Biología 2º BTO
299
Isabel Mª Gallego López 2013-2014 Biología
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pez
2013
-201
4
Biol
oga
-
CONTENIDO
Bioelementos.............................................................................................................................................. 16
Tabla de bioelementos. .......................................................................................................................... 17
Idoneidad del carbono para la vida. ....................................................................................................... 17
Principios inmediatos o biomolculas. ................................................................................................... 18
Tipos de enlaces. .................................................................................................................................... 18
Enlace inico. ...................................................................................................................................... 18
Enlace o puente de hidrgeno. .......................................................................................................... 19
Enlace covalente. ................................................................................................................................ 19
Energa de enlace. .................................................................................................................................. 20
El agua. ....................................................................................................................................................... 21
Caractersticas de la molcula de agua. ................................................................................................. 21
Propiedades del agua. ............................................................................................................................ 22
Importancia biolgica. ............................................................................................................................ 24
Las sales minerales. .................................................................................................................................... 26
Sales minerales disueltas ........................................................................................................................ 26
Funciones de las sales en disolucin. ................................................................................................. 26
Disoluciones amortiguadoras del pH. ................................................................................................. 27
Sales minerales precipitadas. ................................................................................................................. 28
Funciones de las sales precipitadas. ................................................................................................... 28
Carcter coloidal de la materia viva. ...................................................................................................... 29
La smosis. ............................................................................................................................................. 30
Las membranas celulares se comportan como membranas semipermeables. .................................. 30
Glcidos. ..................................................................................................................................................... 32
Concepto y clasificacin. ........................................................................................................................ 32
Los monosacridos. ................................................................................................................................ 33
Propiedades. ....................................................................................................................................... 33
Composicin qumica. ........................................................................................................................ 33
Isomera. ............................................................................................................................................. 34
1
-
Actividad ptica. ................................................................................................................................. 35
Frmulas lineales. ............................................................................................................................... 35
Frmulas cclicas. .................................................................................................................................... 37
Enlace hemiacetlico. ......................................................................................................................... 37
Importancia biolgica de los monosacridos. ........................................................................................ 38
Derivados de monosacridos. ................................................................................................................ 39
Los oligosacridos. .................................................................................................................................. 40
El enlace O-glucosdico. ...................................................................................................................... 40
Los disacridos.................................................................................................................................... 41
Polisacridos ........................................................................................................................................... 41
Homopolisacridos. ............................................................................................................................ 42
Homopolisacridos de reserva. .......................................................................................................... 43
Heteropolisacridos................................................................................................................................ 44
Hetersidos. ........................................................................................................................................... 45
LPIDOS ....................................................................................................................................................... 48
Concepto y clasificacin ......................................................................................................................... 48
Clasificacin de los lpidos. ................................................................................................................. 48
cidos grasos. ......................................................................................................................................... 49
Propiedades fisioqumicas de los cidos grasos. ................................................................................ 50
Grasas y ceras. ........................................................................................................................................ 50
Grasas. ................................................................................................................................................ 51
Ceras. .................................................................................................................................................. 51
Los fosfolpidos. ...................................................................................................................................... 52
Principales fosfolpidos. ...................................................................................................................... 52
Los fosfolpidos en las membranas biolgicas. ................................................................................... 53
Esfingolpidos o esfingofosfolpidos. ...................................................................................................... 54
Esfingomielinas. .................................................................................................................................. 55
Esfingoglucolpidos. ............................................................................................................................ 55
Terpenos, esteroides y prostaglandinas. ................................................................................................ 55
2
-
Terpenos. ............................................................................................................................................ 56
Esteroides. .......................................................................................................................................... 57
Prostaglandinas. ................................................................................................................................. 58
AMINOCIDOS Y PROTENAS. .................................................................................................................... 59
Los aminocidos. .................................................................................................................................... 59
Propiedades de los aminocidos. ........................................................................................................... 60
Propiedades cido-bsicas de los aminocidos. ................................................................................ 60
Aminocidos esenciales. ..................................................................................................................... 61
Enlace peptdico. .................................................................................................................................... 61
Caractersticas del enlace peptdico. .................................................................................................. 62
Pptidos y oligopptidos de inters biolgico.................................................................................... 62
Estructuras primaria y secundaria de las protenas. .............................................................................. 62
Estructura primaria. ............................................................................................................................ 63
Estructura secundaria. ........................................................................................................................ 63
Estructura terciaria. ............................................................................................................................ 65
Estructura cuaternaria. ....................................................................................................................... 66
Propiedades de las protenas. ................................................................................................................ 67
Clasificacin de las protenas: holoprotenas. ........................................................................................ 68
Protenas fibrosas. .............................................................................................................................. 68
Protenas globulares. .......................................................................................................................... 69
Clasificacin de las protenas: heteroprotenas. .................................................................................... 69
La diversidad funcional de las protenas. ............................................................................................... 70
Enzimas. ...................................................................................................................................................... 72
Enzimas. .................................................................................................................................................. 72
Propiedades de las enzimas. .................................................................................................................. 74
Clasificacin de las enzimas. ................................................................................................................... 74
Mecanismo de las reacciones enzimticas. ............................................................................................ 75
Modo de actuacin de un enzima. ......................................................................................................... 76
Factores que influyen en la velocidad de las reacciones enzimticas. ................................................... 77
3
-
Inhibicin enzimtica. ............................................................................................................................. 78
Vitaminas y metabolismo. .......................................................................................................................... 80
Clasificacin de las vitaminas. ................................................................................................................ 80
Composicin de los cidos nucleicos .......................................................................................................... 83
Nuclesidos. ....................................................................................................................................... 83
Nucletidos......................................................................................................................................... 83
Nucletidos no nucledos. ...................................................................................................................... 84
Nucletidos de adenina. ..................................................................................................................... 84
Nucletidos coenzimticos. ................................................................................................................ 85
cido desoxirribonucleico (ADN) ............................................................................................................ 86
Estructura primaria. ............................................................................................................................ 86
Estructura secundaria: el modelo de Watson y Crick. ........................................................................ 87
Estructura terciaria ............................................................................................................................. 88
Niveles de empaquetamiento. ........................................................................................................... 88
Complementariedad entre las bases. ................................................................................................. 90
Estructuras alternativas de la doble hlice. ............................................................................................ 90
Forma B del ADN ................................................................................................................................ 90
Forma A del ADN ................................................................................................................................ 90
