1.-CARACTERISTISTICAS FUNDAMENTALES DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA.

Un análisis químico de los elementos constituyentes de todos los seres vivos conocidos revelaría que casi todos de ellos están formados por cuatro elementos químicos principales o elementales y algunos otros secundarios.

Si los elementos químicos de los seres vivos están presentes en el planeta la proporción en que se encuentran es diferente, e inculco diferente a la de la corteza terrestre, que es el medio donde se desarrolla.

De todos los elementos que se hallan en la corteza sólo 70 son componentes de los seres vivos (Se denominan elementos biogénicos o bioelementos) y de estos sólo 16 son comunes a todos ellos.

Se agrupan en tres categorías:

.Bioelementos principales C, H, O, N.

.Bioelementos secundarios: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl

.Oligoelementos

3.- BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS.

Un análisis químico de los elementos que constituyen la materia viva conocidos revelaría que casi todos están formados cualitativa y cuantitativamente por lo mismos elementos.

Comparando la proporción en masa de los distintos elementos químicos en la TIERRA, CORTEZA Y SERES VIVOS llegamos a las siguientes conclusiones:

-Si bien los elementos químicos que forman los seres vivos están presentes en el planeta la proporción en la que se encuentra es diferente, incluso diferente a la de la corteza que es el medio en el que se desarrolla la vida esto nos indica que los seres vivos han seleccionado aquello elementos que son mas idóneos para su estructura y sus funciones.

-De todos los elementos que se encuentra en la corteza solo 70 son componentes de los seres vivos y de ellos solo 16 son comunes a todos los seres vivos esto nos confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos no por azar sino porque esos elementos poseen unas propiedades físico-química que los hacen idóneos en los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.

En el 99% del cuerpo de los organismos conocidos solo están presentes 6 de los elementos existentes en la tierra. El cuerpo humano, por ejemplo, está mayoritariamente por los elementos de Carbono (C), Oxígeno (O), Hidrógeno (H), Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Azufre (S).  Por otro lado, si se compara la composición química de los seres vivos con la del medio físico, se puede notar que los principales elementos que componen a los seres vivos no son los que más abundan en la corteza terrestre (que no incluye ni a la atmósfera ni a los mares). Es decir que, si bien los seres vivos y los entes inanimados están formados por los mismos componentes químicos, la diferencia entre ellos radica en el modo en que se organiza la materia que los constituye (Ver recuadro 1 y 2).

ELEMENTO QUIMICO	SIMBOLO	% EN LOS SERES VIVOS	% EN LA CORTEZA
Carbono	C	18.5	0.19
Hidrogeno	H	9.5	0.8
Oxigeno	O	65	46
Nitrógeno	N	3.3
Sodio	Na		2
Potasio	K	0.2	2.4
Calcio	Ca	1.5	3
Magnesio	Mg	4	4
Hierro	Fe		6
Silicio	Si		28
Aluminio	Al		8
Fosforo	P	1
Azufre	S	0.3
Cloro	Cl	0.1

Los bioelementos o elementos biogénicos son aquellos elementos químicas que forman parte de los seres vivos, en la actualidad se han identificado unos 70.

Se pueden clasificar en dos grupos:

Bioelementos primarios: Son indispensables para la formación de biomoleculas orgánicas: Glucidos, Lípidos, Proteínas y Ácidos nucleicos. El 95 % del total de la materia viva C,H,O,N,P,S.

Bioelementos secundarios: (Resto) se dividen en:

-Indispensables: son Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, Si, Cu, Mn, B, F, I.

-Variables: son Br, Zn, Ti, V, Pb.

Los bioelementos indispensables no pueden faltar en algunos organismos, existe otra clasificación, que esta basada en su importancia y es que divide a los bioelementos en bioelementos plásticos y

Oligoelementos.

Los oligoelementos: Fe, Cu, Mg se denominan de esta forma al conjunto de elementos químicos que están presentes en la materia viva en proporciones inferiores al 0,5%.

Se han aislado 60 oligoelementos en los cuales 14 son comunes para todos los seres vivos estos son oligoelementos esenciales y son: Mn, Zn, F, I, B, Fe, Cu, Mg, Si, V, Cr, Co, Se,Mo, Sn.

Las razones por las que los bioelementos mayoritarios forman parte prácticamente todas las moléculas son las siguientes:

-los seis elementos C, H, O, N, P, S tienen capas electrónicas externas incompletas de este modo pueden formar fácilmente enlaces covalentes compartiendo pares de electrones dando lugar a todas las biomoleculas: estructuras y funciones vitales.

-Estos elementos poseen un numero atómico bajo por lo que electrones compartidos en la formación de enlaces originadas son muy estables.

-Dado que el O y N son electronegativas muchas biomoleculas son polares y para ello solubles en agua que es el medio que tienen lugar todas las reacciones celulares.

