplementado con yodo ciertos alimentos de consumo general, como pan y aceite, pero lo más generalizado es la utilización de sal yodada en la dieta. Además de la escasez de yodo en la alimentación, se han descrito ciertos elementos cuya presencia dificulta la correcta captación del yodo por la tiroides. Son las denominadas sustancias o elementos bociógenos. Entre ellos se encuentran el calcio, el litio, el flúor, el cobalto; asimismo, son bociógenas las plantas del género Brassica (col, coliflor, rábanos) o las nueces. El bocio está epidemiológicamente asociado con el cretinismo y la sordomudez, así como con la deficiencia mental en diversos grados; cuanto más precoz es el déficit de yodo, mayor es la gravedad. Por tanto, las formas más graves son las que comienzan durante el desarrollo fetal, por lo que el déficit de yodo es peligroso en mujeres en edad fecunda. En algunas ocasiones, un exceso de yodo puede originar la existencia de bocio endémico. Es el caso de la isla de Hokkaido, en el archipiélago japonés. Un excesivo consumo de yodo bloquea la liberación de las hormonas tiroideas y la organificación del elemento. En otras situaciones, la administración de ciertos medicamentos (sulfonilureas, ácido paraaminosalicílico, etc.) puede producir bocio (yatrogénico). LOZANO, J .A. y Otros. Bioquímica y Biología Molecular. Madrid, McGraw- Hill Interamericana, 1995; pp. 7
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Ledwta2 ¿Un rey asesinado por medios químicos? El rey no era feliz. En enero de 1685, sus años de exilio y adversidad estaban lejos, se sentía políticamente seguro, su reino era pacífico y próspero, poseía tanto la inclinación como los medios para vivir de modo extravagante, pero su salud se hallaba en decadencia. Un ataque de gota le impedía dar su paseo diario por el parque de St. J ames, por lo que pasaba más tiempo de lo normal en su laboratorio, destilando mercurio (proceso preferido por los alquimistas en sus esfuerzos por fabricar oro) y haciendo otras incursiones en el campo de las ciencias de las que él era un sabio conocedor. Carlos II es considerado en la actualidad el fundador de la Royal Society -la sociedad científica más ilustre del mundopero en su época era criticado por pasar demasiado tiempo en su laboratorio y no dedicarse suficientemente a los Consejos de Estado. El domingo 1 de febrero de 1685 regresó a su viejo desenfreno. Pasó el día en su palacio de Whitehall en compañía de juerguistas y apostadores, emborrachándose con tres de sus amantes y disfrutando en general de los grandes placeres que dieron celebridad a su corte. A la mañana siguiente los cortesanos advirtieron que hablaba sin ninguna entonación y su mente se mostraba confusa. De repente sufrió un colapso. Sus médicos -catorce de elloscomenzaron a deliberar mientras le administraban desagradables e inútiles remedios. El 6 de febrero el Rey falleció. Aparte de los inevitables rumores de envenenamiento, la causa de su última enfermedad permaneció oscura durante casi tres siglos. En 1961, dos médicos americanos estudiaron las pruebas y elaboraron un diagnóstico de insuficiencia renal atribuible a envenenamiento por mercurio; esto resultaba bastante consistente con la historia de exposición a vapores de mercurio que cabe esperar dadas las prolongadas estancias del Rey en su laboratorio. Buscando mayor respaldo para su diagnóstico, sugirieron que el análisis del cabello del Rey podría mostrar si había absorbido una cantidad importante de mercurio. En 1966, tras un anuncio por los medios de comunicación, un espectador de Gales donó una pequeña muestra para su examen a cargo del doctor (ahora profesor) Hamilton Smith del Departamento de Medicina Forense de la Universidad de Glasgow. Esta reliquia procedía de un mechón de cabello dispuesto sobre una tarjeta con la siguiente inscripción: Este mechón de cab ello fue tomado de la cabeza del Rey Ch arles II po r la madre de Sir Johan Jennings Kt, y dado a la Srta Steele de Bromley por Phillip Jennings Esq. Sobrino del Almirante S ir John Jenn ings antes mencion ado 1705.
