FACULTAD DE AGRONOMÍA
DOCENTE
: Blgo. Julio Giraldo Huayta
CURSO
: Bioquimica
ALUMNO
: Huaman Alcedo David. Garcia Rodriguez Jennifer Huaman Camara Jean Paul Arias Torres Torres Paola Terrel Condezo Zandra Gutierres Titto Jackeline
CICLO
: 0º
Tingo Maria – PERÚ 2013
I.
INTRODUCCION
Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 26 son componentes de los seres vivos, se les denominan elementos biogénicos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos. 1.1)
Objetivos:
Para la realización de este trabajo se tomó en cuenta como objetivos:
Poder conocer más sobre los elementos que conforman a los seres vivos.
Poder relacionar la función y la importancia que cumplen cada uno de los bioelementos y sales minerales en los organismos vivos, y al aprovechamiento de dicho conocimiento en el ámbito laboral y cotidiano.
Aplicar los conocimientos adquiridos durante el desarrollo del tema encargado a situaciones y fenómenos biológicos concretos y a su respectiva aplicación en la vida y trabajo diario.
Poder despejar dudas sobre los bioelementos y sales minerales.
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I.
INTRODUCCION
Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 26 son componentes de los seres vivos, se les denominan elementos biogénicos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos. 1.1)
Objetivos:
Para la realización de este trabajo se tomó en cuenta como objetivos:
Poder conocer más sobre los elementos que conforman a los seres vivos.
Poder relacionar la función y la importancia que cumplen cada uno de los bioelementos y sales minerales en los organismos vivos, y al aprovechamiento de dicho conocimiento en el ámbito laboral y cotidiano.
Aplicar los conocimientos adquiridos durante el desarrollo del tema encargado a situaciones y fenómenos biológicos concretos y a su respectiva aplicación en la vida y trabajo diario.
Poder despejar dudas sobre los bioelementos y sales minerales.
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II.
REVISION REVISIO N DE LITERATURA
2.1. Concepto de Bioelementos
Se les consideran bioelementos elementos biogenéticos o biogenicos por que constituyen la materia viva. Según OLUCHA et al (1995), en cualquier ser vivo se puede encontrar alrededor de 70 elementos químicos que forman a la materia viva en proporciones muy distintas, siendo su principal vía de entrada las diferentes formas de nutrición. Propiedades; los bioelementos son muy activos, poseen bajo peso atómico, baja densidad, pero tienen elevado calor especifico.
2
2.2. Clasificación de bioelementos
2.2.1. Elementos principales o primarios (96%):
Son elementos necesarios para construir diferentes tipos de biomoléculas tanto orgánicas como inorgánicas y estas son: C, H, O, N, P, S. a) Carbono:
El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas. El hidrógeno combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas. El carbono es elemento básico en la formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados entre si. La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO 2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años. En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad: carbohidratos, lípidos, proteínas y nucleótidos. En la bioquímica se reconocen 30 moléculas a las que les llama como alfabeto de la bioquímica. Dos de esas moléculas son los azúcares 3
glucosa y ribosa; otra, un lípido; otras veinte son los aminoácidos biológicamente importantes; y cinco las bases nitrogenadas, moléculas que contienen nitrógeno y son constituyentes claves de los nucleótidos. En esencia, la química de los organismos vivos es la química de los compuestos que contienen carbono o sea, los compuestos orgánicos. El carbono es singularmente adecuado para este papel central, por el hecho de que es el átomo más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos distintos para formar una gran variedad de cadenas fuertes y estables y de compuestos con forma de anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales primordialmente de sus esqueletos de carbono. Sin embargo, muchas de sus propiedades específicas dependen de grupos funcionales. Una característica general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan. Entre los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en los sistemas vivos están los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos. Los carbohidratos son la fuente primaria de energía química para los sistemas vivos. Los más simples son los monosacáridos ("azúcares simples"). Entre las reacciones más importantes de los carbohidratos tenemos a la glucolisis cuya reacción química es:
C6H6 + 2 NAD (+) + ADP + 2 Pi ===> 2NADH + 2 PIRUVATO + 2ATP + 4H.
Los monosacáridos pueden combinarse para formar disacáridos ("dos azúcares") y polisacáridos (cadenas de muchos monosacáridos).
Los carbohidratos,
lípidos
son
almacenan
moléculas
energía
y 4
hidrofóbicos son
que,
importantes
como
los
componentes
estructurales. Incluyen las grasas y los aceites, los fosfolípidos, los glucolípidos, las ceras, y el colesterol, esteroides y otros.
Las proteínas son moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas como cadenas poli peptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes usados para hacer proteínas se puede sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente específica en los sistemas vivos.
