Proyecto Ciencias: Bloque II

¿Cuáles elementos químicos son importantes para el buen funcionamiento de nuestro cuerpo?

Cristian Michel Azano Sepúlveda N.L.#5 3°B T/M

Concepto de bioelemento

- Los bioelementos o elementos son los elementos químicos, presentes en seres vivos.

Wang y Col en 1992

Uno de los sistemas de clasificación del cuerpo humano, respecto a sus componentes constituyentes, es la establecida por Wang y Col. en 1992:

Nivel atómico: hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, fósforo

Nivel molecular: agua, proteínas, lípidos, hidroxi–apatita.

Nivel celular: intracelular, extracelular.

Nivel anatómico: tejido muscular, adiposo, óseo, piel, órganos y vísceras.

Nivel cuerpo íntegro: masa corporal, volumen corporal, densidad corporal.

Clasificación de los bioelementos composición jerárquica

ElementoLitosfera- atmósfera- hidrosfera (%)

Cuerpo humano (%)

Oxígeno (O) 50,02 62,81

Carbono (C) 0,18 19,37

Hidrógeno (H) 0,95 9,31

Nitrógeno (N) 0,03 5,14

Calcio (Ca) 3,22 1,38

Fósforo (P) 0,11 0,64

Azufre (S) 0,11 0,63

Sodio (Na) 2,36 0,26

Potasio (K) 2,28 0,22

Cloro (Cl) 0,20 0,18

Magnesio (Mg) 2,08 0,04

Flúor (F) 0,10 0,009

Hierro (Fe) 4,18 0,005

Aluminio (Al) 7,30 0,001

Manganeso (Mn) 0,080,0001

Silicio (Si) 25,80 —

¿Qué son los bioelementos o elementos biogenésicos?

Los bioelementos o elementos biogenésicos son los elementos químicos, presentes en seres vivos. Pueden aparecer aislados o formando moléculas. Se clasifican en bioelementos primarios o plásticos y bioelementos secundarios.

Clasificación de los bioelementos

Los bioelementos también se clasifican en mayoritarios, traza y ultratraza.

Bioelementos mayoritarios. Se presentan en cantidades superiores al 0,1% del peso del organismo. Oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), calcio (Ca), fósforo (P), azufre (S), cloro (Cl) y sodio (Na).

Bioelementos traza. Están presentes en una proporción comprendida entre el 0,1% y el 0,0001% del peso de un ser vivo. Entre otros se incluye silicio (Si), magnesio (Mg) y cobre (Cu).

Bioelementos ultratraza. Se presentan en cantidades inferiores al 0,0001%, por ejemplo el yodo (I), el magnesio (Mg) o el cobalto (Co).

Los elementos traza y ultrataza pueden ser denominados en su conjunto, oligoelementos. Se han aislado 60 oligoelementos, pero de ellos solo 14 se consideran comunes en casi todos los seres vivos.

Propiedades de los bioelementos

Los Bioelementos ( C, H, O2, N, S, P) son los elementos químicos que componen químicamente a todas las biomoléculas

Porcentajes de los bioelementos en nuestro organismo

Elemento Cuerpo humano (%)

Oxígeno (O) 62,81

Carbono (C) 19,37

Hidrógeno (H) 9,31

Nitrógeno (N) 5,14

Calcio (Ca) 1,38

Fósforo (P) 0,64

Azufre (S) 0,63

Sodio (Na) 0,26

Potasio (K) 0,22

Cloro (Cl) 0,18

Magnesio (Mg) 0,04

Flúor (F) 0,009

Hierro (Fe) 0,005

Aluminio (Al) 0,001

Manganeso (Mn)0,0001

Silicio (Si) —

Bioelementos primarios

Carbono (18%)

El aspecto más importante del carbono en relación con el cuerpo humano es que es vital para la vida. El carbono constituye una gran parte de casi todas las partes del cuerpo. Sirve como un agente de enlace que facilita la construcción de cadenas complejas de moléculas. Sin este químico en el cuerpo, las molécula biológicas no serían capaces de enlazarse y el cuerpo sería un conjunto sin forma de átomos sueltos. Esto explica por qué se considera que los seres humanos son formas de vida a base de carbono.