Mediante análisis de activación por neutrones se comprobó que el cabello del Rey contenía 54 ppm de mercurio. Este es un valor muy elevado (unas veinte veces superior al nivel normal en nuestro días) y brinda cierto respaldo al diagnóstico de los médicos americanos; aunque, como no se sabe cuando se cortó este mechón de la cabeza del Rey, no es posible tener la seguridad de que falleciera de envenenamiento por mercurio. Sin embargo, esta investigación ilustra el empleo de análisis de cabello en el estudio de problemas históricos. Para apreciar el valor de esta técnica es necesario que conozcamos mejor las propiedades físicas y químicas del cabello. LENIHAN J ohn. Migajas de la creación. Madrid, Alianza Editorial, 1992; pp. 15-17"
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Biología
PREGUNTAS RESUELTAS 1.
Elemento que se encuentra en mayor porcentaje
5.
en peso en la materia viva.
El pigmento verde que le da coloración a la mayoría de plantas es la clorofila, que tiene elementos como C, H, 0, N, .......
A) carbono B) hidrógeno
A) sodio.
C) oxígeno
B) flúor.
D) nitrógeno
C) cloro.
E) silicio
D) manganeso. E) magnesio.
2.
Es el elemento que permiteform ar cadenas en las biomoléculas orgánicas.
6.
Los
elementos
que
podemos
encontrar
forman do estructuras duras en los seres vivos A) carbono
son
B) hidrógeno C) oxígeno
A) sodioy potasio.
D) silíceo
B) calcio y silicio.
E) cloro
C) oxígeno e hidrógeno. D) cloro y oxígeno.
3.
El elemento que se encuentra en mayor
E) hierro e hidrógeno.
porcentaje en la atmosfera y puede ser fijad o por bacterias para fertilizar el suelo es el
7.
¿Cuál es el elemento que form a parte de la vitamina B¡2?
A) sodio. B) potasio.
A) cobre
C) fóforo.
B) calcio
D) nitrógeno.
C) cobalto
E) fierro.
D) cromo E) fierro
4.
El afloramiento de aguas profundas en la costa peruana genera el desarrollo de fitoplancton y por lo tanto de la pesquería; el elemento que abunda en estas aguas es el
Los elementos que participan en el transporte de gases como el 0 2 y el C0¿ en los animales son
A) oxígeno.
A) hierroy cobre.
B) fó fo ro .
B) calcioy cobre.
C) sodio.
110
8.
C) potasio y sodio.
D) cloro.
D) yo do y flúor.
E) calcio.
E) silicio y cromo.
CAPÍTULO III 9.
Los Bioelementos
Los elementos que participan en la conducción del impulso nervioso son
13. La ausencia de calcio y fósforo en la dieta alimenticia puede producir en los niños
................ y A) N a+y Z n +2. B) Fe+2y N a +.
en los ad ultos ................
A) raquitismo - anemia.
C) Z n +2yC u +2.
B) osteomalasia - anemia megaloblástica.
D) N a+y K +.
C) anemia perniciosa - raquitismo.
E) M g+2y M n +2.
D) raquitismo - osteomalasia.
1 0. En los procesos metabólicos participa la hormona tiroxina, la que tiene como elemento característico
E) cretinismo - Bocio.
14. La fa lt a d e ............... en los alimentos puede provocar calambres musculares, pérdida de apetito y ritmo cardiaco irregular
A) oxígeno. B) sodio.
A) sodio y potasio
C) yodo.
B) silicio y calcio
D) potasio.
C) hierro y manganeso
E) magnesio.
D) cobalto y azufre 11. Los bioelementos que constituyen del 96 % al 99% de la composición de los seres vivos son
E) fósforo y molibdeno 15. La carencia del elemento
................
se
relaciona con la diabetes en adultos.