Los nucleótidos son moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Son los bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (DNA) y ribonucleico (RNA), que transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos también desempeñan papeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las reacciones químicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de energía en la mayoría de las reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un nucleótido que lleva tres fosfatos, el ATP.
b) Hidrogeno:
El hidrógeno es un elemento químico representado por el símbolo H y con un número atómico de 1. En condiciones normales de presión y temperatura, es un gas diatómico (H 2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. Con una masa atómica de 1,0079 g/mol, el hidrógeno es el elemento químico más ligero y es, también, el elemento más abundante, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia visible del universo. Es un gas muy inestable que está muy presente en los seres vivos, asi tenemos, forma el agua, y todos los seres vivos tienen agua. El hidrógeno 5
en forma de gas casi no se presenta en los seres vivos, ya que el mismo al ser muy inestable, siempre vendrá combinado con otros elementos. El hidrogeno en el organismo produce varias reacciones como son: Reducción de Óxidos metálicos: MO + H2 ===> M +H2O Reducción de monóxido de carbono (CO): CO + H2 ===> Metanal, metanol,…
c) Oxigeno:
Elemento químico gaseoso, símbolo O, número atómico 8 y peso atómico 15.9994. Es de gran interés por ser el elemento esencial en los procesos de respiración de la mayor parte de las células vivas y en los procesos de combustión. Es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Cerca de una quinta parte (en volumen) del aire es oxígeno. Es un elemento de suma importancia para que la vida en el planeta sea posible, ya que es respirado por todos los seres vivos. Permite la combustión de las materias para obtener energía, y es fuente de purificación del aire y de las aguas, entre otras funciones. En condiciones normales el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido; se condensa en un líquido azul claro. El oxígeno es parte de un pequeño grupo de gases ligeramente paramagnéticos, y es el más paramagnético de este grupo. El oxígeno líquido es también ligeramente paramagnético. Una de las funciones básicas para mantener la vida es la 6
respiración. En el ser humano y en la mayoría de seres vivos superiores se realiza a través de los pulmones, los cuales funcionan automáticamente. Eso significa que continuamos respirando con regularidad durante el sueño e incluso en estados de inconsciencia; sólo un grave daño cerebral puede inhibir este automatismo respiratorio. La respiración celular se da mediante la siguiente ecuación química:
C6H12O6 + 6 O2 ===> 6 CO2 + 6 H2O
El oxígeno viaja a través de la sangre en los glóbulos rojos, más específicamente en la hemoglobina de éstos; por eso es importante tener la cantidad de hemoglobina adecuada. La deficiencia de ésta, que recibe el nombre de anemia, disminuye la transportación de oxígeno. Las células toman el oxígeno y devuelven a la hemoglobina bióxido de carbono (CO 2), que es el producto de desecho de la respiración celular en la obtención de energía. De ahí la gran importancia del oxígeno para la vida. El oxígeno también cumple la función de óxido reducción como es:
Cα + O2β ---> CO2β
d) Nitrógeno:
El nitrógeno es el elemento más abundante en nuestra atmósfera. En ella, se encuentra en forma de N2 y forma casi el 78% de la misma. Es un elemento muy estable, y por esa razón no es propenso a intervenir en reacciones químicas. Es por esto que su aprovechamiento, directamente de la 7
atmósfera, está limitado. Para poder aprovechar este elemento se produce el fenómeno de fijación del nitrógeno que es fundamental y depende de la habilidad metabólica, para tomar N2 y reducirlo a nitrógeno orgánico.
N2 + 8H ++ 8e- + 16 ATP ====> 2NH 3 +H2 + 16ATP + 16 Pi
Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales. En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ion amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias. Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de los suelos. A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que 8
escasean y que es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas.
e) Fósforo:
El fósforo es un elemento químico de número atómico 15 y símbolo P. Es un no metal multivalente perteneciente al grupo del nitrógeno que se encuentra en la naturaleza combinado en fosfatos inorgánicos en organismos vivos pero nunca en estado nativo. Forma parte de las moléculas de ADN y ARN, las células lo utilizan para almacenar y transportar la energía mediante el adenosíntrifosfato (ATP).
ADP + Pi+ H+ ↔ ATP +H2O
Además, la adición y eliminación de grupos fosfato a las proteínas, fosforilación y desfosforilación, respectivamente, es el mecanismo principal para regular la actividad de proteínas intracelulares. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), forman parte de los huesos y dientes de los animales. En las plantas se encuentra en una porción de 0,2% y en los animales hasta el 1% de su masa es fósforo.
f) Azufre:
Es un no metal abundante con un olor característico.. Es un elemento químico esencial para todos los organismos y necesario para muchos aminoácidos y, por consiguiente, también para las proteínas. Es insoluble en agua pero se disuelve en disulfuro de carbono. Es multivalente, y son comunes los estados de oxidación -2, +2, +4 y +6. 9
El azufre es un elemento muy abundante en la corteza terrestre, se encuentra en grandes cantidades combinado en forma de sulfuros (pirita,galena) y de sulfatos. Su combustión produce dióxido de azufre que combinado con agua produce la lluvia ácida.
