La química de la vida es sorprendente, desde los aminoácidos que conforman las proteínas, los hidratos de carbono que proveen la energía necesaria para la realización de las funciones corporales, hasta los ácidos nucleicos que son la base del ADN. Todos estos componentes tienen algo en común: están hechos de los mismos elementos químicos. CHONPS, esto es, Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Azufre (S), son los bloques de construcción fundamentales de la vida como la conocemos.
El Significado de CHONPS
Si bien se sabe que los elementos de CHONPS están presentes en la vida tal como la conocemos, cada uno desempeña un papel específico. C es el elemento de base en todas las biomoléculas, mientras que el H suele estar unido al C en la mayoría de las biomoléculas. El O ocupa más del 62% de la masa corporal y es un elemento clave en las reacciones que generan energía. P es crucial para la función celular y los ácidos nucleicos, y N es el elemento de importancia en las proteínas y ácidos nucleicos, que son necesarios para almacenar y transmitir información genética. S también está presente en las proteínas y es esencial para el transporte de oxígeno.
La importancia de CHONPS en la vida
De los más de cien elementos químicos que existen en el universo, sólo seis son los elementos contenidos en la mayoría de la materia que conforma la vida en la Tierra. En efecto, la distribución de estos elementos en el universo hace que sean relativamente abundantes. Y aunque estar construidos en su mayoría por un número reducido de elementos químicos podría parecer limitante, en realidad permite una gran variabilidad en la configuración de estos elementos, lo que resulta en la amplia diversidad de formas que el mundo vivo adopta.
De hecho, se estima que el 97,90% de la materia que forma a los seres vivos está compuesta en su mayoría por estos seis elementos. Según sus porcentajes en la materia viva:
- Carbono (C): 19.37%
- Hidrógeno (H): 9.31%
- Nitrógeno (N): 5.14%
- Oxígeno (O): 62.81%
- Fósforo (P): 0.63%
- Azufre (S): 0.64%
La Química de la Vida
Los elementos de CHOPNS son los bloques de construcción químicos fundamentales de la vida. Al estar combinados, estos elementos forman macro moléculas, que a su vez forman estructuras como las proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos, y otros. Los aminoácidos, por ejemplo, son la base de las proteínas. Al unirse, estas cadenas de aminoácidos forman una estructura tridimensional que define la función de la proteína.
Las bases nitrogenadas, los azúcares, los fosfatos y otros átomos se combinan para formar los ácidos nucleicos que son esenciales para la transmisión y almacenamiento de información genética. Los carbohidratos, por otro lado, son una fuente importante de energía para el cuerpo.
El Origen de CHOPNS
La pregunta del origen de los elementos que conforman la vida es fascinante. De hecho, todos los elementos químicos de la tierra, y de todo el universo, se formaron en las estrellas. Los elementos más pesados se generan en los procesos de fusión nuclear de las estrellas. El carbono, el que forma la base de todos los organismos vivos, es un ejemplo de esto. Los átomos más ligeros son el resultado de la nucleosíntesis del Big Bang.
En el momento de una supernova, los elementos de la estrella explotada se expanden hacia el universo. Estos elementos, incluidos los elementos CHONPS, se combinan para formar planetas, como la Tierra, y otros cuerpos celestes. En el caso de la Tierra, no está claro cuándo exactamente fueron incorporados estos elementos en lo que ahora llamamos el planeta Tierra. Pero no hay duda de que tenemos todo lo necesario para sustentar y proteger la vida, y es gracias a la presencia y configuración de estos elementos químicos.
La Importancia de Cada Elemento en CHONPS
Cada uno de los elementos constitutivos de CHONPS es crítico para la vida, y la falta de alguno de ellos podría llevar a sufrir enfermedades. Una deficiencia notable de C, H, N, O, P o S dificultaría en gran medida la realización de actividad física o simplemente nuestras acciones cotidianas. Conozcamos más sobre las contribuciones de cada uno de los elementos de CHONPS:
Carbono (C)
El carbono es el elemento básico de las moléculas orgánicas, y es el átomo central en todas las biomoléculas. Cada molécula orgánica contiene al menos un átomo de carbono, y cada molécula de las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos contiene muchos átomos de carbono. De hecho, el carbono es esencial para la vida, y todas las moléculas orgánicas que contienen carbono pueden sintetizarse solo por vida y no por la naturaleza.
El carbono es capaz de formar simples, dobles y triples enlaces, y, cuando se combina con otros elementos, se pueden producir una gran variedad de moléculas con propiedades diferentes.
Hidrógeno (H)
El hidrógeno se asocia principalmente a los enlaces covalentes de los compuestos orgánicos, lo que significa que está presente en casi todas las moléculas biológicas importantes. No forma enlaces estables con la mayoría de los elementos, y se mueve rápidamente en el espacio disponible en las moléculas que lo contienen.
De hecho, el 99% de la masa del cuerpo humano está formada por hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, fósforo y azufre (CHNOPS).
Oxígeno (O)
El oxígeno es uno de los elementos más abundantes en el cuerpo humano y en la mayoría de los sistemas vivos. Está presente en las proteínas, los ácidos nucleicos, los carbohidratos y los lípidos, y es el responsable de numerosas funciones corporales.
Una de sus funciones más importantes es en la respiración celular, proceso que genera energía para mantener la vida del ser vivo. La respiración celular involucra una serie compleja de reacciones químicas que requieren oxígeno como reactivo.
Nitrógeno (N)
El nitrógeno es un componente muy importante de los ácidos nucleicos y las proteínas. Como se mencionó anteriormente, los aminoácidos, que forman las proteínas, contienen nitrógeno.
Además, el nitrógeno es un elemento esencial para la formación de la clorofila, el pigmento verde que permite a las plantas llevar a cabo la fotosíntesis. Algunos organismos también pueden fijar el nitrógeno atmosférico en las biomoléculas complejas que necesitan.
Fósforo (P)
El fósforo es un componente clave del ADN y el ARN, los ácidos nucleicos que almacenan y transmiten información genética. El fósforo también esencial para el ATP, la principal fuente de energía celular, y es importante para la función de las células.
Los grupos fosfato son esenciales para la formación de ácidos nucleicos y de moléculas como el ATP, necesarias para la función celular.
Azufre (S)
El azufre forma un enlace disulfuro entre cadenas de proteínas, y es esencial para el plegamiento y estabilización de la estructura de proteínas como la insulina. El azufre también es importante para la producción de colágeno y la resistencia ósea.
Además, el ácido sulfhídrico (H2S) es un gas que interviene en los procesos biológicos, como la transferencia de electrones en las reacciones de la respiración celular.
La importancia de los Iones Metálicos
Además de los elementos de CHONPS, hay otros elementos metálicos importantes. De hecho, se estima que alrededor del 80% de los elementos químicos en la Tierra son metales. Estos elementos desempeñan un papel crucial en una serie de procesos biológicos. Algunos de los metales más importantes incluyen: calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), potasio (K), hierro (Fe), cobalto (Co), cobre (Cu), zinc (Zn), y molibdeno (Mo).
Calcio (Ca)
El calcio es el elemento más abundante en el cuerpo humano y es esencial para una variedad de procesos celulares. Además, el calcio es importante para la formación y mantenimiento de huesos y dientes. Los iones de calcio también juegan un papel clave en la función neuromuscular, ya que son necesarios para la contracción muscular.
Magnesio (Mg)
El magnesio es esencial para la función enzimática, y se