Hidrógeno (10%)

Se emplea para completar enlaces de los carbonos en las cadenas carbonadas, que son la base de la materia orgánica y por tanto de tu cuerpo. Tiene dos enlaces libres, que en la mayoría de las veces no están unidos a otros carbonos ni a grupos funcionales, y que han de ser completados con algún elemento, y este suele ser el hidrogeno en la inmensa mayoría de las veces.

Oxígeno (65%)

El oxigeno es necesario en el ser humano para transformar las grasas, carbohidratos y proteínas de nuestra dieta en calor, energía y vida. Además, una de las funciones del oxigeno es la mayor oxigenación de los pulmones, que favorece la eliminación de las toxinas del sistema. Juega un papel muy importante en muchos procesos. 

Nitrógeno (3%)

Este elemento forma parte estructural de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Éste se encuentra en el aire en grandes cantidades (78% en volumen) pero en esta forma sólo es accesible a un conjunto muy restringido de formas de vida, como las cianobacterias y las azotobacteriáceas.

Bioelementos Secundarios

Calcio (1.5%)

Es vital para nuestro desarrollo. Se encuentra prácticamente a lo largo de todo el cuerpo, en los huesos y por ejemplo en los dientes. Además, son muy importantes en la regulación de proteínas.

Sodio (0.15%)

Se trata de otro electrolito vital en lo que refiere a la señalización eléctrica de los nervios. El sodio (Na,11) también regula la cantidad de agua en el cuerpo, siendo un elemento igual de esencial para la vida.

Potasio (0.25%)

El potasio (K,19) es vital para el funcionamiento del mismo. Ayuda en la regulación de los latidos del corazón y a la señalización eléctrica de los nervios.

Magnesio (0.05%)

Se encuentra en la estructura ósea y de los músculos, siendo muy importante en ambas. El magnesio (Mg,12), a su vez, es necesario en numerosas reacciones metabólicas esenciales para la vida.

Cloro (0.15%)

El cloro (CI,17) normalmente se encuentra en el cuerpo humano a modo de ion negativo, es decir como cloruro. Se trata de un electrolito importante para mantener el equilibrio normal de líquidos en el organismo.

Hierro (0.006%)

Es fundamental en el metabolismo de casi todos los organismos vivos. Se encuentra en la hemoglobina, es el portador de oxígeno en las células rojas de la sangre.

Yodo

Es un oligoelemento y se emplea principalmente en medicina, fotografía y como colorante. Químicamente, el yodo es el halógeno menos reactivo y electronegativo.

Oligoelementos

Los oligoelementos son bioelementos presentes en pequeñas cantidades (menos de un 0,05%) en los seres vivos y tanto su ausencia como su exceso puede ser perjudicial para el organismo, llegando a ser hepatotóxicos. Estos elementos químicos, en su mayoría metales, son esenciales para el buen funcionamiento de las células.

Calcio: Este oligoelemento lo encontramos en productos lácteos como la lache, quesos, yogurt, etc. Su aportación al organismo es balancear el sistema nervioso, constituir los huesos, los dientes y llevar un óptimo nivel de coagulación de la sangre. 

Cobalto: Lo podemos encontrar en algunos vegetales como el rábano, las cebollas, la coliflor y las setas; también lo encontramos en carnes y crustáceos. Sus propiedades previenen la osteoartritis y es un excelente anti-anémico. 

Cobre: Las fuentes donde podemos encontrar este metal son en los moluscos, vísceras, frijoles, cereales, frutos y carne de pollo. Forma parte de los tejidos corporales como el hígado, cerebro, riñones y corazón; y su función es prevenir infecciones de las vías respiratorias, reumatismos y aceleración de la síntesis de la queratina. 