Forma Z del ADN ................................................................................................................................. 91
Funcin biolgica del ADN. ..................................................................................................................... 91
El ADN en las clulas eucariticas y procariticas. ............................................................................. 91
El cido ribonucleico (ARN) .................................................................................................................... 92
El ARN mensajero (ARNm) .................................................................................................................. 93
ARN ribosmico (ARNr) ...................................................................................................................... 93
ARN de transferencia (ARNt) .............................................................................................................. 93
ARN nucleolar (ARNn) ........................................................................................................................ 94
Otros tipos de ARN ............................................................................................................................. 94
Dogma central de la biologa molecular ................................................................................................. 95
Del ADN a las protenas .............................................................................................................................. 96
4
-
El ADN como materia hereditario. ......................................................................................................... 96
Experimentos de Griffith. ................................................................................................................... 96
Estructura del genoma y su expresin. .................................................................................................. 97
Un gen, una enzima. ........................................................................................................................... 97
Organismos procariticos. .................................................................................................................. 97
Organismos eucariticos. ................................................................................................................... 98
Flujo de informacin gentica. ............................................................................................................... 98
Sntesis del ARN: Transcripcin ............................................................................................................ 100
Transcripcin en procariontes. ......................................................................................................... 101
Transcripcin en eucariontes. .......................................................................................................... 101
Maduracin del ARN............................................................................................................................. 102
Organismos procariticos. ................................................................................................................ 102
Organismos eucariticos. ................................................................................................................. 103
Descubrimiento del cdigo gentico. ................................................................................................... 103
Caractersticas del cdigo gentico. ..................................................................................................... 104
El proceso de Traduccin...................................................................................................................... 104
El ARN de transferencia (ARNt). ....................................................................................................... 105
Activacin de los aminocidos. ........................................................................................................ 105
La sntesis de protenas. ....................................................................................................................... 106
Iniciacin de la cadena proteica. ...................................................................................................... 106
Elongacin de la cadena proteica. .................................................................................................... 106
Terminacin de la cadena proteica. ................................................................................................. 107
La replicacin del ADN. ............................................................................................................................. 108
La replicacin semiconservativa. ...................................................................................................... 108
Las fases de la replicacin en procariontes. ..................................................................................... 109
El mecanismo de la elongacin en procariones. .................................................................................. 110
Elongacin de las hebras conductora y retardada. .......................................................................... 110
Correccin de errores. ...................................................................................................................... 111
La replicacin en eucariontes. .............................................................................................................. 111
5
-
Muerte celular .................................................................................................................................. 112
El ADN y la ingeniera gentica. ................................................................................................................ 113
De la biotecnologa a la ingeniera gentica. ........................................................................................ 113
Aplicaciones de la ingeniera gentica.............................................................................................. 113
Obtencin de fragmentos de ADN. ...................................................................................................... 114
Tecnologa del ADN recombinante. .................................................................................................. 114
Formacin de un ADN complementario por hibridacin. ................................................................ 116
Sntesis de un ADNc (ADN complementario) utilizando como molde el ARNm. .............................. 116
Clonacin del ADN. ............................................................................................................................... 117
Almacenamiento de genes clonados. ............................................................................................... 118
Aplicaciones de PCR. ............................................................................................................................. 118
Secuenciacin del ADN. ........................................................................................................................ 119
Mtodo didesoxi de Sanger .............................................................................................................. 119
Genmica y protemica. ...................................................................................................................... 120
Ingeniera gentica y medicina. ............................................................................................................ 121
Obtencin de productos farmacuticos. .......................................................................................... 122
Medicina forense. ............................................................................................................................. 122
Diagnstico de enfermedades. ......................................................................................................... 122
Terapia gentica. .............................................................................................................................. 123
Ingeniera gentica, agricultura y medio ambiente. ............................................................................. 124
Aplicaciones de la ingeniera gentica en el medio ambiente. ........................................................ 125
Ingeniera gentica y ganadera. .......................................................................................................... 125
Clonacin teraputica y reproductiva en animales. ......................................................................... 126
Proyecto genoma humano. .................................................................................................................. 127
Objetivos del Proyecto Genoma Humano. ....................................................................................... 127
Biotica. ................................................................................................................................................ 128
Aspectos ms destacados de la ley de investigacin. ...................................................................... 130
Gentica y evolucin. ............................................................................................................................... 131
El fenmeno de la mutacin ................................................................................................................. 131
6
-
Tipos de mutaciones. ........................................................................................................................ 131
El origen de las mutaciones .............................................................................................................. 132
Mutaciones gnicas. ............................................................................................................................. 132
Sustituciones de bases. .................................................................................................................... 132
Mutaciones por corrimiento de la pauta de lectura. ....................................................................... 134
Mutaciones cromosmicas ................................................................................................................... 134
Consecuencias de las mutaciones cromosmicas. ........................................................................... 135
Mutaciones genmicas. ........................................................................................................................ 136
Euploidas. ........................................................................................................................................ 136
Aneuploidas. .................................................................................................................................... 136
Agentes mutagnicos. .......................................................................................................................... 137
Mutgenos fsicos. ............................................................................................................................ 137
Mutgenos qumicos ........................................................................................................................ 138
Mutacin y cncer. ............................................................................................................................... 138
Caractersticas de las clulas cancerosas. ........................................................................................ 139
Tipos de genes asociados con el cncer. .......................................................................................... 139
Origen vrico de algunos cnceres. ................................................................................................... 140
Evolucin por seleccin natural: Darwinismo. ..................................................................................... 140
Seleccin natural. ............................................................................................................................. 140
Caractersticas del Neodarwinismo. ................................................................................................. 141
Alternativas del neodarwinismo. .......................................................................................................... 141
Teora neutral. .................................................................................................................................. 141
Teora del equilibrio intermitente o puntualismo. ........................................................................... 142
Gradualismo. .................................................................................................................................... 142
Reproduccin celular. ............................................................................................................................... 143
El ciclo celular ....................................................................................................................................... 143
Control del ciclo celular. ................................................................................................................... 143
Interfase. .......................................................................................................................................... 144
Divisin celular: mitosis y citocinesis. ................................................................................................... 144
7
-
Mitosis .............................................................................................................................................. 144
Citocinesis. ........................................................................................................................................ 146
Tipos especiales de divisin celular. ................................................................................................. 146
La meiosis. ............................................................................................................................................ 147
Meisis I o divisin reduccional. ......................................................................................................... 147
Meiosis II........................................................................................................................................... 149
Mitosis, meiosis y reproduccin. .......................................................................................................... 149
Reproduccin asexual. ...................................................................................................................... 149
Reproduccin sexual. ....................................................................................................................... 150
Tipos de ciclo biolgicos. ...................................................................................................................... 151
