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.