Flúor: Lo encontramos en el agua y el té. Una de sus principales funciones es prevenir la caries dental. 

Fósforo: Este oligoelemento lo podemos encontrar en el pescado, cereales y carne. Constituye huesos y dientes, proporciona reacciones energéticas y lleva una parte fundamental en la formación de proteínas. 

Hierro: Lo encontramos en el hígado, ostras, moluscos, carnes rojas, pollo, pescado y cerveza; los cereales y los frijoles son buenas fuentes vegetales. Su función es ser componente de la hemoglobina, alrededor de un 75% de la sangre. 

Manganeso: Este oligoelemento lo podemos localizar en cereales, almendras, legumbres, frutas secas, pescados y soya Es parte importante en la constitución de ciertas enzimas, su deficiencia produce pérdida de peso, dermatitis y náuseas; se cree que participa en funciones sexuales y reproductoras. En el organismo se encuentra principalmente en el hígado, huesos, páncreas e hipófisis. 

Magnesio: Se localiza en el chocolate, almendras, búlgaros, cacahuates, pan entero, carnes y soya. Su función es disminuir el deseo de los azúcares y el drenaje del agua, además actúa en la irritabilidad, cansancio, calambres, palpitaciones y preserva la tonicidad de la piel.

Potasio: Lo podemos encontrar en las frutas frescas y secas, legumbres y en los cereales. Su función es favorecer los intercambios celulares e intracelulares.

Selenio: Este elemento se ubica en los cereales completos, la levadura de cerveza, ajo, cebolla, germen de trigo y carnes. La función que desempeña en el organismo es la de neutralizar los radicales libres (envejecimiento), retrasa los procesos de la miopía y preserva la tonicidad de la piel.

Sodio: Lo encontramos principalmente en la sal y en otros alimentos como el queso y el pan. Su labor es la de hidratar correctamente el organismo y actuar en la excitabilidad de los músculos. 

Yodo: Las principales fuentes donde se localiza este oligoelemento es en los productos de mar como los mariscos. Este elemento es indispensable al ser constituyente de las hormonas tiroideas.

Zinc: Lo encontramos en las carnes rojas, pescado, pollo, productos lácteos, frijoles, granos y nueces. Su función dentro del organismo es la de acelerar la cicatrización de las heridas, favorecer en el crecimiento del feto en mujeres embarazadas, participar en la formación del colágeno y de la elastina de la dermis, favorecer el tránsito intestinal y participar en el buen funcionamiento de la próstata y de los ovarios.

Grupos funcionales

¿Que es el metabolismo?

Es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.

Las biomoleculas

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los seis elementos químicos o bioelementos más abundantes en los seres vivos son el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre (C,H,O,N,P,S) representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células, con ellos se crean todo tipos de sustancias o biomoléculas (proteínas, aminoácidos, neurotransmisores).

Clasificación de las biomoléculas

Biocompuestos inorgánicos

Son moléculas que poseen tanto los seres vivos como los seres inertes, aunque son imprescindibles para la vida, como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, etc) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4−), bicarbonato (HCO3−) y cationes como el amonio (NH4+).

Biocompuestos orgánicos o principios inmediatos

Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura con base en carbono. Están constituidas, principalmente, por los elementos quimicos carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia también están presentes nitrógeno, fósforo y azufre; a veces se incorporan otros elementos pero en mucha menor proporción.

Las biomoleculas orgánicas pueden agruparse en cinco grandes tipos:

Glúcidos

Los glúcidos (impropiamente llamados hidratos de carbono o carbohidratos) son la fuente de energía primaria que utilizan los seres vivos para realizar sus funciones vitales; la glucosa está al principio de una de las rutas metabólicas productoras de energía más antigua, la glucólisis, usada en todos los niveles evolutivos, desde las bacterias a los vertebrados. Muchos organismos, especialmente los vegetales (algas, plantas) almacenan sus reservas en forma de almidón, en cambio los animales forman el glucógeno, entre ellos se diferencia por la cantidad y el número de ramificaciones de la glucosa. Algunos glúcidos forman importantes estructuras esqueléticas, como la celulosa, constituyente de la pared celular vegetal, o la quitina, que forma la cutícula de los artrópodos.

