Equipo 5 6m Resumen

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVA.

El nivel de organización mas simple de toda la materia es el químico, que abarca las partículas elementales, los átomos, y las moléculas de que esta compuesta la materia que constituye el universo

Un análisis de la materia viva nos muestra que está organizada en diversos grados o niveles crecientes de complejidad.

Los componentes más elementales de la materia viva son ciertos átomos o elementos químicos que se denominan Bioelementos o Bioátomos.y que constituyen el 98% del peso de un organismo vivo.

La cantidad mas pequeña que puede obtenerse de un elemento es el átomo formado por protones, neutrones y electrones .los átomos se unen mediante enlaces químicos de diferente naturaleza formando así las moléculas que son las unidades menores constituidas por varios átomos, que pueden existir en estado libre sin perder sus propiedades químicas.

Los bioelementos corresponden solamente a una mínima parte de los átomos que se encuentran en la naturaleza. Si observas la Tabla Periódica de los elementos, existen 30 elementos químicos. Entre los bioátomos se encuentran: C, H, O, N, K, Na, Mg, Cl, Ca, Fe,… etc.

La combinación entre los bioelementos entre sí mediante enlaces químicos origina las Biomoléculas. Así es como en los seres vivos se encuentran moléculas como el agua, algunas sales minerales (cloruros, nitratos, carbonatos, etc), A.T.P., glucosa y otros tipos de moléculas.

La unión de ciertas moléculas entre sí, forman estructuras moleculares mucho más complicadas, de alto peso molecular, que se denominan Macromoléculas. Se forman así los polisacáridos, los lípidos, las proteínas, los ácidos nucleicos.

La organización de las macromoléculas puede llegar a constituir una organización capaz de automantenerse y de autoperpetuarse. Aparece así la célula. Que es la unidad biológica mas elemental dotada de vida propia .esta compuesta de una masa gelatinosa (citoplasma) rodeada de una membrana y en su interior se hallan en suspensión subunidades altamente especializadas llamadas orgánulos celulares que a su vez

estan formados de moléculas mas o menos complejas. entre las

moléculas de vida propia y la celula se encuentra la frontera entre la materia viva y la materia inerte esta frontera se encuentran macromoléculas como el desixirribonucleico presente en los cromosomas

acido

del núcleo celular y principal

reservorio de la información genética, y los virus considerados como las formas mas elementales de la vida aunque carecen de autonomía metabólica al igual que los ácidos nucleicos, las células mas complejas están representadas por los organismos unicelulares ya que en este caso una sola célula asume todas las funciones vitales.

Las células presentan dos posibilidades d existencia en la Tierra: -

Viven independientemente como organismos y se habla entonces de organismos unicelulares o microorganismos (protozoos, bacterias, algunas algas, levaduras),

-

O bien, las células se asocian entre sí para formar agrupaciones celulares en las cuales se da la posibilidad de una división del trabajo o especialización. En esta forma se estructuran los tejidos.

La agrupación de tejidos diferentes para desempeñar un determinado trabajo da origen a los órganos (pulmón, riñón, estómago, corazón, etc.)

Los órganos a su vez pueden asociarse en agrupaciones de órganos llamados sistemas orgánicos En el cual las células se agrupan para formar tejidos , los cuales a su vez están organizados en estructuras llamadas órganos con misiones determinadas , a un niel todavía superior se encuentran el aparato y el sistema ,resultante de la interacción coordinada de tejidos

y órganos para realizar un conjunto de funciones biológicas

afines ,ejemplos son el aparato digestivo, reproductor entre otros, este nivel implica la organización de las células que permita una división del trabajo fisiológico. para que todo el conjunto sea funcional son necesarios tres tipos de actividad ,transporte de materiales ,control fisiológico de todas las células y conducción de impulsos.

Finalmente las agrupaciones de aparatos llega a constituir un organismo o Individuo.

En esta forma ciertos elementos químicos llegan a estructurar moléculas complejas que organizadas originan la forma más elemental de vida que es la célula. A partir de esta estructura básica “célula” se forman los seres vivos, los cuales establecen entre sí otros niveles de organización como: Especie biológica (Homo sapiens, Apies melífera, etc. Población (conjunto de individuos de una especie que viven en una determinada

Comunidad (Conjunto de todos los habitantes de una zona entre la cual existe una mayor o menor dependencia en relación al espacio) Ecosistema (Conjunto de comunidades que se desarrollan en condiciones físicas y/o químicas determinadas

Biósfera (Conjunto de los ecosistemas terrestres).