Ciclo haplonte. .................................................................................................................................. 151
Ciclo diplonte. ................................................................................................................................... 151
Ciclo haplodiplonte. .......................................................................................................................... 151
Las leyes de la herencia. ........................................................................................................................... 153
Planteamiento experimental de Mendel.............................................................................................. 153
Metodologa de los trabajos de Mendel. ......................................................................................... 153
Estudio de la herencia de los caracteres. ............................................................................................. 154
Nuevos trminos para nuevos conocimientos. ................................................................................ 155
Las leyes de Mendel. ............................................................................................................................ 155
Primera y segunda ley. ..................................................................................................................... 156
Retrocruzamiento o cruzamiento prueba. ....................................................................................... 156
Tercera ley de Mendel. ..................................................................................................................... 157
Polihbridos. ...................................................................................................................................... 157
Teora cromosmica de la herencia. .................................................................................................... 158
Genes ligados........................................................................................................................................ 159
Herencia polignica. ............................................................................................................................. 159
Herencia polignica. ......................................................................................................................... 159
Gentica humana. ................................................................................................................................ 160
Elaboracin de un rbol genealgico. .............................................................................................. 160
8
-
Herencia polignica en la especie humana. ..................................................................................... 161
Alelismo mltiple en la especie humana. ......................................................................................... 161
Determinacin del sexo. ....................................................................................................................... 161
Determinacin cromosmica. .......................................................................................................... 161
Determinacin por haploida. ........................................................................................................... 162
Determinacin ambiental. ................................................................................................................ 162
Herencia ligada al sexo. ........................................................................................................................ 163
Herencia ligada al sexo en la especie humana. ................................................................................ 163
Herencia influencia por el sexo. ....................................................................................................... 163
La Clula. El ncleo. .................................................................................................................................. 164
Concepto de clula. Teora celular. ...................................................................................................... 164
Teora celular. Antecedentes y desarrollo. ....................................................................................... 164
Aceptacin de la teora celular. ........................................................................................................ 165
Postulados de la teora celular. ........................................................................................................ 165
Origen y evolucin celular. ................................................................................................................... 165
El comienzo de la vida. ..................................................................................................................... 166
Las primeras clulas.......................................................................................................................... 167
Otras teoras sobre el origen de la vida. ........................................................................................... 167
Teora endosimbionte. ..................................................................................................................... 168
Tipos de organizacin celular. .............................................................................................................. 169
Clulas procariticas. ........................................................................................................................ 169
Clulas eucariticas. ......................................................................................................................... 171
Forma y tamao de las clulas. ............................................................................................................ 173
Tamao celular ................................................................................................................................. 174
El ncleo ............................................................................................................................................... 175
Caractersticas del ncleo. ................................................................................................................ 176
La envoltura nuclear. ............................................................................................................................ 177
Poros nucleares. ............................................................................................................................... 177
La cromatina. ........................................................................................................................................ 178
9
-
Caractersticas. ................................................................................................................................. 178
Ultraestructura. ................................................................................................................................ 178
Tipos de cromatina. .......................................................................................................................... 179
El nucleoplasma y el nuclolo............................................................................................................... 179
Nucleoplasma. .................................................................................................................................. 179
Nuclolo............................................................................................................................................ 180
Los cromosomas. .................................................................................................................................. 180
Estructura del cromosoma metafsico. ............................................................................................ 181
Tipos de cromosomas. ...................................................................................................................... 182
Numero de cromosomas .................................................................................................................. 182
La membrana plasmtica y otros orgnulos membranosos..................................................................... 184
La clula como sistema de membranas ................................................................................................ 184
La membrana plasmtica. Composicin qumica y estructura. ............................................................ 185
Composicin qumica. ...................................................................................................................... 185
Estructura de la membrana .............................................................................................................. 188
Fisiologa de la membrana. ................................................................................................................... 188
Funciones de las membranas biolgicas. ......................................................................................... 189
Receptores de membrana. ............................................................................................................... 189
Transporte de molculas de poca masa molecular. ............................................................................. 190
Transporte pasivo. ............................................................................................................................ 190
Transporte activo. ............................................................................................................................ 191
Transporte de molculas de elevada masa molecular. ........................................................................ 191
Endocitosis. ....................................................................................................................................... 192
Exocitosis. ......................................................................................................................................... 193
Transcitosis. ...................................................................................................................................... 193
Interaccin clula-clula. ...................................................................................................................... 194
Uniones comunicantes. .................................................................................................................... 194
Uniones estrechas. ........................................................................................................................... 195
Uniones adherentes o desmosomas. ............................................................................................... 195
10
-
Retculo endoplasmtico. ..................................................................................................................... 196
Estructura del retculo endoplasmtico rugoso. .............................................................................. 197
Estructura del retculo endoplasmtico liso. .................................................................................... 198
Funciones de lpidos. ........................................................................................................................ 198
El aparato de Golgi. .............................................................................................................................. 199
Ultraestructura. ................................................................................................................................ 199
Funciones.......................................................................................................................................... 199
Lisosomas, peroxiomas y vacuolas. ...................................................................................................... 200
Estructura y funcin de los lisosomas. ............................................................................................. 201
Estructura y funcin de los peroxisomas. ......................................................................................... 201
Estructura y funcin de las vacuolas. ............................................................................................... 202
Mitocondrias ........................................................................................................................................ 202
Ultraestructura de la mitocondria. ................................................................................................... 203
Distribucin y morfologa. ................................................................................................................ 203
Funciones.......................................................................................................................................... 204
ADN mitocondrial. ............................................................................................................................ 204
Plastos. ................................................................................................................................................. 204
Caractersticas de los cromoplastos. ................................................................................................ 205
Funciones de los cloroplastos. .......................................................................................................... 206
Hialoplasma, citoesqueleto y estructuras no membranosas de la clula. ............................................... 207
Estructura y composicin. ................................................................................................................ 207
Funciones.......................................................................................................................................... 207
Citoesqueleto. ...................................................................................................................................... 207
Microfilamentos de actina. ............................................................................................................... 207
Microtbulos. ................................................................................................................................... 208
Filamentos intermedios. ................................................................................................................... 209
Centrosoma. ......................................................................................................................................... 209
Estructura y composicin. ................................................................................................................ 209
Origen y funcin del centrosoma. .................................................................................................... 210
11
-
Cilios y flagelos. .................................................................................................................................... 210
Ultraestructura y composicin. ........................................................................................................ 210