2 H2S + O2 ---> 2 S + 2 H 2O
2.2.2. Elementos Secundarios (4%):
Son imprescindibles en la actividad vital, como establecer diferencias de potencial a nivel neuronal, en la contracción muscular, en la regulación de la función enzimática, en el equilibrio de la presión osmótica, etc. Los más importantes son el Na, Cl, Mg, K, Ca.
a) Calcio:
Elemento del grupo II A necesario e imprescindible en organismos vivos para su buen funcionamiento. El calcio forma y conserva los huesos y dientes, como Ca ++ interviene como coenzima para la coagulación, refuerza la eficacia de la contracción muscular, controla la transmisión de impulsos nerviosos, regula la actividad enzimática al actuar como cofactor, interviene en el transporte iónico y señalización celular como segundo mensajero intracelular. Este
elemento
está
implicado
en
la
regulación
de
algunas enzimas quinasas que realizan funciones de fosforilación, por ejemplo la proteína quinasa, y realiza unas funciones enzimáticas similares a las 10
del magnesio en procesos de transferencia de fosfato (por ejemplo, la enzima fosfolipasa A2). Una ingesta elevada de calcio y la presencia de un elevado nivel de vitamina D, puede constituir una fuente potencial de hipercalcemia, es posible que esto favorezca a la calcificación excesiva en huesos y tejidos blandos.
b) Sodio:
Es un metal alcalino esencial para la vida, muy abundante en la naturaleza, encontrándose en la sal marina y el mineral halita. Es muy reactivo, se oxida en presencia de oxígeno y reacciona violentamente con el agua. El catión sodio el metabolismo celular,
por
(Na+)
tiene
ejemplo,
un en
la
papel
fundamental
transmisión
en
del impulso
nervioso (mediante el mecanismo de bomba de sodio-potasio). Mantiene el volumen y la osmolaridad. Participa, además del impulso nervioso, en la contracción muscular, el equilibrio ácido-base y la absorción de nutrientes por las membranas. La concentración plasmática de sodio es en condiciones normales de 137-145 mmol/L. El aumento de sodio en la sangre se conoce como hipernatremia y su disminución hiponatremia. El sodio se absorbe en humanos, de manera fácil desde el intestino delgado y de allí es llevado a los riñones, en donde se infiltra y regresa a la sangre para mantener los niveles apropiados. La cantidad absorbida es proporcional a la consumida. Alrededor del 90 -95% de la pérdida normal del sodio es a través de la orina y el resto en las heces y el sudor. Se considera que lo normal de la cantidad de sodio excretada es igual a la cantidad ingerida. 11
La secreción de sodio se mantiene por un mecanismo que involucra los riñones, el sistema nervioso simpático, la circulación de catecolaminas y la presión sanguínea. Precauciones En forma metálica el sodio es explosivo en agua y con muchos otros elementos.
2Na + 2 H2O -----------> 2 NaOH + H2 + Energia La explosión del sodio con el agua es debida a la generación de hidrógeno en la misma y con la consecuente energía liberada por la reacción exergónica se pueden producir explosiones del hidrógeno generado.
c) Potasio:
Es un metal alcalino de color blanco-plateado, que abunda en la naturaleza en los elementos relacionados con el agua salada y otros minerales. Se oxida rápidamente en el aire, es muy reactivo, especialmente en agua, y se parece químicamente al sodio. Es un elemento químico esencial. El ion K+ está presente en los extremos de los cromosomas estabilizando la estructura. La bomba de sodio es un mecanismo por el cual se consiguen las concentraciones requeridas de iones K + y Na+ dentro y fuera de la célula concentraciones de iones K + más altas dentro de la célula que en el exterior para posibilitar la transmisión del impulso nervioso. El descenso del nivel de potasio en la sangre provoca hipopotasemia. El potasio es el catión mayor del líquido intracelular del organismo humano. Está involucrado en el mantenimiento del equilibrio normal del agua, 12
el equilibrio osmótico entre las células y el fluido intersticial3 y el equilibrio ácido-base, determinado por el pH del organismo. El potasio también está involucrado en la contracción muscular y la regulación de la actividad neuromuscular, al participar en la transmisión del impulso nervioso a través de los potenciales de acción del organismo humano. Debido a la naturaleza de sus propiedades electrostáticas y químicas, los iones de potasio son más grandes que los iones de sodio, por lo que los canales iónicos y las bombas de las membranas celulares pueden distinguir entre los dos tipos de iones; bombear activamente o pasivamente permitiendo que una de estos iones pase, mientras que bloquea al otro. Los síntomas de deficiencia incluyen: debilidad muscular, fatiga, astenia, calambres, a nivel gastrointestinal: íleo, estreñimiento, anormalidades en el electrocardiograma, arritmias cardiacas, y en causas severas parálisis respiratorias y alcalosis.