Ecósfera (La biosfera según las condiciones físicas y/o químicas universales)

ELEMENTOS Y COMPUESTOS DE LA MATERIA VIVA

Los seres vivos, animales y plantas, están formados por sustancias, que constituyen lo que denominamos materia viva. El 99 % de la materia viva está formado por cuatro elementos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. El carbono es el elemento más importante, pues sirve de base en la constitución de las moléculas de la materia viva al unirse con el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, etc. Hay toda una rama de la química, llamada química orgánica, que se ocupa del estudio de estos compuestos. Otros elementos también importantes porque son indispensables para la vida, serían: el hierro, el calcio, el sodio y el yodo, aunque están en una proporción mucho menor. Composición química de los seres vivos: C, H, O, N, S, P Las plantas, los animales y el hombre, así como todas las cosas materiales que forman parte de nuestro mundo y el universo, están formados de materia. La materia es todo aquello que ocupa un espacio y que tiene masa. El hombre a intentado conoce la naturaleza de la materia desde los tiempos antiguos. Es así como Leucipo y Democrito, filósofos griegos que vivieron en el siglo V a. de C., expresaron la primera teoría atómica, en la que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles. Con el tiempo, los científicos han confirmado que la materia esta integrada por átomos que son divisibles bajo condiciones especiales como la desintegración atómica, sin embargo, pertenecen indivisibles en las reacciones químicas simples. Toda la materia viva esta constituida por la composición de elementos. Existen 92 elementos diferentes en la naturaleza, los cuales difieren en la estructura de sus átomos. Los átomos están formados por un núcleo que contiene protones, que son partículas con carga eléctrica positiva (+), por neutrones, partículas que no tienen carga, y por una capa externa en la cual se encuentran los electrones, que tienen carga eléctrica negativa (-).

Los compuestos son sustancias que pueden descomponerse en dos o mas sustancias puras por medio de métodos químicos, por lo que podemos decir que los compuestos están formados por mas de un tipo de átomos unidos entre si por medios de enlaces químicos, los cuales pueden ser iónicos o covalentes y originan compuestos iónicos o moleculares. Los compuestos iónicos son el resultado de la unión de dos o más átomos por medio de un enlace iónico o electro Valente, formado cuando un átomo cede y el otro absorbe los electrones formándose dos partículas con cargas opuestas las cuales se atraen. Cuando dos o mas átomos se unen con enlaces covalentes, el compuesto resultante se conoce como molécula. En este caso, los átomos se unen compartiendo sus electrones de valencia. El termino molécula se usa principalmente para los compuestos que presentan enlaces covalentes y formula mínima, para los que presentan enlaces iónicos. Las moléculas pueden estar formadas por átomos distintos, como por ejemplo (H2O) el agua, el (CO2) dióxido de carbono, etc. O por dos o mas átomos iguales, como las moléculas de oxigeno (O2), hidrogeno (H2), etc. En la mayoría de los compuestos orgánicos, los enlaces entre sus compuestos son covalentes, por ejemplo en la formula del metano (CH4) interviene un carbono y cuatro hidrógenos que se unen por cuatro enlaces covalentes sencillos. En cada uno de ellos el carbono comparte uno de sus cuatro electrones de valencia, de igual manera cada hidrogeno comparte su único electrón de valencia, para así formar el enlace covalente en el cual se comparte un par de electrones. El 97.9 por ciento de la materia que forma parte de los seres vivos están compuesta por su mayoría por combinaciones de seis elementos químicos de los 92 que existen en la naturaleza. Estos elementos son: carbono ©, hidrogeno (H), oxigeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). un 2% lo constituyen calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg) y cloro (Cl); y un 0.1% cantidades muy pequeñas de manganeso, fierro, cobalto, cobre, zinc, boro, aluminio, vanadio, molibdeno, yodo y silicio, entre otros.

El análisis químico de la célula muestra que está constituida por compuestos inorgánicos y compuestos químicos orgánicos, formados a partir de un escaso número de bioelementos.

Dentro de los componentes inorgánicos de la célula se encuentran el agua, el bióxido de carbono, y las sales minerales.

1.-EL AGUA.Su alto porcentaje, que alcanza entre un 66% y 99% en la composición química de la materia viva, según la especie biológica, indica su enorme significación en la actividad celular, dadas las múltiples funciones que desempeña.

En las neuronas del hombre, el porcentaje de agua se eleva a un 80% y en algunos animales como las medusas llega a un 99%, cifra que nos indica que estas formas vivientes, están estructuradas prácticamente sólo de agua.

Las moléculas de agua poseen un gran número propiedades que las convierten en el líquido ideal de la materia viva.

Entre las características que presenta el agua para ser el componente ideal de la materia viviente, pueden señalarse: -

baja masa atómica (18,016 grs.)

