Tema 1. Introducción. Bioelementos y Biomoléculas Inorgánicas

Transcripción

1 Tema 1. Introducción. Bioelementos y Biomoléculas Inorgánicas 1. Concepto de Biología: Es la ciencia que estudia todos los fenómenos y procesos relacionados con los seres vivos. 2. Características de los seres vivos: Estas características los haces diferentes de los seres inertes. Estas son: Reproducción: es la capacidad que tienen los seres vivos para formar nuevos individuos con características similares a los progenitores. Asociadas a la reproducción hay unas características: - Crecimiento: es el aumento de tamaño. - Desarrollo: es la adquisición, a lo largo de la vida, de capacidades que no están presentes en el momento del nacimiento. Se desarrollan todos los órganos especialmente los relacionados con la reproducción. - Herencia: es la transmisión de una generación a la siguiente de las características biológicas. Esa transmisión se realiza en el momento de la reproducción. - Capacidad de adaptación: las especies de seres vivos son capaces de cambiar con el tiempo sus características para adaptarse a las condiciones cambiantes del medio. Este proceso es denominado Evolución Biológica y es una consecuencia de la selección natural. Metabolismo: es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en un ser vivo. El objeto de dichas reacciones es conseguir energía y materia para que los seres vivos puedan realizar todas sus funciones y renovar los componentes moleculares que los forman. Sensibilidad: es la capacidad de percibir estímulos del medio. Así los seres vivos consiguen información sobre las condiciones del medio, respondiendo de forma adecuada a dichos estímulos. 3. Los niveles de organización de la materia: Los niveles de organización de la materia son los distintos grados de complejidad estructural con los que aparece la materia en la naturaleza. Se dividen en 2 grupos: Abióticos: la materia no tiene vida. Son dos: - Nivel atómico: nos encontramos a la materia formada por átomos individuales sin relación entre ellos. - Nivel molecular: materia formada por átomo unidos entre si mediante enlaces químicos formando moléculas. También se incluyen en este nivel las macromoléculas que son moléculas de gran tamaño y muy complejas formadas por miles o millones de átomos que siempre aparecen asociadas a los seres vivos. Dentro de éste nivel se incluyen también los orgánulos celulares que son asociaciones de átomos, moléculas y macromoléculas que forman parte de las células, siempre guardan relación con los seres vivos.

2 Bióticos: la materia tiene las características de los seres vivos. Estos Son: - Nivel celular: átomos, moléculas, macromoléculas, orgánulos, organizados entre sí formando células. También nos encontramos en este nivel a los tejidos que son asociaciones de células realizando una función. Los tejidos a su vez se organizan entre sí para formar órganos que también se organizan para formar aparatos y sistemas. - Nivel orgánico: las células, tejidos, órganos, aparatos y sistemas se organizan formando un organismo pluricelular. - Nivel Población: todos lo organismos pluricelulares de una misma especie se organizan entre sí para realizar sus funciones (reproducción, defensa frente depredadores, busca de alimento etc. ). - Nivel Ecosistema: nos encontramos a las distintas poblaciones de seres vivos interaccionando entre sí y con el medio físico en el que se desarrollan. 4 Los bioelementos: Son los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Los bioelementos se clasificas en 3 grupos atendiendo a su abundancia en la materia viva: Bioelementos biogénicos o primarios: C, H, O y N forman por sí solos en 95% de la materia viva. Estos 4 elementos tienen una serie de propiedades que los hacen muy adecuados para la materia viva y explican su abundancia en ella: - Abundancia en la biosfera, por lo que están disponibles para que los seres vivos los puedan utilizar. - Son átomos pequeños (bajo nº atómico) por lo que los enlaces químicos que forman entre ellos son fuertes, difíciles de romper, con lo que las moléculas que forman estos 4 átomos son estables, algo necesario por los seres vivos. - C e H tienen distinta electronegatividad que el O y el N. El O y el N son más electronegativos que el C e H por lo que las moléculas que forman son polares por lo tanto solubles en agua, y es en el agua donde se van a producir la mayoría de las reacciones químicas de los seres vivos. - El átomo de C por su configuración electrónica puede formar 4 enlaces covalentes y puede unirse a otros C formando ciclos y cadenas, lo que da lugar a una gran variedad de compuestos químicos necesarios para que los seres vivos puedan realizar todas sus funciones. Bioelementos Secundarios: estos elementos forman aproximadamente el 4% de la materia viva. Estos elementos son: Ca, Mg, K, Na, Cl, S, P, Fe, Cu, Zn y Mn: - Ca, Mg, K, Na y Cl: aparecen de forma iónica en todos lo fluidos biológicos disueltos en agua, y regulan el ph y los procesos de ósmosis. El Ca es un importante mensajero químico par las células. También forma el esqueleto de los metazoos. El Mg forma parte de la clorofila. El Cl, K y Na intervienen en la transmisión de los impulsos nerviosos. - P y S: constituyen o forman parte de moléculas que intervienen en las reacciones de transferencia de energía. Estos dos elementos se unen a los bioelementos primarios mediante enlaces que se rompen