Funciones de los cilios y de los flagelos. ........................................................................................... 211
Ribosomas. ........................................................................................................................................... 211
Estructura. ........................................................................................................................................ 212
Funciones.......................................................................................................................................... 212
Inclusiones citoplasmticas. ................................................................................................................. 212
La pared celular. ................................................................................................................................... 212
Composicin qumica. ...................................................................................................................... 212
Estructura. ........................................................................................................................................ 213
Funciones.......................................................................................................................................... 214
Pared bacteriana. ................................................................................................................................. 214
Metabolismo. ........................................................................................................................................... 215
Consideraciones generales sobre el metabolismo. .............................................................................. 215
Molculas que intervienen en el metabolismo. ............................................................................... 215
Tipos de metabolismo .......................................................................................................................... 216
Origen y evolucin del metabolismo. ................................................................................................... 218
Catabolismo y anabolismo. .................................................................................................................. 218
Catabolismo aerbico y anaerbico ..................................................................................................... 220
Panormica del catabolismo aerbico. ............................................................................................ 220
Gluclisis ........................................................................................................................................... 222
Respiracin aerobia de la glucosa .................................................................................................... 226
Balance energtico de la respiracin celular. ................................................................................... 229
Fermentaciones ................................................................................................................................ 231
Otras rutas metablicas. .................................................................................................................. 233
Anabolismo. .......................................................................................................................................... 234
Fotosntesis. ...................................................................................................................................... 234
Quimiosntesis. ................................................................................................................................. 245
Microbiologa............................................................................................................................................ 248
12
-
Clasificacin de los microorganismos. .................................................................................................. 248
Reino moneras: las bacterias. ........................................................................................................... 248
Reino hongos .................................................................................................................................... 253
Los virus. ............................................................................................................................................... 254
Multiplicacin vrica. ........................................................................................................................ 257
Viroides y priones. ............................................................................................................................ 259
Los microorganismos en la biosfera. ........................................................................................................ 261
Importancia de los microorganismos. .................................................................................................. 261
Beneficios de los microorganismos. ................................................................................................. 262
Infecciones por microorganismos. ....................................................................................................... 262
Transmisin de enfermedades infecciosas. ...................................................................................... 262
Microorganismos y salud. ..................................................................................................................... 266
La infeccin. ...................................................................................................................................... 266
Toxinas. ............................................................................................................................................. 267
Los agentes patgenos. .................................................................................................................... 268
Flujo de materia en el ecosistema: ciclos biogeoqumicos. .................................................................. 269
Ciclo del carbono. ............................................................................................................................. 270
Ciclo del nitrgeno............................................................................................................................ 271
Microorganismos y biotecnologa. ....................................................................................................... 271
Los microorganismos en la industria alimentaria. ............................................................................ 271
Los microorganismos en la industria farmacutica. ......................................................................... 272
Microorganismos y medio ambiente. ................................................................................................... 273
Biodegradacin del petrleo. ........................................................................................................... 274
Tratamiento de aguas residuales. .................................................................................................... 274
Microorganismos minera................................................................................................................. 275
Aplicaciones de la biotecnologa en el medio ambiente. ................................................................. 275
Defensa del microorganismo frente a la infeccin. .................................................................................. 276
Mecanismos de defensa orgnica. ....................................................................................................... 276
Barreras inespecficas. .......................................................................................................................... 276
13
-
Barreras primarias. ........................................................................................................................... 276
Barreras secundarias. ....................................................................................................................... 277
Clulas inespecficas. ........................................................................................................................ 277
Barreras especficas: el sistema inmunitario. ....................................................................................... 279
Organizacin del sistema inmunitario. ............................................................................................. 279
rganos linfoides primarios. ............................................................................................................ 279
rganos linfoides secundarios. ........................................................................................................ 280
Los linfocitos: clulas especficas del sistema inmunitario. .............................................................. 280
La respuesta inmune. ........................................................................................................................... 281
La respuesta inmune primaria. ......................................................................................................... 281
Respuesta inmune secudaria. ........................................................................................................... 282
Los antgenos. ....................................................................................................................................... 282
Los anticuerpos..................................................................................................................................... 283
Tipos de inmunoglobulinas. .............................................................................................................. 284
La reaccin inmune: reaccin antgeno-anticuerpo. ............................................................................ 284
Tipos de reaccin antgeno-anticuerpo. ........................................................................................... 285
El sistema del complemento. ............................................................................................................... 285
La respuesta inmune humoral. ............................................................................................................. 285
Teora de la seleccin clonal. ............................................................................................................ 286
Mecanismo de la respuesta inmune humoral. ................................................................................. 286
Respuesta inmune celular. ................................................................................................................... 287
Mecanismo de la respuesta inmune celular. .................................................................................... 287
Inmunologa y enfermedad. ..................................................................................................................... 288
La inmunidad. ....................................................................................................................................... 288
La inmunidad adaptiva activa. .......................................................................................................... 288
La inmunidad adaptiva pasiva. ......................................................................................................... 288
Inmunizacin: sueros y vacunas. .......................................................................................................... 289
Inmunizacin pasiva. ........................................................................................................................ 289
Inmunizacin activa. ......................................................................................................................... 289
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Autoinmunidad. .................................................................................................................................... 290
Hipersensibilidad. ................................................................................................................................. 291
Hipersensibilidad inmediata. ............................................................................................................ 291
Hipersensibilidad citotxica ............................................................................................................. 292
Hipersensibilidad mediada por complejos antgeno-anticuerpo ..................................................... 292
Hipersensibilidad retardada. ............................................................................................................ 292
Exceso de tolerancia inmune: inmunodeficiencias. ............................................................................. 292
Inmunodeficiencias congnitas. ....................................................................................................... 293
Inmunodeficiencias adquiridas. ............................................................................................................ 293
Caractersticas y estructura del VIH.................................................................................................. 294
Infeccin por VIH. ................................................................................................................................. 294
Contagio, prevencin, diagnstico y tratamiento. ........................................................................... 294
Inmunidad y cncer. ............................................................................................................................. 295
El sistema inmunitario frente al cncer. ........................................................................................... 296
Inmunoterapia. ..................................................................................................................................... 296
Trasplante de rganos. Rechazos. ........................................................................................................ 297
El rechazo de trasplantes.................................................................................................................. 298
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BIOELEMENTOS
Los bioelementos son los que forman parte de los seres vivos aunque se producen en proporciones muy variables y a menudo pequesimas. Se han identificado algo ms de setenta bioelementos, casi todos ellos estables. En realidad, excluyendo los gases nobles son muy pocos los elementos que no se han encontrado en el conjunto de la biosfera, si bien todos estos bioelementos son indispensables para todos los seres vivos. Lo significativo no es el tipo de elementos presentes en la materia viva, sino la proporcin en que se encuentra cada uno de ellos. Todos son importantes y necesarios para el correcto funcionamiento de los seres vivos.