d) Magnesio:
El magnesio es un metal muy abundante en la naturaleza representa el 2,09% aproximadamente, en la que aparece formando parte de un gran número de compuestos químicos, como magnesita, dolomita, carnalita, asbesto, olivino, brucita, talco, serpentina, etc. Componente de la clorofila; cofactor de más de 300 enzimas (Ej: cinasas), relacionadas con ATP; cumple rol estructural, en huesos y dientes, se encarga del funcionamiento de músculos y nervios al interaccionar con calcio. Su deficiencia provoca debilidad muscular, confusión alucinaciones, convulsiones observándose estos síntomas en caso de alcohólicos cirróticos o en insuficiencia renal. En las plantas interviene en la fotosíntesis y en las reacciones de la vía glucolìtica. 13
2.2.3. Oligoelementos ( < 0.1%):
Llamados
tambiéntrazas,
vestigiales
o
micronutrientes,
se
encuentran en bajísimas cantidades. Los más importantes son el Hierro, cobre selenio, Zinc, flúor, yodo, manganeso, cobalto, cromo, boro vanadio, molibdeno, bromo, etc.
Función Estructural
Descripción
Elementos
Integran la estructura de los Fundamentales organismos.
Catalítica o enzimática
Intervienen como cofactores Mg++, Fe++. en
el
complejo
enzima-
sustrato. Osmótica
Regulan iónicohídrico.
14
el
equilibrio Na+, Cl-, K+.
Conductora
En
la
excitabilidad, Na+, K+, Ca++.
elasticidad y conductibilidad del impulso nervioso en la fibra muscular. Reguladora
Regulan el equilibrio acido- Na+, PO4++, HCO3base y el pH.
a) Flúor:
El flúor, elemento 9 en la tabla periódica. Formula: “F”. Halógeno
perteneciente en los no metales. Se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza disuelto en agua y en el organismo humano adulto contiene de 3 a 7 mg distribuidos en líquidos en el cuerpo en forma de Ion loruro (F +++) o como ácido fluorhídrico y en tejidos mineralizados en forma de fluoropatita, fosfato de flúor y calcio. [Ca 10 (PO4)6 F2]. Este no metal se absorbe con rapidez en el tracto gastrointestinal, se inicia su absorción en el estómago mediante un mecanismo positivo en la que el ácido fluorhídrico pasa a través de la mucosa gástrica por difusión pasiva en un pH acido. Posteriormente continúa en el intestino, en donde los iones de fluoruro hidratados pasa por los canales paracelulares y su excreción es renal; la depuración del fluoruro en el riñón depende del pH. La cantidad total de flúor se encuentra en los huesos y dientes, existen en el plasma en forma iónica, no se une a las proteínas ni a otros componentes de este y es trasportado a través de la sangre a tejidos calcificados como huesos y dientes donde se deposita. La principal función de este elemento está en la relación con su papel protector contra la desmineralización patológica de los tejidos calcificados y se piensa que una dieta rica en flúor mejora la absorción de hierro; las fuentes naturales del flúor son los pescados. 15
El flúor se considera no como un nutriente pero si como un elemento benéfico esencial.
b) Cobalto:
Elemento número 27en la tabla periódica, su nombre deriva del alemán “kobald”, es un metal de transición relativamente raro con propiedades
magnéticas encontrándose en un 0.001% en la litosfera y en mínimas cantidades en animales. Tiene varios estados de oxidación pero solamente Co2+ y Co3+ tiene una importancia práctica. El cobalto es un componente de vitamina B12 cobalamina, el cobalto se absorbe en el organismo humano de 5 a 45%. Este proceso depende de los alimentos digeridos y de la forma química del elemento en la dieta. El cuerpo tiene un mg aproximadamente de este mineral y la quinta parte se encuentra almacenado en el hígado, alrededor del 40% se concentra en los músculos y un 14% en los huesos, se elimina a traves de orina. Las funciones humana de este mineral en nutrición son las vitaminas B12 esencial en todas las células, pero en especial en el tracto gastrointestinal, el sistema del hueso y la medula del hueso y como coenzimas para la síntesis de ADN.
c) Vanadio:
La excreción del vanadio acumulado se elimina por el riñón a través de la orina en cantidades mínimas, la mayor parte se va por las heces. El vanadio se encuentra en alimentos como langosta, aceites vegetales y cereales: y en cantidades menores en pescados, carnes y quesos.