Lípidos

Los lípidos saponificables cumplen dos funciones primordiales para las células; por una parte, los fosfolípidos forman el esqueleto de las membranas celulares (bicapa lipídica); por otra, los triglicéridos son el principal almacén de energía de los animales. Los lípidos insaponificables, como los isoprenoides y los esteroides, desempeñan funciones reguladoras (colesterol, hormonas sexuales, prostaglandinas).

Proteínas

Las proteínas son las biomoléculas que más diversidad de funciones realizan en los seres vivos; prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia y/o actividad. Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones metabólicas de las células; muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre; anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, desempeñan, tal vez, la función más importante para la vida: contener, de manera codificada, las instrucciones necesarias para el desarrollo y funcionamiento de la célula. El ADN tienen la capacidad de replicarse, transmitiendo así dichas instrucciones a las células hijas que heredarán la información.

Algunas, como ciertos metabolitos (ácido pirúvico, ácido láctico, ácido cítrico, etc.) no encajan en ninguna de las anteriores categorías citadas.

Vitaminas

Que son usadas como cofactores en algunas reacciones enzimáticas.

Biomoléculas en estado gaseoso

Este estado sólo se encuentra en algunos órganos de flotación de organismos unicelulares acuáticos.

Otras moléculas gaseosas se encuentran, o bien unidas a determinadas moléculas, o bien disueltas.

Estructura de biomoléculas

La comprensión de las relaciones entre estructura y función de las bio-moléculas es básica en Bioquímica. Su estudio suele basarse en la obser-vación de imágenes en dos dimensiones. Se pretende familiarizar a los alumnos con sus estructuras 3D formando modelos de biomoléculas y haciendo observaciones que les hagan comprender las bases estructu-rales de sus funciones. Los alumnos se organizan en grupos que reciben cierto número de átomos de C, N, O e H y enlaces con los que construirán las moléculas. Con las formadas por cada grupo y su combinación con las de su asociado, comprenderán las conformaciones de los azúcares y las diferencias entre polisacáridos estructurales o de reserva, de las bases nitrogenadas púricas y pirimidínicas, de los nucleósidos y la especificidad de los apareamientos entre bases, las diferencias entre ácidos grasos saturados e insaturados, la estructura 3D de los L-aminoácidos, el carácter plano del enlace peptídico, y las posibilidades de giro de los aminoácidos en relación al enlace peptídico.

Bioelementos en alimentos

Son las sustancias que forman la base de nuestra estructura orgánica ya que integran las células de los tejidos del cuerpo. Son indispensables para la reposición y regeneración de los tejidos.

Están compuestas por aminoácidos que se dividen en esenciales y no esenciales.

Son las encargadas de crear anticuerpos.

Algunos alimentos que contienen diferentes bioelementos son:

Carnes

Pescado

Cereales y leguminosas

Lácteos

Aves

Consecuencias de la falta de Bioelementos en el cuerpo humano

Se llaman elementos químicos esenciales o bioelementos a una serie de elementos químicos que se consideran esenciales para la vida o para la subsistencia de organismos determinados. Para que un elemento se considere esencial, este debe cumplir cuatro condiciones:

• La ingesta insuficiente del elemento provoca deficiencias funcionales, reversibles si el elemento vuelve a estar en las concentraciones adecuadas.

• Sin el elemento, el organismo no crece ni completa su ciclo vital.

• El elemento influye directamente en el organismo y está involucrado en sus procesos metabólicos.

• El efecto de dicho elemento no puede ser reemplazado por ningún otro elemento.

Proyecto elaborado por:

Cristian Michel Azano Sepúlveda

N.L.#5 3°B T/M

Materia: Ciencias 3: QuímicaMaestra: Alma Maite Barajas Cárdenas