Atendiendo a su abundancia, se pueden clasificar del modo siguiente:
Bioelementos mayoritarios. Son los que estn siempre presentes en la materia viva. A su vez se pueden distinguir en dos tipos:
o Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S (algunos seres vivos extraos sustituyen el S por el Ar). Son el 98%. Forman enlaces simples, dobles o triples. Se unen formando una gran variedad de compuestos. Constituyen los componentes esenciales con los que constituye la materia viva.
o Bioelementos secundarios: Ca, Na, K, Mg y Cl. Son el 3,3%. Desempean funciones vitales en la fisiologa celular.
Oligoelementos esenciales: Fe, Mn, Cu, I, P y Zn. Son el 0,1%. Son indispensables para el funcionamiento del organismo.
Los oligoelementos tienen diferentes funciones.
El Yodo controla la hormona tiroidea quien controla nuestro metabolismo, ante una falta de este se produce hipotiroidismo, que produce fatiga, fro y estreimiento entre otras cosas o bien, ante el exceso, se puede producir hipertiroidismo que produce estrs y deja cara de asustado. o El Cobalto influye en la formacin de la hemoglobina. o El Silicio en la formacin del caparazn de las algas deatomeas. o El Cromo en la tolerancia de la glucosa. o El Litio es un estabilizador del nimo.
Oligoelementos no esenciales. Este grupo lo forman el resto de los elementos
qumicos que, aun no siendo esenciales para todos los organismos, a menudo desempean importantes funciones.
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TABLA DE BIOELEMENTOS.
Primarios
Carbono C Hidrgeno H Junto con el azufre y el fsforo son los contribuyentes bsicos Oxgeno O de las molculas de los seres vivos. Nitrgeno N
Forma parte de muchas protenas al estar presente en los aminocidos
Azufre S cistena y metionina. Forma el grupo tiol (-SH), responsable de la actividad cataltica de muchas enzimas.
Forma parte de muchas molculas biolgicas, como fosfolpidos, los c. Nucleicos, el ATP. En forma de fosfatos aparece en
Fsforo P esqueletos y dientes, y tiene accin tamponadora.
Secundarios
Sodio Na Son los responsables de la creacin de los gradientes de membrana,
Potasio K imprescindibles para la transmisin del impulso nervioso. Mantienen Cloro Cl el equilibrio osmtico y neutralizan cargas de macromolculas.
En forma inica participa en la contraccin muscular, coagulacin sangunea y la transmisin del impulso nervioso. Como CaCO forma
Calcio Ca estructuras esquelticas.
Magnesio Mg Aparece en la molcula de clorofila y acta como catalizador en muchas reacciones qumicas.
Oligoelementos
Cobre Cu Actan como cofactores de muchas enzimas. Zinc Zn
IDONEIDAD DEL CARBONO PARA LA VIDA.
El carbono es el elemento bsico de todas las molculas orgnicas, porque:
Forma enlaces covalentes consigo mismo, dando lugar a cadenas lineales, ramificadas, cclicas, etc.
Forma enlaces simples, dobles y triples. Se puede unir con O, H, N, etc. Dando lugar a los distintos grupos funcionales.
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A causa de la configuracin tetradrica de sus enlaces cada molcula tiene una estructura espacial determinada que determina, a su vez, su funcionamiento.
Por qu no silicio en vez de carbono?
Si se aade al silicio oxgeno, se forma silicona y los enlaces son demasiado estables para la vida ya que no hay reacciones con otros compuestos.
PRINCIPIOS INMEDIATOS O BIOMOLCULAS.
Los bioelementos pueden ser aislados o formando molculas. Las biomolculas son molculas que se extraen a travs de la materia viva por procedimientos fsicos. Estas pueden ser inorgnicas como el agua o las sales minerales, u orgnicas como son los glcidos, los cidos nucleicos, los lpidos y las protenas, tienen un carbono en combinacin con O, N, S o P.
*Esencial: imprescindible para la vida y que no podemos sintetizarlo.
Los Principios Inmediatos, que son esenciales, no existen en auttrofos (por ejemplo, las plantas).
Desde el punto de vista biolgico, es importante destacar que, de los seis grupos de principios inmediatos, las sales minerales y el agua no son exclusivas de los seres vivos; sin embargo, las biomolculas s lo son, lo que significa que es necesario que los organismos las sinteticen.
A estos principios inmediatos, agrupados en funcin de su presencia -exclusiva o no exclusiva- de los seres vivos, se los denomina a veces molculas orgnicas e inorgnicas respectivamente.
Esta terminologa es discutible desde un punto de vista biolgico, ya que se puede considerar que cualquier molcula, por sencilla que sea, desde el momento en que est integrando un organismo vivo, es orgnica. Segn esto, el agua y las sales son tan constitutivas de la materia viva como las protenas o los cidos nucleicos, por lo que el agua es tambin una biomolcula.