-

poder disolvente, con lo que facilita la vehiculización de sustancias alimenticias y de residuos del metabolismo

-

poder de absorción del calor, sin que el valor energético de la molécula misma cambie. En esta forma protege a la célula de los cambios de temperatura del medio ambiente

-

conductora del calor, lo cual facilita la distribución uniforme de esta forma de energía, por todo el organismo

-

disociación química neutra, es decir, forma productos ácidos y básicos simultáneamente y en igual cantidad con lo cual contribuye a la manutención de pH.-

2.-LAS SALES MINERALES.Las sales minerales que componen la materia viva pueden encontrarse en tres formas diferentes: a) cristalizadas, como el ortofosfato de calcio del tejido óseo. b) disociadas, tales como los iones de sodio (NA-), potasio (K-) y cloro (Cl-) de la sangre. c) combinadas, como los fosfatos que forman parte de los ácidos nucleicos. d) Disueltas, como los nitratos, sulfatos en los vegetales

Principalmente, las sales minerales del organismo animal, mantienen el equilibrio osmótico de la célula con su medio ambiente. En los vegetales, y otras especies de otros reinos, forman estructuras o participan en procesos metabólicos para su subsistencia.

ASPECTO FÍSICO DE LA MATERIA VIVA.-

Todas las moléculas orgánicas e inorgánicas que constituyen la materia viva forman un sistema organizado que sirve de base o sustrato a las actividades de la materia viva.

La materia viva corresponde a un sistema coloidal, estado intermedio entre las soluciones verdaderas y las suspensiones. -

Soluciones verdaderas: son aquellas soluciones en que las partículas de la sustancia disuelta son

extraordinariamente pequeñas (menos de un milicrón) y

pueden ser iones, átomos o moléculas muy simples (ej: sal disuelta en agua; sulfato de cobre disuelto en agua)

-

Suspensiones: contienen partículas comparativamente grandes formados por el agregado de numerosas moléculas que tienden a depositarse por la gravedad si se las en reposo (ej: tierra en agua; arena en agua)

En las soluciones coloidales, las partículas son de un tamaño intermedio con respecto a las partículas de una solución verdadera y una suspensión (entre 0,1 y 0,0001 micrón)

PROPIEDADES GENERALES DEL AGUA

Capacidad calorífica del agua

El agua posee una capacidad calorífica muy elevada, es necesaria una gran cantidad de calor para elevar su temperatura 1.0 °K. Para los sistemas biológicos esto es muy importante pues la temperatura celular se modifica muy poco como respuesta al metabolismo. De la misma forma, los organismos acuáticos, si el agua no poseyera esa cualidad, se verían muy afectados o no existirían.

El agua líquida es más densa que el hielo a presión y temperatura estándar. Existe un cambio positivo en el volumen después del congelamiento, lo que ocasiona que el hielo flote. Si el hielo no flotara, la vida acuática en cuerpos de agua como lagos y en los polos terrestres, no existiría pues estos cuerpos de agua se congelarían desde el fondo hacia la superficie, de hecho, lo contrario, la capa de hielo que se forma sobre estos cuerpos de agua, resulta en un aislante térmico.

Tensión superficial

El agua tiene una tensión superficial elevada, esto hace que en los procesos biológicos, se utilicen moléculas tipo detergente (anfifílicas) para modificarla. Los surfactantes pulmonares por ejemplo, decrecen el trabajo necesario para abrir los espacios alveolares que permiten el intercambio gaseoso eficiente, la ausencia de estas substancias, ocasiona enfermedades severas y la muerte.

Constante de ionización del agua

Debido a su constante de ionización, el agua posee una conductividad elevada. La conductividad de hielo es elevada, pero 103 veces menor que en el estado líquido. Debido a esta característica el agua participa activamente en la conducción de señales eléctricas en el sistema nervioso.

Muchas de las características que hacen al agua un líquido tan particular, se deben a su capacidad de hacer puentes de Hidrógeno.

Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de

iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.

Elevada fuerza de cohesión. Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático.

El agua tiene propiedades especificas que contrastan con otros compuestos ; por ejemplo cuando cuando están en estado sólido aumentan su volumen; al expandirse ,disminuye la densidad y flota el agua liquida Reacciona con muchos metales, no metales y compuestos Cambia las propiedades de los sólidos cuando se disuelven

Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso se denomina disolvente universal. También las moléculas de agua pueden disolver sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas. Elevada fuerza de cohesión Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. La fuerza de cohesión permite que el agua se mantenga líquida a temperaturas no extremas. Así el agua puede actuar como vehículo de transporte en el interior de un ser vivo y como medio lubricante en sus articulaciones. Propiedad de expandirse al enfriarse El agua es una de las pocas sustancias que se expande al enfriarse. Esto se debe a que, al congelarse, sus moléculas se organizan en una estructura hexagonal, dejando más espacios entre ellas que en el agua liquida. Esta estructura de los cristales de hielo también es responsable de las peculiares formas hexagonales de los copos de nieve.