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El vanadio ingerido en la dieta diaria normal representa de 1 a 4 mg dependiendo de los alimentos y cantidades de ellos y de esta cantidad solo absorbe el 1%. Este elemento cuando procede de alimentos tiene un nivel de toxicidad mínima, sin embargo su consumo excesivo puede producir toxicidad aguda, cuyas características son: trastornos gastrointestinales, lengua verde, calambres y problemas neurológicos. El vanadio pentavalente es el que presenta mayor grado de toxicidad en los humanos.
d) Cobre:
El cobre elemento 27 en la tabla periódica de fórmula química Cu, es un metal de transición que presenta varios estados de oxidación estables Cu1+ en su forma cuprosa Cu 2+ en su forma cúprica y un tercer estado de oxidación que se presenta inestable siendo el Cu 3+ que se encuentra en compuestos cristalinos. Se encuentra en la naturaleza en compuestos inorgánicos y en alimentos en numerosos compuestos orgánicos teniendo una amplia gama de funciones. El cobre en el organismo humano está presente en una concentración de 1.7 mg/kg y aparece ligado a varias mataloenzimas en su estructura. Se le observa también como cofactor
de múltiples reacciones
metabólicas. El cobre se absorbe principalmente en el intestino delgado y una pequeña parte en el estómago por un mecanismo de trasporte activo cuando la concentración de la dieta es baja: y mediante difusión pasiva cuando el aporte ingerido es alto. En este proceso ´participa como regulador de proteína metalotirinina. Posteriormente se trasporta unido a la albumina, la transcupreína y a otros ligandos del plasma. El hígado capta la mayoría de cobre y una pequeña parte el riñón. Cuando el cobre se ha unido a ceruloplasminas en el hígado se libera en la sangre, en donde se reduce y se 17
disocia para pasar a las células. La excreción es por la bilis y el cobre no absorbido se elimina por las heces y una pequeña parte por la orina.
e) Molibdeno:
El molibdeno es un oligoelemento esencial que se encuentra en una cantidad importante en el agua de mar en forma de molibdatos (MoO 42), y los seres vivos pueden absorberlo fácilmente de esta forma. Este elemento se encuentra en el llamado cofactor de molibdeno (coMo) en distintas oxotranferasas, con la función de transferir átomos de O 2 del agua (H2O) a la vez que se produce la transferencia de dos electrones. Este cofactor también se puede encontrar en algunas enzimas con distintas funciones, concretamente en oxotransferasas (función de transferencia de electrones) como la xantina oxidasa, y en nitrogenasas (función de fijación de nitrógeno molecular) y en vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas. También se puede encontrar un cofactor de hierro y molibdeno en unos enzimas llamados nitrogenasas. Estas nitrogenasas intervienen en la fijación del nitrógeno molecular atmosférico dentro del ciclo del nitrógeno en bacterias y otros microorganismos. La deficiencia de molibdeno en el organismo puede producir graves problemas, pero como se encuentra en todos los alimentos y es difícil que ésta se produzca.
f)
Zinc:
El cinc o zinc es un elemento químico de número atómico 30 y símbolo Zn situado en el grupo 12 de la tabla periódica de los elementos. 18
El zinc es el segundo metal traza destacado, sigue en importancia al hierro, siendo un elemento químico esencial para humanos, animales, plantas y microorganismos. El cuerpo humano contiene alrededor de 40 mg de zinc por kg: muchas enzimas funcionan con su concurso, por ello interviene en el metabolismo de proteínas y ácidos nucleicos, estimula la actividad de más de aproximadamente 100 enzimas, colabora en el buen funcionamiento del sistema inmunológico, es necesario para la cicatrización de las heridas, interviene en las percepciones del gusto y el olfato y en la síntesis del ADN. Este metal se encuentra en la insulina, las proteínas dedo de cinc (zinc finger) y diversas enzimas como la superóxido dismutasa. El cinc se encuentra en diversos alimentos como las ostras, carnes rojas, aves de corral, algunos pescados y mariscos, habas y nueces. La ingesta diaria recomendada de cinc ronda los 20 mg para adultos, menor para bebés, niños y adolescentes (por su menor peso corporal) y algo mayor para mujeres embarazadas y durante la lactancia. La deficiencia de cinc perjudica al sistema inmunitario, genera retardo en el crecimiento y enfermedades óseas (con síntomas tipo artritis), pérdida del cabello, diarrea, impotencia, lesiones oculares y de piel, pérdida de apetito, pérdida de peso, tardanza en la cicatrización de las heridas y anomalías en el sentido del olfato. Las causas que pueden provocar una deficiencia de cinc son la deficiente ingesta y su mala absorción caso de alcoholismo que favorece su eliminación en la orina o dietas vegetarianas en las que la absorción de cinc es un 50% menor que de las carnes o por su excesiva eliminación debido a desórdenes digestivos. El exceso de cinc se ha asociado con bajos niveles de cobre, alteraciones en la función del hierro y disminución de la función inmunológica y 19
de los niveles del colesterol bueno.
