2.2. La química y los seres vivos

Una vez sabidas las leyes de la física que gobiernan las interacciones entre los componentes celulares, pasemos a estudiar de cerca dichos componentes.

En los seres vivos se han localizado casi todos los elementos químicos no radiactivos, e incluso algunos radiactivos. Algo más de la mitad pueden considerarse contaminantes; el resto son esenciales para la vida, y reciben el nombre de bioelementos. Ahora bien, no todos son esenciales para todas las especies, y ello nos permite clasificarlos según su esencialidad, como muestra el código de colores en la siguiente tabla periódica:

 

De los 92 elementos hallados en la Tierra en estado natural, 81 poseen al menos un isótopo no radiactivo (siendo, por lo tanto, estables). Pero solo 9 son capaces de participar en más de dos enlaces covalentes (fuente: ASH).

Los bioelementos pueden clasificarse también por su contribución a la masa total del organismo, agrupándolos en tres categorías:

1. Elementos mayoritarios, existentes en cantidades superiores al 0,1 % en peso. Por orden de abundancia son: oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), calcio (Ca), fósforo (P), potasio (K), azufre (S), cloro (Cl) y sodio (Na).

   A su vez, los elementos mayoritarios se clasifican en dos grupos:

   • O, C, H, N, P y S dan cuenta, por sí solos, del 98 % del peso de un organismo. Se llaman bioelementos primordiales o primarios porque son indispensables para la formación de las biomoléculas o moléculas de las células, tanto inorgánicas (agua) como orgánicas (fundamentalmente glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).
   • Los restantes, llamados bioelementos secundarios, aparecen como iones (Ca²⁺, K⁺, Cl¯, Na⁺) formando parte de muchas sales minerales.
2. Elementos traza, cuya proporción está comprendida entre el 0,1 y el 0,0001 % en peso. Incluyen: silicio (Si), magnesio (Mg), hierro (Fe), zinc (Zn) y cobre (Cu).
3. Elementos ultratraza, que se hallan en proporciones inferiores al 0,0001 % en peso, esto es, a una parte por millón (1 ppm). Podemos citar: yodo (I), manganeso (Mn), cromo (Cr), selenio (Se), molibdeno (Mo), flúor (F)…

Los elementos traza y ultratraza se conocen conjuntamente como oligoelementos (del griego oligo, “escaso”); se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solo 13 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos: hierro, cobre, zinc, manganeso, flúor, iodo, silicio, boro, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Hay elementos que solo son esenciales en unos determinados seres vivos. Así, el wolframio es esencial en algunos microorganismos como, por ejemplo, muchas arqueobacterias.

Las funciones de estos oligoelementos son muy variadas, aunque podemos agruparlas en:

• Estructurales. El oligoelemento se une a una molécula de naturaleza orgánica, no siendo ésta una enzima, como ocurre, por ejemplo, con el hierro en la hemoglobina, el yodo en la tiroxina, el boro en la estructura de la pared celular de los vegetales…
• Funcionales. En este caso el oligoelemento se une a una molécula proteínica de carácter enzimático —más del 25 % de todas las enzimas conocidas contienen iones metálicos; es más, la presencia de estos iones es imprescindible para su actividad—. Como estudiaremos en las próximas unidades, los oligoelementos intervienen directamente en numerosos procesos metabólicos; sirvan como ejemplos los siguientes:
  • El cromo favorece la entrada de glucosa en las células.
  • El cobalto es un componente central de la vitamina B12 necesaria para la síntesis de hemoglobina, que es una proteína transportadora de los gases respiratorios.
  • El cobre es un componente de varias enzimas que están involucradas en la regulación de la expresión genética, en la función mitocondrial y en otros procesos metabólicos.
  • El hierro es fundamental para la síntesis de clorofila, actúa como catalizador en reacciones químicas y forma parte de los citocromos que intervienen en la respiración celular; también forma parte de la hemoglobina.
  • El litio actúa sobre la permeabilidad celular.
  • El manganeso interviene en la fotólisis del agua, durante el proceso de fotosíntesis en las plantas. El manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando la superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la dismutación de superóxidos en oxígeno y peróxido de hidrógeno. Por ello es una importante defensa antioxidante en la mayoría de las células expuestas al oxígeno.
  • El molibdeno forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos. Tiene la función de transferir átomos de oxigeno al agua.
  • El dióxido de selenio es un catalizador adecuado para la oxidación, hidrogenación y deshidrogenación de compuestos orgánicos.