Elevada fuerza de adhesión Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión, del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase “agarrándose” por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta, desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos. Gran calor específico También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se crean entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de calor que utiliza para romper los puentes de hidrógeno, por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Elevado calor de evaporación Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20 °C. El agua tiene propiedades inusualmente críticas para la vida: es un buen disolvente y tiene alta tensión superficial. El agua pura tiene su mayor densidad a los 3,98 °C: es menos densa al enfriarse o al calentarse, El agua también tiene un calor específico inusualmente alto, importante en la regulación del clima global. El agua es un buen disolvente de muchas sustancias, como las diferentes sales y azúcares, y facilita las reacciones químicas lo que contribuye a la complejidad del metabolismo. Algunas sustancias, sin embargo, no se mezclan bien con el agua, incluyendo aceites y otras sustancias hidrofóbicas. Membranas celulares compuestas de lípidos y proteínas, aprovechan de esta propiedad para controlar las interacciones entre sus contenidos químicos y los externos. Esto se facilita en parte por la tensión superficial del agua. Las gotas de agua son estables debido a su alta tensión superficial. Esto se puede ver cuando pequeñas cantidades de agua se ponen en superficies no solubles,

como el vidrio, donde el agua se agrupa en forma de gotas. Esta propiedad es importante en la transpiración de las plantas. Una propiedad del agua, ambientalmente importante, es que en forma sólida, el hielo, flota en el agua líquida. Esta fase sólida es menos densa que la líquida debido a la geometría de los fuertes enlaces de hidrógeno formados sólo a temperaturas bajas. .

El agua pura presenta la máxima densidad a 3,8 °C, ascendiendo por

convección, tanto cuando su temperatura aumenta, como cuando disminuye de ese valor. Esta propiedad origina que el agua más profunda permanezca más caliente que la superficial congelada, por lo que el hielo en un cuerpo de agua se formará primero en la superficie y crecerá hacia abajo, mientras que la mayor parte del agua bajo del hielo permanecerá a 3,8 °C. Esto aísla el fondo de un lago del frío exterior. No posee propiedades ácidas ni básicas. Con ciertas sales forma hidratos. Reacciona con los óxidos de metales formando bases. Es catalizador en muchas reacciones químicas. Presenta un equilibrio de autoionización, en el cual hay iones H3O+ y OH-

FUNCIONES DEL AGUA EN EL ORGANISMOS En el cuerpo humano la masa esta constituida principalmente de agua el agua es parte esencial de todas las células y líquidos del cuerpo. El agua es el principal e imprescindible componente del cuerpo humano. El ser humano no puede estar sin beberla más de cinco o seis días sin poner en peligro su vida. El cuerpo humano tiene un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta. Aproximadamente el 60 % de este agua se encuentra en el interior de las células (agua intracelular). El resto (agua extracelular) que se encuentra presente en el plasma, linfa,

liquido intersticial, tejido conectivo, cartílago, piel, hueso, y liquido de secreción, este tipo de agua es la que circula en la sangre y baña los tejidos. En las reacciones de combustión de los nutrientes que tiene lugar en el interior de las células para obtener energía se producen pequeñas cantidades de agua. Esta formación de agua es mayor al oxidar las grasas - 1 gr. de agua por cada gr. de grasa , que los almidones -0,6 gr. por gr., de almidón-. El agua producida en la respiración celular se llama agua metabólica, y es fundamental para los animales adaptados a condiciones desérticas. Si los camellos pueden aguantar meses sin beber es porque utilizan el agua producida al quemar la grasa acumulada en sus jorobas. En los seres humanos, la producción de agua metabólica con una dieta normal no pasa de los 0,3 litros al día. Como se muestra en la siguiente figura, el organismo pierde agua por distintas vías. Este agua ha de ser recuperada compensando las pérdidas con la ingesta y evitando así la deshidratación.

En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las reacciones que nos permiten estar vivos. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo. Esto se debe a que las enzimas (agentes proteicos que intervienen en la transformación de las sustancias que se utilizan para la obtención de energía y síntesis de materia propia) necesitan de un medio acuoso para que su estructura tridimensional adopte una forma activa.

Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel. Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células. El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos. Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de deshecho del metabolismo celular. Puede

intervenir

como +

reactivo

en

reacciones

del

metabolismo,

aportando

-

hidrogeniones (H3O ) o hidroxilos (OH ) al medio. Para personas que habitan en climas moderados, parece adecuado un requerimiento de ml /Kcal para los adultos y de 1.5 ml/Kcal para los niños, pero estas cantidades deben ajustarse para ser utiles a personas excepcionalmente activas con necesidades crecientes de líquidos y para aquellas que habitan en climas calidos. Debido a que las variaciones en el balance hídrico conducen a la enfermedad o la muerte, la ingestión constante de agua debe equilibrarse con precisión respecto a la perdida.