TIPOS DE ENLACES.
ENLACE INICO.
Este enlace como tal, como el que constituye los cristales de cloruro sdico, no lo encontramos en la materia viva. Sin embargo, s abundan las formaciones slidas cristalinas: cristales de aragonito en conchas de moluscos, cristales de hidroxiapatito
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revistiendo las fibras de colgeno en el tejido seo, estructuras de slice en los frstulos de las diatomeas, etc.
ENLACE O PUENTE DE HIDRGENO.
Es un tipo de unin dbil, pero de extraordinaria importancia en la estructura qumica de la materia viva. Se trata de la atraccin entre dos regiones moleculares que tienen carga inica parcial de distinto signo y que estn suficientemente prximas. En estas condiciones, ambas regiones moleculares quedan recprocamente orientadas y ligeramente sujetadas. Esta atraccin es muy dbil, pero si son muchas las regiones de las dos molculas atradas, pueden quedar establemente unidas; es el caso de la doble hlice del ADN.
Otras veces, estas uniones se realizan entre regiones distantes de la misma molcula, pero que, por su compleja configuracin espacial quedan suficientemente prximas. Este es el caso de la hlice alfa de las protenas, donde los enlaces de hidrgeno se forman entre los grupos C=O y N-H enfrentados.
En el caso del agua, sus molculas forman enlaces de hidrgeno entre s, y esto es lo que explica que el hielo, por la mayor ordenacin de sus molculas, sea menos denso que el agua lquida. La estabilidad de los enlaces de hidrgeno disminuye con el aumento de temperatura.
ENLACE COVALENTE.
Este es el enlace qumico por excelencia, y hace posible la enorme diversidad molecular que integra la materia viva. Las molculas as formadas no pierden estabilidad en el ambiente acuoso propio de toda clula. Un hecho importante es que los cuatro bioelementos mayoritarios (H, O, C, N) estn entre los elementos qumicos ms ligeros capaces de formar un enlace covalente.
Entre las molculas que tienen enlaces covalentes se presentan diversidad de comportamientos, lo que permite la compleja organizacin qumica de la materia viva.
Pueden carecer casi por completo de polaridad (las ceras y los triglicridos)
Pueden comportarse con fuerte hidrofobia, o presentar pocas regiones con carga inica parcial (los fosfolpidos y los esfingolpidos), lo que les da un carcter antiptico.
Pueden tener abundancia de regiones hidrfilas, que les permitirn ser solubles en agua (monosacridos).
Se pueden ionizar en disolucin acuosa (aminocidos).
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El enlace covalente se forma entre dos tomos que tienen compartidos electrones. Es un enlace muy fuerte por lo que las molculas sern muy estables.
ENERGA DE ENLACE.
El enlace inico o fuerzas electrostticas tienen una energa de enlace de 80 Kcal/mol en molculas slidas pero en disolucin acuosa, la energa de enlace es de 5 Kcal/mol.
El enlace o puente de hidrgeno tiene una energa de 4 Kcal/mol. Est unido a otros tomos como el O y el N. Estos enlaces son muy dbiles.
El enlace covalente es muy fuerte, de 90 Kcal/mol y son los que se forman entre las cadenas de carbonos.
Las interacciones hidrofbicas son las que se producen al tener en una molcula una parte que no es compatible con el agua y otra que si lo es.
Las fuerzas de van der Waals son de tan solo 1 Kcal/mol, por lo que son muy dbiles.
En resumen, los enlaces fuertes son los covalentes, los inicos (solo la materia mineral) y los puentes de sulfuro (2 mol de S unidos). Los enlaces dbiles son los inicos (en disolucin) el puente de hidrgeno, las interacciones hirofbicas y las fuerzas de van der Waals.
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EL AGUA.
El agua es la molcula ms abundante de la materia viva. La cantidad de agua en los seres vivos oscila entre el 20% en tejidos seos, hasta el 85% en determinadas clulas como las cerebrales. El contenido de agua es superior en clulas embrionarias, y van disminuyendo con el envejecimiento celular.
Los organismos pueden obtener el agua directamente del medio ambiente (agua exgena) o generarla a partir de otras molculas orgnicas mediante diferentes reacciones bioqumicas (agua endgena o metablica).
CARACTERSTICAS DE LA MOLCULA DE AGUA.
La molcula de agua est formada por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno, unidos a travs de enlaces covalentes simples que forman un ngulo de 104,5 y adopta as la molcula una figura tetradrica.
Es elctricamente neutra, aunque sus tomos tienen diferentes valores de electronegatividad o capacidad para atraer a los electrones. El tomo de oxgeno es ms electronegativo que el de hidrgeno; por ello, los electrones de los enlaces entre estos dos tomos estn desplazados hacia el oxgeno. Este desplazamiento da lugar a un exceso de carga negativa sobre el tomo de oxgeno, y un exceso de carga positiva sobre los dos tomos de hidrgeno; este exceso recibe el nombre de densidad de carga. Esta distribucin espacial de cargas elctricas se define como momento dipolar, y da lugar a una molcula caracterizada por la ausencia de carga neta en la que se establece un dipolo y, adems, adquiere carcter polar.
*La electronegatividad es una magnitud que mide la capacidad de los tomos para atraer a los electrones de los enlaces compartidos.
Debido a su carcter polar, las molculas de agua pueden interaccionar entre s
mediante atracciones electrostticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrgeno. Cada tomo de oxgeno, con densidad de carga negativa, ejerce atraccin sobre cada una de las cargas parciales positivas de los tomos de hidrgeno de otras molculas; as, cada molcula de agua puede formar hasta cuatro enlaces de hidrgeno de otras molculas; as, cada molcula de agua puede formar hasta cuatro enlaces de hidrgeno: dos por medio de cada uno de sus tomos de hidrgeno y otros dos gracias a su tomo de oxgeno. Igualmente, pueden formar enlaces de hidrgeno con otras molculas polares o iones.
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A pesar de la relativa debilidad de los enlaces de hidrgeno, su presencia confiere una estructura interna al agua que permite explicar alguna de sus caractersticas ms importantes. Por ejemplo, que sea un fluido en estado lquido a temperatura ambiente, o posea un calor de vaporizacin superior al que cabra esperar en molculas covalentes con similar masa molecular. La estabilidad de los enlaces de hidrgeno disminuye al aumentar la temperatura; pero en caso del agua, a 100C todava estn presentes.
