Qué son los bioelementos y su clasificación

Los bioelementos, que también reciben el nombre de elementos biogénicos (de “bio” – “vida” y “génesis” – “origen”, es decir, dan lugar a las formas vivas), son los elementos químicos que conforman a los seres vivos y pueden encontrarse tanto en solitario como en conjunción con otros formando biomoléculas. Existen alrededor de 70 bioelementos, aunque no todos están presentes en todos los seres vivos ni se encuentran en las mismas proporciones.

Entre los elementos más comunes por su abundancia en los seres vivos encontramos el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno. Resulta curioso que, a excepción del oxígeno y del hidrógeno, los bioelementos no sean los elementos químicos más abundantes en el medio físico y, sin embargo, resulten indispensables para la sustentación de la vida. La razón de esto viene dada por una serie de características y propiedades que son comunes a estos elementos biogénicos, entre las que se encuentran:

• Su facilidad para establecer enlaces covalentes estables entre sí debido a su reducida masa atómica que, junto con el hecho de que los electrones que comparten se encuentran próximos al núcleo, favorece la formación de moléculas estables.
• Las uniones covalentes entre bioelementos, en especial cuando están involucrados el oxígeno o el nitrógeno (que son especialmente electronegativos), con frecuencia dan lugar a que se formen moléculas polares solubles en agua, que tiende a ser el medio en que tienen lugar las reacciones biológicas, por lo que estas se ven facilitadas.
• Los bioelementos son de fácil incorporación por parte de los organismos vivos desde el medio, pues suelen encontrarse formando parte de moléculas sencillas tales como H2O o CO2, lo cual facilita el intercambio continuado de estos elementos entre el medio físico y la materia viva.

Existen diferentes tipos de bioelementos: clasificados según su abundancia relativa en los organismos vivos en mayoritarios, oligoelementos esenciales y oligoelementos no esenciales. Los bioelementos mayoritarios se caracterizan por estar siempre presentes en los organismos vivos. Dentro de este grupo, se diferencian 2 subgrupos de bioelementos: los bioelementos primarios y secundarios.

A continuación, en los siguientes apartados, se exponen los diferentes tipos y cuál es la función de los bioelementos primarios y los bioelementos secundarios, así como de los oligoelementos.

Los bioelementos primarios se encuentran en una proporción aproximada de 95% en la materia viva y son esenciales para la formación de biomoléculas. Entre los bioelementos primarios se incluyen:

• Carbono: elemento esencial en la formación de cadenas hidrocarbonadas mediante enlaces sencillos o dobles que sirven como esqueleto de grandes moléculas. Aquí te explicamos Cuál es la importancia del carbono en los seres vivos.
• Hidrógeno: el otro elemento indispensable en las cadenas hidrocarbonadas, aparte de formar parte de la molécula de agua.
• Oxígeno: forma parte de moléculas tan indispensables como el H2O, el CO2, etcétera.
• Nitrógeno: elemento constitutivo de aminoácidos y ácidos nucleicos, generalmente presente en forma amino (-NH2).
• Fósforo: necesario para la síntesis de ATP (adenosín trifosfato), molécula esencial para proporcionar energía en las reacciones bioquímicas que tienen lugar en los seres vivos.
• Azufre: componente estructural de proteínas mediante el establecimiento de enlaces disulfuro.

Por su parte, los bioelementos secundarios son algo menos abundantes que los primarios pero juegan papeles esenciales en la fisiología celular. Dentro de los bioelementos secundarios se encuentran:

• Calcio: se encuentra comúnmente en la naturaleza formando carbonato cálcico, elemento fundamental en los esqueletos y caparazones de crustáceos, moluscos y muchos otros organismos vivos. Además, el calcio está implicado en los procesos de contracción muscular.
• Sodio: junto con el potasio y el cloro, abundan en el medio interno celular y son fundamentales para mantener la salinidad y el equilibrio de cargas eléctricas en membrana plasmática celular. También desempeña un papel importante en la transmisión del impulso nervioso.
• Potasio: involucrado en la transmisión del impulso nervioso, junto con el sodio.
• Magnesio: aparece como cofactor de varios enzimas, así como formando parte de la clorofila.
• Cloro: mantiene la polaridad dentro de la célula y la permeabilidad de las membranas celulares, entre otras funciones.

Los oligoelementos esenciales se encuentran en los organismos vivos en una proporción que no supera el 0.1%, lo cual no disminuye su carácter esencial, y tanto su ausencia como su exceso pueden provocar importantes carencias y problemas en el organismo. Dentro del grupo de los oligoelementos esenciales se incluyen:

• Hierro: elemento esencial en la hemoglobina (para el transporte de oxígeno) y en los citocromos de la cadena respiratoria.
• Manganeso: forma parte de diversos enzimas, como la superóxido dismutasa, de actividad antioxidante.
• Cobre: compuesto del pigmento hemocianina.
• Zinc: involucrado en procesos de crecimiento, en la síntesis de insulina y en la defensa del sistema inmunitario.
• Flúor: proporciona resistencia a huesos y dientes.
• Yodo: elemento fundamental en la formación de la hormona tiroidea tiroxina.
• Boro: esencial en especies vegetales para el mantenimiento de la pared celular.
• Silicio: necesario en la formación del esqueleto y en la calcificación ósea.
• Cromo: involucrado en el metabolismo de azúcares y favorece la introducción de la glucosa en las células.
• Vanadio: esencial en ciertos organismos distintos al ser humano.
• Cobalto: forma parte de la vitamina B12, necesaria para el buen funcionamiento del sistema nervioso.
• Selenio: tiene función antioxidante y es importante para el correcto funcionamiento muscular.
• Molibdeno: interviene en la producción de ácido úrico y favorece el correcto funcionamiento de la xantino-oxidasa, un enzima encargado del metabolismo del hierro.
• Estaño: beneficia al sistema inmunológico y es necesario para determinadas funciones bioeléctricas.

Por último, los oligoelementos no esenciales están constituidos por todos aquellos elementos químicos que, sin ser esenciales para todos los seres vivos, con frecuencia juegan importantes papeles funcionales en ellos.

Una vez comprendido qué son los bioelementos y cuál es su clasificación, podemos abordar el concepto de los principios inmediatos, que son las formas combinadas en la que se suelen encontrar los bioelementos. Existen métodos físicos como la evaporación, la filtración, la destilación y la centrifugación, entre otras, que permiten la separación de estos componentes de la materia viva sin alterar su estructura molecular.

Los principios inmediatos pueden dividirse en principios inmediatos orgánicos –las llamadas biomoléculas, que incluyen los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos y que son exclusivas de la materia viva y, por ende, han de ser sintetizados por los seres vivos– o principios inmediatos inorgánicos, entre los que se encuentran el agua y las sales minerales (sólidas o en disolución) que, además de en los seres vivos, también se encuentran presentes en la materia inorgánica. A su vez, las biomoléculas pueden ser simples, si están formadas por la unión de varios átomos de un mismo elemento (por ejemplo, el oxígeno, O2), o compuestas, cuando están compuestas por la combinación de átomos de elementos químicos diferentes (como ocurre con el agua, H2O).

Las biomoléculas tienen funciones estructurales (como ocurre con las proteínas, los lípidos y las sales minerales), energéticas (glúcidos y lípidos) o catalizadora de reacciones (como en el caso de los enzimas, que son proteínas).

Para seguir aprendiendo sobre estos temas e ir avanzando en la materia, te recomendamos este otro artículo de EcologíaVerde sobre Qué es la materia orgánica e inorgánica.

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