A) C, Ca, 0 y Mg. B) C, H, Fey M g.
A) calcio
C) P, S, N y 0.
B) fierro
D) C, H, O, N, P y S.
C) cromo
E) Na, Mg, C ay Zn.
D) silicio 12. Las sales son componentes inorgánicos que al descomponerse proporcionan los
................
necesarios para la regulación del equilibrio hídrico.
E) yodo
16. Elemento cuya carencia en la dieta se relaciona con la caries dental.
A) aniones
A)
B) cationes
B) flúor
C) hidrogeniones
sodio
C) fierro
D) iones
D) azufre
E) átomos neutros
E)
cloro
111
Lumbreras Editores 1 7. Elemento que es componente de la matriz inorgánica de huesos.
Biología 2 1 . Es componente característico del aminoácido cisterna.
A)
oxígeno
A) azufre
B)
cobre
B) sodio
C)
cromo
C) jodo
D) cobalto
D) magnesio
E) Jó fo ro
E) cloro
18. Los elementos vestigiales pero indispensables para mantener la actividad celular normal son
2 2 . Bioelemento necesario para la regulación hídrica.
llamados A) cobre A) biogenéticos. B) biogenésicos. C) organógenos. D) oligoelementos. E) primarios. 1 9. Es el anión intracelular que participa en la form ación de ATP (adenosin trifosfato).
A) fosfato B)
cloro
C) flúor
B) selenio C) niquel D) manganeso E) sodio 2 3 . La liberación de oxígeno por parte de las plantas durante lafotosíntesis requiere de una proteína llamada Z que tiene como cífactor al A) molibdeno. B) boro. C) hierro.
D) nitrato
D) manganeso.
E)
E) cobre.
carbonato
2 0 . El principal catión extracelular que ingresa a la
2 4 . Es el elemento químico que tiene el menor
célula a favor de la gradiente de concentración
número atómico y se encuentra presente en los
es el
seres vivos.
112
A) cloro.
A)
sodio
B) sodio.
B)
cloro
C) cinc.
C)
molibdeno
D) magnesio.
D) potasio
E) cloro.
E)
hidrógeno
CAPÍTULO III
Los Bioelementos
RESOLUCIÓN 1.
Al realizar un análisis químico en animales, planta s y el hombre se halla un mayor porcentaje en peso del elemento oxígeno. El oxígeno se encuentra en la composición de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Los glúcidos son solubles en agua por la presencia de oxígeno. Clave
2.
Q |
El carbono (C) es un elemento que presenta cuatro posibilidades de unión (tetravalencia) y al unirse a otros átomos de carbono puede form ar cadenas mu y grandes, otras propiedades del carbono son la autosaturación, es decir la capacidad de unirse a cuatro carbonos, y la gran capacidad de enlace, es decir, la capacidad de unirse al hidrógeno, al oxígeno y al nitrógeno. Clave 111
3.
El nitrógeno (N) se encuentra aproximadamente en 7 9% en la atmosferay puede ser fija do por bacterias como Rhizobium y Azotobacter. El nitrógeno es muy importante para el crecimiento de las plantas, es un componente fundamen ta l de todas las proteínas, tanto animales como vegetales. Clave m
4.
El fósforo (P) regula la actividad de plantas y algas; es importante en el anabolismo, esto es, en la formación de moléculas, además lo es en semillas y fru tos.
E lfófo ro es componente de los nucleótidos
libres y y de los ácidos nucleicos. Clave
5.
El magnesio (M g+2) es
jQ |
un elemento central en la clorofila, pigmento que capta la energía solar en la
fotosíntesis. Se encuentra en el centro del núcleo de po firina de la clorofila. Permite regular la actividad nerviosa en los animales. Clave
m
113
Biología
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6.
