COMPONENTES MOLECULARES DE LA MATERIA VIVA

Biolementos y principios inmediatos inorgánicos

Cualquier ser vivo (animal o vegetal) tiene una composición química muy semejante.

Composición química:

-Elementos biogénicos y oligoelementos-Principios inmediatos

-Inorgánicos (Agua, sales minerales)-Orgánicos (Glúcidos, lípidos, proteínas. Ac.N.)

-Biocatalizadores (enzimas, vitaminas, hormonas)

BIOELEMENTOS

Elementos químicos que componen la materia viva

De los 92 átomos naturales, nada más que 27 son bioelementos. Estos átomos se separan en grupos, atendiendo a la proporción en la que se presentan en los seres vivos.

 

Bioelementos% en la materia

vivaÁtomos

Primarios 96% C, H, O, N, P, S

Secundarios 3,9% Ca, Na, K, Cl, I, Mg, Fe

Oligoelementos 0,1% Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, Si...

Bioelementos primarios

Son los elementos más abundantes en los seres vivos.

La mayor parte de las moléculas que componen los seres vivos tienen una base de carbono. Este elemento presenta una serie de propiedades que hacen que sea el idóneo para formar estas moléculas. Estas propiedades son las siguientes:

1. -Bajo peso atómico lo cual determina:

a)Ser solubles en agua por lo que pueden ser incorporados o eliminados de los seres vivos de forma sencilla.

b)Formar combinaciones complejas inestables siendo un hecho importante porque debido al metabolismo en el ser vivo hay una continua construcción y destrucción de materia orgánica.

2. -Abundan en la corteza terrestre, atmósfera e hidrosfera por lo que los organismos pueden disponer de estos elementos con gran facilidad.

3. -El carbono y el nitrógeno presentan la misma afinidad para unirse tanto con el O2 como con el H2 por lo que pueden pasar fácilmente del estado oxidado al reducido, lo cual facilita el desarrollo de los procesos de oxido-reducción que son importantes en las reacciones metabólicas

Bioelementos secundarios

Son elementos que se encuentran en menor proporción en los seres vivos. Se presentan en forma iónica.

El Calcio puede encontrarse formando parte de los huesos, conchas, caparazones, o como elemento indispensable para la contracción muscular o la formación del tubo polínico.

El Sodio y el Potasio son esenciales para la transmisión del impulso nervioso. Junto con el Cloro y el Iodo, contribuyen al mantenimiento de la cantidad de agua en los seres vivos.

El Magnesio forma parte de la estructura de la molécula de la clorofila y el Hierro forma parte de la estructura de proteína transportadoras.

Oligoelementos: Entran en muy baja proporción en la composición de los seres vivos. Imprescindibles para el normal funcionamiento de los seres vivos.

Ejemplos de oligoelementos:

HIERRO

Los pulmones no podrían captar el oxígeno y transportarlo a todas las células sin la presencia del hierro. La carencia de ese oligoelemento puede frenar la producción de glóbulos rojos, ocasionar fatiga y aumentar la sensibilidad a diversas afecciones respiratorias. La carne, el pescado, el hígado, los riñones, el cacao, las espinacas, las habichuelas, el perejil, los mejillones, las habas, la soja, los frutos secos y el pan son alimentos ricos en hierro.

COBRE

Estimula el sistema inmunitario. Podemos obtenerlo en los vegetales verdes, el pescado, los guisantes, las entejas, el hígado, los moluscos y los crustáceos.

CROMO

Potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las carnes magras, las hortalizas, las aceitunas y los cítricos (naranjas, limones, toronjas, etc.), el hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo.

YODO

Forma parte de las hormonas tiroideas, que influyen fundamentalmente en el crecimiento y maduración del organismo, y afecta sobre todo a la piel, el pelo, las uñas, los dientes y los huesos. Las algas, los pescados, los mariscos, lo cereales, la carne magra, los huevos, la leche, el ajo, la cebolla, el limón, la naranja, la piña, las hortalizas de hoja verde y los frutos secos con ricos en yodo.