g) Níquel:
El níquel es un elemento químico de número atómico 28 y símbolo Ni situado en el grupo 10 de la tabla periódica de los elementos. Muchas, aunque no todas, las hidrogenasas contienen níquel, especialmente en aquéllas cuya función es oxidar el hidrógeno. Parece que el níquel sufre cambios en su estado de oxidación lo que parece indicar que el núcleo de níquel es la parte activa de la enzima. El níquel está también presente en la enzima metil CoM reductasa y en bacterias metanogénicas. h) Selenio:
El selenio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Se y su número atómico es 34. Funciona como un micronutriente para todas las formas de vida conocidas que se encuentra en el pan, los cereales, el pescado, las carnes y los huevos. Es antioxidante, ayuda a neutralizar los radicales libre, induce la apoptosis, estimula el sistema inmunológico e interviene en el funcionamiento de la glándula tiroides. Está presente en el aminoácido selenocisteina. Las investigaciones realizadas han mostrado la existencia de una correlación entre el consumo de suplementos de selenio y la prevención del cáncer en humanos. La deficiencia de selenio es relativamente rara, pero puede darse en pacientes con disfunciones intestinales severas o con nutrición exclusivamente parenteral, así como en poblaciones que dependan de alimentos cultivados en suelos pobres en selenio. La ingesta diaria 20
recomendada para adultos es de 55- 70 μg; más de 400 μg puede provocar efectos tóxicos (selenosis).
i)
Hierro:
El hierro o fierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe. El hierro se encuentra en prácticamente todos los seres vivos y cumple numerosas y variadas funciones.
Hay distintas proteínas que contienen el grupo hemo, que consiste en el ligando porfirina con un átomo de hierro. Algunos ejemplos: o
La hemoglobina y la mioglobina; la primera transporta oxígeno, O 2, y la segunda lo almacena.
o
Los citocromos; los citocromos c catalizan la reducción de oxígeno a agua. Los citocromos P450 catalizan la oxidación de compuestos hidrofóbicos, como fármacos o drogas, para que puedan ser excretados, y participan en la síntesis de distintas moléculas.
o
Las peroxidasas y catalasas catalizan la oxidación de peróxidos, H2O2, que son tóxicos.
Las proteínas de hierro/azufre (Fe/S) participan en procesos de transferencia de electrones.
También se puede encontrar proteínas en donde átomos de hierro se enlazan entre sí a través de enlaces puente de oxígeno. Se denominan proteínas Fe-O-Fe. Algunos ejemplos: o
Las bacterias metanotróficas, que emplean el metano, CH4, como fuente de energía y de carbono, usan proteínas de este tipo, 21
llamadas monooxigenasas, para catalizar la oxidación de este metano. o
La hemeritrina transporta oxígeno en algunos organismos marinos.
o
Algunas ribonucleótido reductasas contienen hierro. Catalizan la formación de desoxinucleótidos. Los animales para transportar el hierro dentro del cuerpo emplean
unas proteínas llamadas transferrinas. Para almacenarlo emplean la ferritina y la hemosiderina. El hierro entra en el organismo al ser absorbido en el intestino delgado y es transportado o almacenado por esas proteínas. La mayor parte del hierro se reutiliza y muy poco se excreta. En las plantas el hierro ayuda a la síntesis de clorofila. Tanto el exceso como el defecto de hierro pueden provocar problemas en el organismo. El envenamiento por hierro se llama hemocromatosis. En las transfusiones de sangre se emplean ligandos que forman con el hierro complejos de una alta estabilidad para evitar que quede demasiado hierro libre. Estos ligandos se conocen como sideróforos. Muchos microorganismos emplean estos sideróforos para captar el hierro que necesitan. También se pueden emplear como antibióticos, pues no dejan hierro libre disponible.
j)
Manganeso:
El manganeso es un elemento químico de número atómico 25 situado en el grupo 7 de la tabla periódica de los elementos y se simboliza como Mn. Es un importante activador de muchos sistemas de enzimas, y forma parte de ellos. Importante en la síntesis de proteínas y metabolismo de ácidos grasos, siendo necesario para el desarrollo normal del esqueleto y la 22
actividad de la glándula pituitaria. También interviene en la fotolisis del agua y fotosíntesis de las plantas. En humanos, el manganeso se absorbe en el intestino delgado, acabando la mayor parte en el hígado de donde se reparte a diferentes partes del organismo. La cantidad diaria recomendada es de entre 1 a 5 mg, cantidad que se consigue a través de los alimentos.