Los bioelementos mayoritarios pueden incompararse fácilmente a los seres vivos desde el medio externo CO2, H2O Nitratos, NO3- esto asegura el intercambio constante de materia entre los organismos vivos y su ambiente

Los bioelementos se combinan entre si formando moléculas mas o menos complejas que reciben el nombre de biomoleculas o principios inmediatos desde el punto de vista químico. Se clasifica en: inorgánicas y orgánicas.

Las biomoleculas inorgánicas

Pueden encontrarse fuera de los seres vivos, tienen una estructura química sencilla y las orgánicas son exclusivas de los seres vivos.

Agua

Sales Minerales

Biomoleculas Orgánicas

Glúcidos

Lípidos

Proteínas

Ácidos Nucleicos

AGUA

1.- ESTRUCTURA

la molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno mediante sendos enlaces covalentes polares.

A pesar de ser eléctricamente neutra, la molécula de agua es dipolar, ya que posee una región electropositiva y otra electronegativa, esto es debido a que el átomo de oxígeno, al ser más electronegativo que le átomo de oxígeno, al ser más electronegativo que el de hidrógeno.

Al estructura dipolar de la molécula de agua hace que estas puedan atraerse entre sí, porque el oxígeno de una molécula puede interaccionar con el hidrógeno de otra estableciendo lo que se denomina enlace o puentes de hidrógeno, que es una interacción debil en comparación con enlace covalente o iónico.

El agua pura posee la capacidad de disociarse en iones, lo que hace que en realidad, sea una mezcla de tres especies.

Como en el agua pura la concentración de hidrógeno y de hidroxilos es la misma, eso significa que la concentración de hidrogeniones es de 1,0 * 10-7.

Cuando el agua contiene cualquier sustancia disuelta, puede alterarse la concentración de hidrogeniones y entonces se utilizan los términos de acidez y alcalinidad.

Para simplificar los cálculos y las notaciones Sörensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos y así definiciones el Ph como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones según esto:

-Disolución neutra: Ph =7

-Disolución ácida: Ph<7

-Disolución alcalina o básica: Ph >7

Es conveniente que le Ph de sus fluidos no cambie bruscamente pues, eso podría ocasionar el cambio de estructuras de muchas biomoléculas o la alteración de muchas reacciones químicas, para ello en las soluciones acuosas de los seres vivos están presentes los llamados sistemas tampón o amortiguadores de Ph.

El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantienen el Ph en valores próximos a 7,4.

El tampón fosfato se encuentra en los líquidos intracelulares y mantiene el Ph en torno a 6,86 debido al equilibrio entre los fosfatos monobásico y dibásico.

2.- PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DEL AGUA Y FUNCIONES BIOLÓGICAS

Propiedades físico-químico entre ellas se pueden citar:

-Elevado calor de vaporización, el agua cuando cambia del estado líquido al gaseoso, ha de romper todos los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas sus moléculas y para ellos se necesita una gran cantidad.

-Elevado calor específico: Los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua liberan energía cuando se forman y la absorven cuando se destruyen.

-Elevado momento dipolar: El carácter dipolar de la molécula de agua explica también la propiedad de ser un disolvente casi universal para todo tipo de sustancias iónicas.

-Elevada fuerza de cohesión: Los puentes de hidrógeno, aunque se forman y se rompen constantemente mantienen juntas las moléculas de agua. Ello permite que el agua forme columnas continuas o que su superficie oponga una gran resistencia a romperse ( elevada tensión superficial), convirtiéndose así en un líquido prácticamente incomprensible, lubricante y poco viscoso.

Funciones biológicas

-Función termoreguladora: El elevado calor específico del agua la convierte en un buen amortiguador térmico, impidiendo que los cambios bruscos de temperatura externa afecten a los organismos.

-Función disolventes: La naturaleza dipolar de la molécula del agua la convierte en un disolvente casi universal ya que es capaz de disolver gran cantidad de sustancias polares e incluso no polares.

-Función estructural: La elevada fuerza de cohesión-adhesión que existe entre las moléculas de agua, permite que se mantengan la forma y el volumen de la s células.

-Función mecánica: El agua, al disolver diversas sustancias y a diversas concentraciones, produce líquidos con la viscosidad adecuada para actuar de lubricantes y amortiguadores de movimientos bruscos en articulaciones, músculos....

-Función química: La disociación iónica del agua le permite intervenir en muchas reacciones químicas, aportando hidrogeniones o hidroxilos.

3.-DISOLUCIONES ACUOSAS DE SALES MINERALES

Funciones de las sales en disolución:

Cumplen funciones de tipo general, colaborando en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno;

.Mantener el grado de salinidad

.Regular la actividad enzimática

.Regular la presión osmótica y el volumen celular

.Generar potenciales eléctricos

.Regulación del Ph.

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de disolventes a través de una membrana semipermeables desde una disolución más diluida a otra más concentrada.

Los medios acuoso se denominan:

-Hipertónicos a los que tienen elevada concentración de solutos con respecto a otro.

-Hipotónicos: A los que contienen una concentración de solutos baja hacia los hipertónicos.