Elementos biogenésicos

Elementos biogenésicos y minerales en la materia viva

Los elementos biogenésicos constituyen la materia viva e incluyen carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). En conjunto, están presentes en el 99% del peso seco de los organismos. El 1% restante corresponde a minerales esenciales para las funciones vitales, como calcio (Ca), potasio (K), hierro (Fe), cloro (Cl), sodio (Na), yodo (I) y magnesio (Mg).

Composición atómica comparada

• Humano: O 62.81%, C 19.37%, H 9.31%, N 5.14%, P 0.63%, S 0.64% (Total 97.90%).
• Plantas: O 77.90%, C 11.34%, H 8.72%, N 0.83%, P 0.71%, S 0.10% (Total 99.60%).
• Bacteria: O 73.68%, C 12.14%, H 9.94%, N 3.04%, P 0.60%, S 0.32% (Total 99.72%).

Moléculas inorgánicas y orgánicas

Al unirse, los elementos forman compuestos de dos tipos: inorgánicos u orgánicos. Entre los inorgánicos indispensables se encuentran el agua, los gases (oxígeno y dióxido de carbono) y los minerales, presentes como elementos o sales. El oxígeno y el dióxido de carbono se relacionan con funciones respiratoria y fotosintética.

Minerales: macrominerales y microminerales

Los minerales requeridos en mayor cantidad en ciertas funciones fisiológicas se denominan macrominerales (por ejemplo, calcio, potasio, sodio y fósforo). Los que se necesitan en pequeñas cantidades se llaman microminerales u oligoelementos (por ejemplo, hierro, cinc, cobre, selenio y manganeso). En el organismo suelen estar principalmente en estado iónico: los iones positivos son cationes y los negativos aniones (ejemplos: Na+, Cl− y Ca+).

Algunos minerales también forman parte de compuestos orgánicos: el hierro integra la hemoglobina (proteína que transporta oxígeno) y metalo-proteínas. El fósforo puede presentarse como H2PO− y HPO−, que se absorben de manera inorgánica, y como fosfato ligado orgánicamente, que se hidroliza en el intestino y se libera como fósforo inorgánico.

La biodisponibilidad describe el estado químico de los minerales en el intestino, considerando que casi todos se absorben como iones, con excepción del hierro.

Gases y agua como componentes indispensables

El oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2) son componentes inorgánicos indispensables; pueden estar disueltos o integrarse a los organismos. El agua es esencial para la vida: sin ella los procesos vitales no son posibles. El 75% de la superficie terrestre está cubierta por agua y los seres vivos contienen entre 55% y 90% de agua (según edad y sexo).

Estructura y propiedades del agua

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; el oxígeno comparte un par de electrones con cada hidrógeno mediante enlace covalente. Aunque la molécula es neutra (igual número de electrones y protones), es polar porque el oxígeno atrae más a los electrones compartidos. Esto genera zonas débilmente positivas cerca de los núcleos de hidrógeno y zonas débilmente negativas del lado del oxígeno, permitiendo formar puentes de hidrógeno entre moléculas.

• Consecuencias del puente de hidrógeno: tensión superficial, cohesión, capilaridad y absorción.
• La polaridad se relaciona con una geometría tetraédrica irregular y con la alta electronegatividad del oxígeno.
• La molécula forma un ángulo de 104.45° debido a la hibridación sp3 del oxígeno.
• Por la diferencia de cargas, se comporta como dipolo y presenta interacciones dipolo-dipolo, formando puentes de hidrógeno.
• Propiedades asociadas: poder disolvente, elevado calor específico y viscosidad, entre otras.

Adaptaciones para conservar el agua

En sequías prolongadas, algunos organismos desarrollan adaptaciones para conservar agua. Se menciona el caso de las cactáceas, con adaptaciones fisiológicas y morfológicas como:

• Transformación de hojas en espinas.
• Engrosamiento de la cutícula.
• Desarrollo de parénquimas para almacenamiento.
• Reducción de la superficie de transpiración.
• Disposición hundida de estomas.
• Absorción rápida de agua por las raíces.