k) Cloro:
El cloro es un elemento químico de número atómico 17 situado en el grupo de los halógenos (grupo 7) de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cl. En condiciones normales y en estado puro es un gas amarilloverdoso. Es un elemento abundante en la naturaleza y se trata de un elemento químico esencial para muchas formas de vida. Es ligeramente soluble en agua (unos 6,5 g de cloro por litro de agua a 25 ºC), en parte formando ácido hipocloroso, HClO. Es un Anión extracelular, participa en la regulación de la presión osmótica y conforma la mayoría de los líquidos corporales. Se emplea también como: El cloro se emplea principalmente en la purificación de aguas, como blanqueante en la producción de papel y en la preparación de distintos compuestos clorados. Se emplea también en : • Un proceso de purificación de aguas ampliamente utilizado es la
cloración. Se emplea ácido hipocloroso, HClO, que se produce disolviendo cloro en agua y regulando el pH. • En la producción de papel se emplea cloro en el blanqueo de la
pulpa, aunque tiende a ser sustituido por dióxido de cloro, ClO 2.
23
l)
Yodo:
Es
un
elemento
químico
esencial
para
el
organismo.
Nuestro cuerpo lo obtiene básicamente con el consumo de frutas y verduras. Se absorbe en el tracto intestinal y es transportado por el torrente sanguíneo hasta llegar a la glándula tiroides para ser almacenado y utilizado en la producción de hormonas. La glándula tiroides fabrica las hormonas tiroxina y triyodotironina que contienen yodo y que juegan un papel muy básico en la biología actuando sobre la transcripción genética para regular la tasa metabólica basal. La acción de dichas hormonas es indispensable para el crecimiento y desarrollo del sistema nervioso central en la etapa prenatal y en los primeros años de vida del ser humano, además de su crecimiento y desarrollo somático ulterior. Funciones que desmpeñan:
Participa en la formación de las hormonas tiroideas, tiroxina y triyodotironina.
Es necesario para obtener energía corporal.
Mejora la agilidad mental.
Ayuda a regular y sintetizar el colesterol.
Estructura de la tiroxina.
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m) Cromo:
El cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosión. es un mineral que es necesario en muy bajas cantidades por nuestro organismo. El cromo se concentra mayormente en el hígado, bazo, los tejidos blandos y huesos. Actúa como:
Controla los niveles de azúcar en sangre: el cromo es un componente fundamental del llamado factor de tolerancia a la glucosa (GTF). La función principal del GTF es aumentar la capacidad que tienen las células de regular la insulina.
Participa en el metabolismo del colesterol (grasas): ayuda a mantener los niveles normales del colesterol en la sangre. Participa en el metabolismo de los ácidos nucleicos La falta de cromo puede traer como consecuencia resistencia
a la insulina, es decir que las células de nuestro organismo no responden a l a presencia de insulina.
La resistencia a la insulina puede desencadenar:
hiperinsulinemia (elevados niveles de insulina en sangre)
hiperglucemia (elevados niveles de glucosa en sangre)
problemas cardíacos
diabetes n) Boro:
El boro es un elemento químico de la tabla periódica que tiene el símbolo B y número atómico 5. Es un elemento metaloide, semiconductor, trivalente que existe abundantemente en el mineral bórax. Hay dos alotropos del boro; el boro amorfo que es un polvo marrón, y el boro metálico que es 25
negro. Para las plantas el boro es un nutriente esencial. Parece tener un papel fundamental en el mantenimiento de la estructura de la pared celular (mediante formación de grupos cis-diol) y de las membranas. Es un elemento poco móvil en el floema, por ello los síntomas de deficiencia suelen aparecer en las hojas jóvenes y los de toxicidad en las hojas maduras. Un exceso de boro es perjudicial para algunas plantas poco tolerantes al boro, pudiendo actuar en sus nervaduras debilitándolas. En los manzanos y perales la deficiencia de boro, se manifiesta en los frutos, con una malformación interna denominada "corazón corchoso". Este elemento es tóxico para el organismo, y dependiendo de la contaminación (problemas ecológicos) puede presentarse en el aire, es por eso que la biología debe estudiar y proponer soluciones estudiando este elemento, proponer algún anticuerpo, bastantes soluciones no específicamente del ser vivo, sino del entorno. o) Aluminio:
El aluminio, elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13, es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Existe entre muchos nutrientes orgánicos en forma de silicatos de aluminio, no debe ser ingerido con exceso, provoca malestares o hasta enfermedades crónicas, pero hay que tener en cuenta que el aluminio está en el estudio de la biología por que se presenta no solo en seres vivos, si no en minerales (mineralogía), también lo estudia la biología para definir conceptos básicos y la relación con el hombre y su medio.