MANGANESO

Es necesario para los huesos y juega un papel importante en las funciones reproductoras. Se puede encontrar en el pan integral, las hortalizas, la carne, la leche y sus derivados, los crustáceos y los frutos secos.

SELENIO

Es un potentísimo antioxidante. Además, garantiza el buen funcionamiento de los músculos, protege nuestro sistema cardiovascular y puede evitar la aparición de cataratas. Está presente en las carnes de ave, vacuno y cerdo, en los cereales integrales, la levadura de cerveza, el germen de trigo, elajo, el limón, la cebolla, las setas, el salmón, las verduras y los mariscos.

ZINC

Interviene en el funcionamiento de ciertas hormonas y desempeña un importante papel en el crecimiento, la producción de insulina, las funciones psicológicas, la formación de espermatozoides y la defensa del sistema inmunitario. Se halla en alimentos como las ostras, el hígado de pato, la leche, el pan integral, las carnes de vacuno y cerdo, las legumbres, los pescados, las verduras de hoja verde y las nueces

COBALTO

Es un componente esencial de la vitamina B12. Contribuye a reducir la presión arterial y a dilatar los vasos sanguíneos, y favorece la fijación de la glucosa en los tejidos. Podemos encontrarlo en las ostras, las legumbres, los cereales integrales, la cáscara de arroz, el ajo, la cebolla, el sésamo y el ginseng.

FLÚOR

Previene la aparición de caries al mantener el esmalte de los dientes en buenas condiciones, ayuda a frenar la aparición de osteoporosis y tiene incidencia en el crecimiento. E pescado, los mariscos, el te, las verduras, las hortalizas, los cereales integrales, las legumbres y la cebolla son ricos en flúor.

LITIO

Actúa sobre el sistema nervioso y es útil en las afecciones cardiacas. Se encuentra en los cereales integrales, las legumbres, a patata, el tomate, el nabo, el pimiento, las fresas, las frambuesas y la soja germinada.

NÍQUEL

Potencia el crecimiento y es recomendable para combatir anemias, y enfermedades infecciosas, y en general, para estados carenciales y convalecencias. Los moluscos, la levadura de cerveza, el arroz integral y las legumbres son las principales suministradores de níquel.

SILICIO

Aumenta la elasticidad y resistencia de los huesos, previene la arteriosclerosis, retrasa el envejecimiento y equilibra el sistema nervioso. Se encuentra en los cereales integrales, la levadura de cerveza, el maíz, la calabaza, la sandía y la cola de caballo.

EL AGUA

Es él líquido de la vida. En los seres vivos un 60-75% de su pesó es agua. Esta proporción varia con la edad. El envejecimiento implica una disminución de agua.

Tejidos con gran actividad metabólica presentan un gran contenido en agua Ejem: Cerebro y músculos son ricos en agua Huesos son pobre en agua,

En los seres vivos hay una renovación continua del agua del organismo. Este líquido entra en un organismo con los alimentos y la bebida y salé por la orina, heces y respiración.

La molécula de agua tiene un comportamiento bipolar.

El átomo de oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno por eso atrae a los electrones.

El átomo de oxígeno posee una pequeña carga parcial negativa libre y los átomos de hidrógeno la poseen positiva.

Las moléculas de agua se unen unas a otras por fuerzas de atracción mutua entre el oxígeno negativo de una molécula y el hidrógeno positivo de la otra. Estas uniones reciben el nombre de Puentes de Hidrógeno que son enlaces químicos que se rompen con facilidad lo cual da al agua una serie de ventajas biológicas que son la base de las funciones que desempeñan en el organismo.

Propiedades del agua

Disolvente universal El agua es el disolvente más universal de las sustancias nutritivas tanto inorgánicas como orgánicas y esto es debido al carácter bipolar de su molécula.

Las sales minerales y los compuestos iónicos son disueltos porque dado el carácter bipolar del agua se dan atracciones electrostáticas entre el agua y los iones, de tal forma que cada ion queda aislado del de signo contrario por una nube de moléculas de agua.