PROPIEDADES DEL AGUA.
Elevada cohesin molecular. La ntima unin entre las molculas, a travs de los enlaces de hidrgeno, permite al agua ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura, adems, un lquido incomprensible al mantener constante su volumen aunque se da fuertes presiones.
Elevada tensin superficial. La molcula de la superficie de agua experimenta fuerzas de atraccin netas hacia el interior del lquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada, y origina una pelcula superficial que acta como una tensa membrana.
Elevada fuerza de adhesin. Las molculas de agua tienen una gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de dimetros pequeos, yendo en contra de la gravedad, este fenmeno se conoce con el nombre de capilaridad
Elevado calor latente. Las molculas de agua han de absorber o ceder gran cantidad de calor al cambiar de estado fsico. Este calor no produce alteracin en la temperatura del agua. Se necesita 80cal/g (calor latente de fusin) para pasar de slido a lquido y 327 cal/g (calor latente de vaporizacin) para pasar de lquido a gas.
Elevado calor especfico. Las molculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor sin elevar notablemente por ello su temperatura, ya que parte de la energa es empleada para romper los enlaces de hidrgeno.
Elevado calor de vaporizacin. Cuando el agua pasa de estado lquido a estado gaseoso necesita absorber mucho calor para romper todos los enlaces de hidrgeno. Gracias a esta propiedad se puede eliminar gran cantidad de calor con poca prdida de agua.
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Densidad. El agua en estado lquido es ms densa que en estado slido. En estado slido el agua presenta todos sus posibles enlaces de hidrgeno-cuatro por cada molcula- formando un retculo que ocupa mayor volumen, por lo que es menos denso.
Elevada constante dielctrica. Esta propiedad indica la tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostticas entre iones positivos y negativos. Este factor, su al de los disolventes lquidos, favorece la disolucin de las redes cristalinas. Las molculas de agua, debido a su carcter polar, tienden a disminuir las atracciones los iones de las sales y otros compuestos inicos, facilitando su disociacin en formaciones y aniones, y retenindolos por dipolos de agua que impiden su unin. Este fenmeno se conoce como solvatacin inica.
Bajo grado de ionizacon. En el agua lquida existe una pequesima cantidad de molculas ionizadas (disociadas en sus iones), concretamente 1 de cada 10 molculas. Los protones o iones H no existen en disoluciones acuosas debido a que son muy pequeos y se estabilizan unindose a molculas de agua para formar iones hidronio (HO). Por eso la disolucin se expresa:
2HO HO + OH- El producto de las concentraciones de los iones HO y OH- es constante y se denomina producto inico. Su valor para el agua pura a 25 C es:
K= [HO][OH-]=110- En el agua pura, la concentracin de iones HO y OH- es la misma e igual a 110 dado que cada uno es la mitad del producto inico. En una disolucin acuosa, el producto inico tambin se mantiene constante pero la proporcin de iones es variable, pues hay sustancias que al disolverse en agua liberan H o grupos OH-. Si la sustancia libera H se le denomina cido. Si la sustancia disminuye la concentracin de H o eleva la de los grupos OH- se le denomina base. Las disoluciones acuosas pueden ser:
o Neutras, si la concentracin de HO y OH- es igual. o cidas, si la concentracin de HO es mayor que la de OH-. o Bsicas, si la concentracin de iones OH- es mayor que la de HO.
Para conocer el grado de acidez o basicidad de una disolucin se debe medir la cantidad de iones HO que existe en ella. Dado que son cantidades muy pequeas, para evitar el uso de cantidades exponenciales, se llama pH a la expresin -log HO. El pH del agua pura ser 7. Las sustancias cidas disueltas en ella bajarn el pH, y las bsicas lo subirn.
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o Disolucin neutra pH= -log [HO] = -log 10= 7 o Disoluciones cidas: pH7
IMPORTANCIA BIOLGICA.
Principal disolvente biolgico. El agua, adems de disociar compuestos inicos, puede manifestar tambin su accin como disolvente mediante el establecimiento de enlaces de hidrgeno con otras molculas que contienen grupos funcionales polares, como alcoholes, aldehdos o cetonas, provocando su dispersin o disolucin.
Funcin metablica. El agua constituye el medio en el que se realizan la mayora de las reacciones bioqumicas; en ocasiones, adems, interviene de forma activa en la reaccin, como en el caso de las hidrlisis. En el proceso de fotosntesis, aporta electrones y H imprescindibles para la sntesis de molculas orgnicas, y es responsable de la produccin de O
Funcin estructural. La elevada cohesin de las molculas permite al agua dar volumen a las clulas, turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrosttico en algunos animales invertebrados. Tambin explica las deformaciones que experimentan algunas estructuras celulares como el citoplasma.
Funcin mecnica amortiguadora. El ser un lquido incompresible le permite ejercer esta funcin en las articulaciones de los animales vertebrados, constituyendo el lquido sinovial que evita el contacto entre los huesos.
Funcin de transporte. La elevada capacidad disolvente del agua permite el transporte de sustancias en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminacin de productos de desecho. La capilaridad contribuye a la ascensin de la savia bruta a travs de los vasos leosos.
Funcin termorreguladora. El elevado calor especfico del agua permite mantener contante la temperatura interna de los seres vivos. El elevado calor de vaporizacin explica la disminucin de temperatura que experimenta un organismo cuando el agua se evapora en la superficie de un ser vivo.
Permite la vida acutica en climas fros. Su mayor densidad en estado lquido explica que al descender la temperatura, se forme una capa de hielo en la
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superficie, que flota y protege de los efectos trmicos del exterior al agua lquida que queda debajo; este hecho permite la supervivencia de muchas especies. Esto tambin est causado porque el agua se mantiene en estado lquido hasta los 0C, cuando se empieza a congelar aunque por debajo de 4C ya se empieza a dilatar; por encima hasta los 100C se contrae.
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LAS SALES MINERALES.
Las sales minerales son molculas inorgnicas presentes en todos los seres vivos y se pueden encontrar disueltas o en estado slido (precipitadas), y que tambin se pueden asociar a otras molculas orgnicas.