3 con facilidad y que contienen gran cantidad de energía. El P además junto con el Ca forma pare de los esqueletos de los vertebrados y el S aparece en muy pequeñas cantidades en las vitaminas. - Fe, Cu Zn y Mn: funcionan como cofactores enzimáticos y son imprescindibles para el correcto funcionamiento de algunas enzimas. El Fe forma parte de la hemoglobina y se encarga de transportar el Oxígeno por la sangre de en los vertebrados (una molécula de hemoglobina lleva 4 átomos de Fe). El Cu tiene la misma función que el hierro pero en la hemolinfa de los invertebrados. Y por último el Mg forma parte de muchas enzimas y de la clorofila. - I: forma parte de las hormonas del tiroides que regulan el metabolismo corporal. Oligoelementos (elementos traza): Son los más escasos, en conjunto no llegan a formar ni un 1% de la materia viva. También como los secundarios cumplen importantes funciones. Estos elementos son: I, B, Al, V, Mo, Co, F, Si Estos elementos no aparecen en todos los seres vivos al contrario de los primarios y secundarios. Son todos ellos cofactores enzimáticos y forman parte de enzimas muy importantes: - Mo: forma parte de la nitrogenasa que transforma el N atmosférico en nitratos que son la fuente de N para las metafitas. Sólo aparece esta enzima en ciertas bacterias. - Co: forma parte de una la vitamina B 12 imprescindible para poder sintetizar ADN. - I: forma parte de las hormonas del tiroides que regulan el metabolismo corporal. 5 Las Biomoléculas: Son los compuestos químicos que forman parte de los seres vivos. Se suelen organizar en 2 grupos según su estructura: Biomoléculas inorgánicas: son moléculas sencillas formadas por pocos átomos. Estudiaremos 2: - El agua - Las sales minerales. - Aunque también se pueden incluir el O 2, el CO 2 y en NH 3. Biomoléculas orgánicas: moléculas que contienen en su estructura un esqueleto de carbono formando cadenas o ciclos. Existen 4 grandes grupos: - Glúcidos o azúcares - Lípidos o grasas - Proteínas - Ac. nucleicos 6 Biomoléculas Inorgánicas: EL AGUA: es la molécula más abundante en los seres vivos. El 75% del peso total de los seres vivos está formado por ella.

