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Bioelementos

Los seres vivos están formados por unos 25 elementos químicos, aunque en una proporción muy distinta a la de la corteza terrestre. Los bioelementos son los elementos que forman parte de la materia viva, y se clasifican según su abundancia en los organismos.

Bioelementos primarios

El carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno son los componentes básicos de las biomoléculas orgánicas, y el fósforo y el azufre aparecen en muchas de ellas. Que sean los primarios se explica por sus propiedades:

• Forman enlaces covalentes estables y se combinan entre sí. El carbono, con cuatro electrones en su capa de valencia, forma cuatro enlaces y puede unirse a otros átomos de carbono en cadenas lineales, ramificadas o cíclicas, con enlaces simples, dobles o triples, lo que permite una enorme diversidad de moléculas.
• Son ligeros, y sus enlaces, al ser cortos, son fuertes.
• Sus óxidos, el $\ce{CO2}$ y el agua, son gaseosos o líquidos y se incorporan con facilidad al ambiente, de modo que entran y salen de los organismos con facilidad.
• El oxígeno y el nitrógeno, por su electronegatividad, dan lugar a moléculas polares que se disuelven en agua y pueden formar puentes de hidrógeno.
• El fósforo forma los enlaces de alta energía del ATP y el grupo fosfato de los ácidos nucleicos y los fosfolípidos. El azufre forma los puentes disulfuro entre cisteínas de las proteínas.

Bioelementos secundarios

Aparecen en menor proporción, casi siempre como iones, y cumplen funciones concretas:

• El sodio es el catión más abundante del medio extracelular. Junto con el potasio, que lo es del medio intracelular, mantiene el potencial de membrana y participa en la transmisión del impulso nervioso y en el equilibrio osmótico.
• El calcio forma parte de huesos y dientes, de conchas y esqueletos, interviene en la contracción muscular, en la coagulación de la sangre y en la exocitosis de neurotransmisores.
• El magnesio es el átomo central de la clorofila y cofactor de muchas enzimas, sobre todo de las que usan ATP.
• El cloro, como anión cloruro, participa en el equilibrio osmótico y en la formación del ácido clorhídrico del estómago.

Oligoelementos

Son imprescindibles en cantidades muy pequeñas, y su carencia o su exceso produce alteraciones. El hierro forma parte de la hemoglobina, la mioglobina y los citocromos; el yodo, de las hormonas tiroideas (su falta produce bocio); el flúor refuerza el esmalte dental; el cobalto es el átomo central de la vitamina B12; el zinc y el cobre son cofactores de enzimas; el selenio es cofactor de enzimas antioxidantes; el manganeso, el molibdeno y el cromo intervienen también como cofactores o en el metabolismo de la glucosa. Que un elemento sea oligoelemento depende de la especie: el silicio es abundante en diatomeas y gramíneas, y el boro es necesario en plantas.

Biomoléculas

Las biomoléculas o principios inmediatos son las moléculas que forman la materia viva. Se separan de ella por métodos físicos, como la filtración, la destilación o la centrifugación, sin alterar su composición, y se clasifican en inorgánicas y orgánicas.

Unidades y enlaces

Las biomoléculas orgánicas pequeñas son las unidades o monómeros, y se unen para formar macromoléculas o polímeros. La unión de dos monómeros libera una molécula de agua (reacción de condensación o deshidratación) y la ruptura del enlace incorpora una molécula de agua (hidrólisis).

Las macromoléculas tienen, además, estructuras de orden superior que se mantienen con enlaces débiles: puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de van der Waals e interacciones iónicas. Los lípidos, aunque no son polímeros en sentido estricto, se unen a menudo por enlaces éster y se agrupan en estructuras por interacciones hidrofóbicas.

Enlaces que mantienen las moléculas

Un enlace covalente se forma al compartir electrones, es fuerte y estable, y mantiene los átomos dentro de una molécula. Los enlaces débiles no unen átomos de una molécula sino que estabilizan su forma o la unión entre moléculas. Cada uno es débil, pero su número es grande, y por eso la estructura tridimensional de una proteína o la doble hélice del ADN son estables y a la vez pueden deshacerse y volver a formarse cuando hace falta.