SALES MINERALES DISUELTAS
Son las sales minerales solubles en agua; se encuentran disociadas en sus iones y forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares.
Los iones con carga negativa o aniones ms frecuentes en la materia viva son los cloruros, los fosfatos, los fosfatos monocidos, los carbonatos, los bicarbonatos y los nitratos.
Los iones con carga positiva o cationes ms abundantes en la materia viva son el sodio, el calcio, el magnesio, el hierro y el potasio.
FUNCIONES DE LAS SALES EN DISOLUCIN.
Las sales minerales hidrosolubles, a travs de sus iones, cumplen diversas funciones de tipo general, como es la colaboracin en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno; o bien de tipo especfico, que dependen del sistema biolgico en el que se encuentran. Adems, pueden asociarse con otras molculas orgnicas, como lpidos, protenas o glcidos.
Adems, funciones generales de las sales solubles son:
Mantener el grado de salinidad en los organismos. Las concentraciones inicas de sales minerales se mantienen constantes, dentro de unos ciertos lmites, en los distintos organismos. En un mismo organismo, las concentraciones pueden variar de unos comportamientos a otros; por ejemplo, en el interior celular, la concentracin salina vara considerablemente con respecto al plasma sanguneo. Asimismo, en las concentraciones existen diferencias importantes de unos organismos a otros.
Regular la actividad enzimtica. La presencia de determinados iones activa o inhabilita reacciones bioqumicas, asocindose a la sustancia reaccionante (sustrato) o a la enzima. Los cationes metlicos como Zn, Ca, Fe o Mg actan como cofactores enzimticos.
Regular la presin osmtica y el volumen celular. La presencia de las sales en
el medio interno celular es determinante para que se verifique la entrada o
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salida de agua a travs de la membrana. Los medios con alta concentracin salina son hipertnicos con respecto a la que tienen una concentracin salina menor, e hipotnicos en el caso contrario. Si el medio interno celular es hipertnico con respecto al exterior, se producir entrada de agua que ocasionar aumento del volumen celular; si la concentracin inica en el interior es menor, se producir el caso contrario.
Estabilizar las dispersiones coloidales. Las sales minerales mantienen el grado
de hidratacin, y su disociacin en iones contribuye al mantenimiento en suspensin de las partculas coloidales.
Generar potenciales electrnicos. Los iones que se encuentran en el interior de
las clulas no son los mismos que los del medio externo; por esto, a ambos lados de la membrana existe una diferencia de cargas elctricas. Esta irregular distribucin de iones provoca la existencia de un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molcula con carga elctrica.
Regular el pH. La actividad biolgica en el medio interno celular se produce a
un determinado valor de pH. Las reacciones qumicas que se verifican en los organismos producen variaciones del pH, y algunas sales minerales disueltas contribuyen a disminuir estas variaciones manteniendo el pH constante. Las disoluciones de sales que tienen esta funcin se denominan tampones o disoluciones amortiguadoras. Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biolgicos. Las ms importantes son: el sistema tampn bicarbonato en el medio extracelular y el sistema fosfato en el medio intracelular.
DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS DEL PH.
Denominadas tambin tampn o buffer, son disoluciones de naturaleza variada que mantienen el pH constante cuando se le aade un cido o una base. Generalmente, contiene dos especies inicas en equilibrio formadas por cidos dbiles, sus bases conjugadas o bases dbiles y sus cidos conjugados. La alteracin de pH del medio se contrarresta debido al desplazamiento del equilibrio entre estas dos especies.
Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biolgicos. Son imprescindibles para mantener la vida, al permitir la realizacin de funciones bioqumicas y fisiolgicas en las diferentes estructuras de los organismos. Los tampones fisiolgicos pueden ser de naturaleza orgnica como las protenas, los
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aminocidos y el tampn hemoglobina, o de naturaleza inorgnica como el tampn bicarbonato o el tampn fosfato.
En el sistema tampn bicarbonato, las dos especies son el in bicarbonato y el cido carbnico que a su vez se disocia en dixido de carbono y agua.
En el plasma sanguneo, el CO procedente del metabolismo celular se combina, de forma reversible, con HO originando HCO.
El cido carbnico es un cido dbil que tambin puede disociarse en iones.
El equilibrio de este sistema viene determinado por la siguiente ecuacin.
CO+HO HCO HCO- +H.
Cuando se produce un aumento de la concentracin de H, se elimina al exterior el exceso de CO producido. Si, por el contrario, disminuye la concentracin de H, se toma el CO del exterior.
SALES MINERALES PRECIPITADAS.
Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado slido. En cada organismo se forman diversos cristales de una o varias especies minerales con formas y tamaos especficos. Las sales minerales precipitadas que se encuentran en los seres vivos presentan diferencias importantes con respecto a las que se encuentran en la materia inorgnica. Se pueden asociar a macromolculas, generalmente de tipo proteico, con las que interaccionan a travs de grupos inicos comunes y regulan el crecimiento de los cristales.
Los cristales ms abundantes en los organismos son de silicatos, carbonatos y fosfatos, estos ltimos, de calcio y magnesio.
FUNCIONES DE LAS SALES PRECIPITADAS.
Las sales minerales precipitadas tienen, esencialmente, la funcin de formar estructuras de proteccin o sostn.
CARBONATO CLCICO.
Forma parte de los caparazones de protozoos marinos, como los foraminferos.
En animales vertebrados, endurece huesos y dientes. Tambin constituye los otolitos, que son cristales o acmulos de carbonato clcico presentes en el odo interno, que permiten el mantenimiento del equilibrio.
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Confiere rigidez a la estructura de algunas esponjas, y forma estructuras como las espinas de los erizos de mar.
Constituye el esqueleto externo de los corales, forma las conchas de los moluscos gasterpodos y bivalvos, e impregna el exoesqueleto de algunos artrpodos.
SILICATOS.
Endurecen estructuras de sostn de algunos vegetales, como las gramneas o los equisetos.
Constituyen las espculas de algunas esponjas.
Forman parte de los caparazones de proteccin que presentan algunos microorganismos, como los radiolarios y las diatomeas.
FOSFATO CLCICO.
Forma parte de la matriz mineral que compone los tejidos seos de los animales vertebrados.
CARCTER COLOIDAL DE LA MATERIA VIVA.
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