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2.2.4. SALES MINERALES:
En los seres vivos aparecen tanto precipitadas, como disueltas, como cristales o unidas a otras biomoléculas. Las sales minerales disueltas en agua siempre están ionizadas. Estas sales tienen función estructural y funciones de regulación del pH, de la presión osmótica y de reacciones bioquímicas, en las que intervienen iones específicos. Participan en reacciones químicas a niveles electrolíticos. a) Sales Asociadas
El hierro al formar el grupo HEM, forma la hemoglobina; el yodo integra la estructura de las hormonas tiroideas; el magnesio en la estructura de la molécula de la clorofila; el fosforo en el ATP, etc. 1. Sales minerales precipitadas
Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado sólido. En cada organismo se forman diversos cristales de una o varias especies minerales con formas y tamaños específicos. Las sales minerales precipitadas que se encuentran en los seres vivos presentan diferencias importantes con respecto a las que se encuentran en la materia inorgánica. Se pueden asociar a macromoléculas, generalmente de tipo proteico, con las que interaccionan a través de grupos iónicos comunes y regulan el crecimiento de los cristales. Los cristales más abundantes en los organismos son de silicatos, carbonatos y fosfatos; estos últimos, de calcio y magnesio. Carbonato cálcico:
Forma parte de los caparazones de protozoos marinos, como los foraminíferos. 27
En animales vertebrados, endurece huesos y dientes. También
constituye los otolitos, que son cristales o acúmulos de carbonato cálcico presentes en el oído interno, que permiten el mantenimiento del equilibrio. Confiere rigidez a la estructura de algunas esponjas, y forma
estructuras como las espinas de los erizos de mar. Constituye el esqueleto externo de los corales, forma las conchas
de los moluscos gasterópodos y bivalvos, e impregna el exoesqueleto de algunos artrópodos.
Silicatos:
Endurecen estructuras de sostén de algunos vegetales como las gramíneas o los equisetos.
Constituyen las espículas de algunas esponjas.
Forman parte de los caparazones de protección que presentan algunos microorganismos, como los radiolarios y las diatomeas. Fosfato Cálcico:
Forma parte de la matriz mineral que compone los tejidos óseos de los animales vertebrados
2. Sales disueltas y por tanto solubles.
Lo más habitual es encontrar las sales ionizadas en sus iones correspondientes, aniones o cationes, formando parte de los medios internos intracelulares y extracelulares. Los iones con carga negativa o aniones más frecuentes en la materia viva son los cloruros
(Cl-), fosfatos (PO-3, 4), fosfatos
monoácidos (HPO-2, 4), carbonatos (CO-2, 3), bicarbonatos (HCO- 3) y nitratos (NO- 3). 28
Los iones con carga positiva o cationes más abundantes en la materia viva son el sodio (Na+), el calcio (Ca2+), el potasio (K+), el magnesio (Mg2+) y el hierro (Fe2+ y Fe3+).Estos iones, a su vez, pueden asociarse a moléculas orgánicas, lo que les permite realizar funciones que por sí solos no podrían, e igualmente la molécula a la que se asocia no podría cumplirlas, si no estuviera asociada al ión.
Funciones de las sales minerales disueltas: Las sales minerales hidrosolubles por tanto pueden cumplir distintas funciones en las células a través de sus iones. Estas funciones pueden ser de tipo general, como es el mantenimiento de la homeostasis (equilibrio del medio interno) o de tipo específico, dependiendo del sistema biológico en el que se encuentran. Funciones biológicas :
Regulación de los fenómenos osmóticos: La ósmosis consiste en un transporte pasivo (difusión) de agua desde disoluciones más diluidas (hipotónicas) hacia disoluciones más concentradas (hipertónicas). Para evitar desequilibrios hídricos en los seres vivos se deben mantener las disoluciones más o menos isotónicas dentro y fuera de las células.
Regulación del pH: Las sales pueden formar parte de disoluciones amortiguadoras del pH (tampones). Una solución tampón frecuente es la formada por el ácido carbónico y el bicarbonato sódico (H 2CO3 / NaHCO3).
Acción específica de los cationes: Los cationes desempeñan acciones específicas en los seres vivos que no pueden ser sustituidas por otros. Además, suelen tener entre ellos efectos antagónicos, como por ejemplo el Ca2+ y el K+ en el metabolismo cardíaco. Por ello, se deben mantener en el organismo proporciones adecuadas de los 29
distintos cationes.
Formación de estructuras duras y esqueléticas en partes del organismo con baja proporción de agua y existencia, por tanto, de sales precipitadas.
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III.
CONCLUSIONES
La presencia de los bioelementos en los organismos vivos son de vital importancia porque son la base y cumplen un rol importante para cada organismo vivo. La carencia de al menos uno de los bioelementos produciría alteraciones en las funciones biológicas, y el exceso de cantidades requeridas de bioelementos en el organismo
produciría múltiples problemas y hasta
podría causar la muerte, Por eso se recomienda un control en la ingesta de alimentos.
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