En los seres vivos, las partes duras suelen presentar sales de calcio o silicatos. El calcioform a parte de huesos, conchas de moluscos y dientes, donde se encuentra como sales. La dureza de ¡os dientes se debe principalmente a la hidroxiapatita Ca¡0 (P 04) 6( 0 H )2. El silicio se encuentra en la pared de plantas gramíneas y algas diatomeas. Clave
7.
El cobalto (Co+2) es constituyente de la cianocobalamina o vitamina B/2.
| i
La vitamina B ¡2 es
denominada antianémica porque evita la anemia perniciosa caracterizada por una insuficiencia en el desarrollo normal de los glóbulos rojos. Clave
8.
UH
El hierro (Fe+2) presente en la hemoglobina y el cobre (Cu+2) en la hemocianina participan en el transporte de los gases 0 2 y C02. La hemoglobina se encuentra en los glóbulos rojos de la sangre de los vertebradosy la hemocianina en la hemolirfa de arácnidos, crustáceos y moluscos. daré
9.
{£§
El sodio (N a+) y el potasio (K ) participan en la polarización y despolarización de la membrana celular, este proceso electroquímico genera la conducción nerviosa a través del axón. Se genera un minivoltaje que va de negativo a positivo, lo que fu e comprobado con el estudio del calamar gigante. Clave
10. El yodo (I) es el elemento constituyente de las hormonas tiroideas tales como la tiroxina. La tiroxina es una hormona que eleva el metabolismo basal. También se encuentra en las esponjas marinas y en la lana del ganado ovino. Clave
11.
C, H, 0, N, P y S llamados también bioelementos primarios y organógenos por encontrarse en mayor porcentaje en los seres vivos. Son los que formab an parte de la atm ófera reductora (CH4, N H 2, CO, C02, H2, SH2)
o
de la lava volcánica (P) que permitió el origen de las primeras moléculas inorgánicas
y posteriormente el surgimiento de la vida. Clave
114
I? !
CAPÍTULO III
Los Bioelementos
12. Las sales están compuestas de catión o cationes y anión o aniones, unidos mediante enlaces iónicos. Cuando se descomponen las sales, se rompen sus enlaces iónicos, y se liberan sus iones constituyentes. Por ejemplo, cuando se descompone el cloruro de sodio (NaCl) se liberan iones de sodio (N a+) y cloro (C r) que participan en la regulación hidrica. Clave
§ Q|
13. La ausencia de calcioyjósjoro en la dieta alimenticia puede producir raquitismo en los niños y osteomalasia en los adultos. Esto se encuentra asociado a la vitamina D que favorece la absorción de calcio a nivel intestinal. El raquitismo se caracteriza por la deformación de las piernas en los niños. Clave f j j l
14 . El sodio y el potasio participan en el mantenimiento del equilibrio ácido-base y en la conducción nerviosa. El sodio es el más abundante catión extracelulary el potasio el más abundante catión intracelular. Clave m
15. El cromo participa con la insulina en el metabolismo de la glucosa, este elemento lo encontramos en cereales, visceras, aceite vegetal y carnes. Clave
jU
16. El flúor es el elemento que participa en el mantenimiento y la resistencia del esmalte dental a las bacterias que causan la caries, tales como el Streptococus mutans. Lo encontramos en la sal, los mariscosy el té.
Clave
Q
1 7. El fósforo se encuentra en los huesos com ofofato tricalcio y como hidroxiapatita Cal0 (P 04) 6 ( 0 H )2 donde da cierto grado de dureza. E lfóforo es componente de losfofolípidos, de lasfosfoproteínasy de los ácidos nucleicos. Clave
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Biología
18. Los elementos que se requieren en pequeñísimas cantidades para el buen funcio namiento del organismo son denominados oligoelementos, vocablo que proviene de oligo=escaso.