4 - El agua esta formado de 2 átomos de hidrógeno y una de oxígeno unidos entre sí mediante enlaces covalentes. - Es una molécula polar. Esta polaridad le permite ser un buen disolvente. En ella pueden disolverse una enorme cantidad de sustancias y ello permite que sea en disolución acuosa donde tienen lugar la mayor parte de las reacciones químicas en los seres vivos. - Otra propiedad del agua es que puede disociarse (se rompe y forma dos iones: un anión y un catión) interviniendo en muchas reacciones químicas de los seres vivos. - Otra característica físicoquímica del agua es que tiene un elevado calor específico (calor necesario para que una sustancia cambie de temperatura). Esta propiedad le permite al agua actuar como líquido refrigerante o calefactor en los seres vivos. - También el agua tiene un elevado calor de vaporización (es la energía necesaria que hay que suministrar a una sustancia para que pase del estado líquido al estado gaseoso). Esto le permite al agua que funcione como refrigerante al evaporarse desde la superficie de los seres vivos. - El agua tiene una elevada tensión superficial (es un parámetro físico que mide las fuerzas de cohesión entre las moléculas en la superficie de un líquido). Su tensión es elevada debido a los puentes de hidrógeno (enlaces no covalentes que se establecen entre los átomos de H con carga parcial positiva y los átomos de O de otra molécula con carga parcial negativa). Esta elevada tensión favorece los movimientos celulares así como la subida de la savia bruta por vasos del xilema (vasos leñosos). - Otra función del agua es actuar como medio de transporte en los seres vivos. SALES MINERALES: son un grupo de pequeñas moléculas que cumplen funciones importantes en los seres vivos. Pueden aparecer en forma sólida o disueltas en agua. En este último caso las sales se presentan en iones al disociarse en el agua. Las principales sales son: Cl - Na + 2- CO 3 K + 3- PO 4 Mg SO 4 Ca 2+ - NO 3 ANIONES CATIONES - La principal función de las sales minerales en forma sólida es formar parte de los esqueletos de los seres vivos (CaCO 3 y CaPO 4 ). - Otra función de las sales minerales en forma sólida es la formación de otolitos que intervienen en el sentido del equilibrio que reside en el oído medio. Las funciones que realizan las sales minerales en disolución son:

5 - Regulan o controlan los procesos de ósmosis. Los procesos de ósmosis consisten en movimientos de agua a través de una membrana semipermeable. Esta membrana permite pasar el agua pero no las sales que ésta tiene en disolución. Cuando dos disoluciones que tienen una distinta concentración de sales se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable, el agua atraviesa la membrana pasando de la disolución de menor (hipotónica) concentración a la de mayor (hipertónica), intentando que se igualen las concentraciones salinas (isotónicas = concentración de sal). Los procesos de ósmosis provocan siempre una presión osmótica que es una medida de la fuerza por unidad de superficie que el agua realiza para pasar de la disolución hipotónica a la hipertónica. Los fenómenos de ósmosis son muy importantes para los seres vivos ya que todas las células están rodeadas por una membrana semipermeable. Si las células se colocan en un medio hipotónico el agua entra en ella haciendo que la célula se hinche incluso puede hacerla estallar, este fenómeno se denomina turgescencia. Cuando, por el contrario colocamos una célula en un medio hipertónico el agua de la célula sale (la célula se deshidrata) e incluso puede llegar a quedarse sin agua y morir a este fenómeno se le llama plasmólisis. Las células necesitan regular la concentración de las sales para que la turgescencia o plasmólisis no les produzcan la muerte. En algunos casos utilizan los procesos de ósmosis para moverse, es el caso de las plantas (abrir y cerrar la flor etc.). - Otra función de las sales minerales en disolución es el control del equilibrio ácido base (o taponamiento del medio o regulación de ph). Algunas sales minerales evitan que se produzcan cambios en la concentración de protones (cambios en el ph). Para ello se disocian y alcanzan un equilibrio químico que se desplaza raptando protones de medio cuando el ph disminuye o liberando protones al medio cuando el ph aumenta. Realizan así el taponamiento del medio. Las sales que realizan esta función son los fosfatos (dentro de las células) y los carbonatos (fuera de las células). - Otra función de las sales disueltas es el control en el paso de sustancias a través de la membrana celular. - También estas sales controlan la transmisión de los impulsos nerviosos. - Algunas sales actúan como mensajeros intra o intercelulares.