Q |
Clave
19. E lf o fa to P 0 43 inorgánico participa en la síntesis de ATP celular; en los procesos de fosforilación a nivel de sustrato, que se realiza en el citoso l;y en lafo forilación oxidativa que se da en las mitocondrias. Clave
2 0 . El sodio (N a +) que consumimos en nuestra dieta diaria ingresa a nuestras células por difusión simple de form a constante, de una zona de mayor concentración a otra de menor concentración, es decir, a favo r de la gradiente. Clave
2 1 . El azufre (S) es componente de algunos aminoácidos como la cisterna y la metionina. Confrecuencia la cisterna está unida a otra cisterna por la formación de un enlace disulfuro lo que da como resultado la formación del aminoácido cistina. Clave
H |
2 2 . El sodio (N a +), el cloro (C1 ) y el potasio (K ) participan en la regulación del volumen de agua celular o equilibrio hídrico. Clave
2 3 . La proteína Z tiene como ctfactor al manganeso ( M n+2).
f j
La proteína Z se encuentra asociada al
fotosistema II desde las cianobacterias hasta las plantas superiores, donde participa en la oxidación del agua, es decir, su descomposición y la liberación de oxígeno. Clave J HU
2 4 . El hidrógeno es el elemento más abundante en cantidad de átomos, en los seres vivos. Cada átomo de hidrógeno presenta solo un electrón por lo que su número atómico es 1y ocupa el primer lugar en la tabla periódica. Clave m
116
CAPÍTULO III
Los Bioelementos
PREGUNTAS PROPUESTA S 1.
Bioelemento más importante de los seres vivos
5.
A) oxígeno.
A) sodio
B) carbono.
B) potasio
C) hidrógeno.
2.
Es el principal catión del medio extracelular.
C) cloro
D) azufre.
D) magnesio
E) nitrógeno.
E) nitrato
Bioelemento tetravalente cuyos átomos son
6.
Es el principal anión del medio extracelular.
capaces de enlazarse entre sí para form ar cadenas abiertas y cerradas que constituyen el
A) cloro
esqueleto de moléculas orgánicas.
B) cobalto C) nitrógeno
A) silicio
D) sodio
B) calcio
E) potasio
C) nitrógeno D) oxígeno E) carbono
7.
Son iones que participan activamente en la conducción de impulsos nerviosos.
3.
Es el principal catión del medio intracelular. A) sodio y cloro A) sodio
B) cloroy potasio
B) cloro
C) sodio y potasio D) magnesio y cloro
C) potasio
E) calcioy potasio
D) calcio E) fó fo ro 8. 4.
Es el principal anión del medio intracelular.
Su deficiencia ocasiona en los seres humanos la anemia simple.
A) sodio
A) calcio
B) potasio
B) fó fo ro
C) cloro
C) cobalto
D) magnesio
D) silicio
E) fo fa to
E) hierro
117
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9.
Es componente de la insulina,
Biología hormona
13. Es el bioelemento que permite el endurecimiento
pancreática que controla los niveles de glucosa
de los dientes.
en la sangre. A) boro A) yodo
B) sodio
B) azujre
C) potasio
C) hierro
D) jl úor
D) Jó Joro
E) cloro
E) manganeso 14. 10. Es el ion presente en la estructura de la clorojila, principal pigmentoJotosintético.
citocromos,
de electrones
A) magnesio.
B) manganeso
B) hierro.
C) molibdeno
C) cobre.
D) magnesio
D) silicio.
E) níquel
E) boro.
las aves.
B) hierro
B) sodio
C) cinc
C) yodo
D) cobalto
D) magnesio
E) silicio
E) cloro
16. Se encuentra en la pared celular de diatomeas, algas abundantes deljitoplancton del mar frío
muscular.
peruano.
A) magnesio
A) boro
B) yodo
B) Jlúor
C) selenio
cloroplastos y
el bocio.
A) azujre
pigmento que transporta oxígeno a nivel
a nivel de
transportadoras
15. Es componente de hormonas tiroideas y evita
A) níquel
12. Bioelemento constituyente de la mioglobina,
proteínas
mitocondñas, presentan
A) cloro
11. Es componente importante de las plumas de
118
Los
C) cloro
D) cobre
D) sodio
E) hierro
E) silicio