Si el compuesto no es iónico(azúcares, alcoholes, etc.)también son disueltos por que el agua debido a esa bipolaridad establece enlaces por puente de hidrógeno entre la molécula de agua y el grupo funcional de dichos compuestos.

Si las sustancias no son solubles (grasas, proteínas) el agua forma dispersiones coloidales(suspensiones o emulsiones)

Estructura de una micela

Esta propiedad en los seres vivos determina dos importantes funciones:

-Es el medio donde transcurren la mayoría de las reacciones metabólicas.

-Vehículo de transporte de sustancias por el interior del organismo

Elevada fuerza de cohesión Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

Elevada fuerza de adhesión Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua , se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.

Gran calor específico También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los p.de h. por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el

citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.

Elevado calor de vaporización Sirve el mismo razonamiento, también los p.de h. son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C.

Funciones del agua Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos: 1. Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas 2. Amortiguador térmico 3. Transporte de sustancias 4. Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos 5. Favorece la circulación y turgencia 6. Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos 7. Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

El agua es el principal componente de los seres vivos. Los procesos bioquímicos típicos de la vida se dan en el seno de medios acuosos orgánicos. Estos medios se denominan en conjunto medio interno (plasma sanguíneo, plasma intersticial, líquido sinovial, líquido cerobroespinal, etc. )

El agua en los seres vivos es una fase dispersante (disolvente universal)en cuyo seno se encuentran diferentes tipos de solutos(sales, proteínas, glúcidos.....)por lo que se pueden diferenciar:-Disoluciones verdaderas.- Las partículas de la fase dispersa son menores de una milésima de micra.-Dispersiones coloidales.- Las partículas de la fase dispersa están comprendida entre dos décimas y una milésima de micra.

Estas dispersiones presentan dos estados:-SOL.- Aspecto fluido debido a la abundancia de la fase dispersante-GEL.- Aspecto semisólido (gelatinoso) por la escasez de la fase

dispersante.

Las propiedades más importantes de las dispersiones de interés biológico son:

Regulación del pHIONIZACIÓN DEL AGUA

El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede con-siderar una mezcla de :

agua molecular (H2O ) protones hidratados (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-)

En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25º C es

Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7. Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según ésto:

disolución neutra pH = 7

disolución ácida pH < 7

disolución básica pH > 7

En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.

Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución sistemas de tampón o buffer, que mantienen el pH constante mediante mecanismos homeostáticos. Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente. El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4, gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua.

Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio exterior.

Ósmosis y presión osmótica Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto ), se pruduce el fenómeno de la ósmosis que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua ( disolvente ) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida

( hipotónica ) a la más concentrada (hipertónica ),este trasiego continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración ( isotónicas o isoosmóticas ).

Y se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.

Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intracelulares es igual , ambas disoluciones son isotónicas. Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se hacer hipertónicos respecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren (plamólisis). Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes ( turgescencia ), llegando incluso a estallar.

La difusión y la diálisis Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno del agua. Según el tamaño de las partículas se formarán dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgánicas de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos.

Las particulas dispersas pueden provocar además del movimiento de osmosis , estos otros dos:  La dialisis . En este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. (Figura 13). Es el fundamento de la hemodialisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada.  La difusion sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable.

Así se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes entre la célula y el medio en el que vive.

SALES MINERALES

Se encuentran presentes en todos los seres vivos en dos estados:

-Precipitadas: Insolubles, depositan sobre estructuras esqueléticas para darles consistencia.

Ejemplos: Fosfato cálcico y carbonato cálcico depositan sobre caparazones, huesos dientes.

Sílice endurece hojas, esqueletos de protozoos y forma cristales en el interior de vacuolas.

-Disueltas: Ionizadas(aniones y cationes)-Aniones: Cl-, SO4, CO3H-, PO4H-Cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+

Funciones de las sales ionizadas

-Regular los fenómenos osmóticos (trasiego de agua)-Osmosis.- Paso de agua entre dos disoluciones a través de una membrana

semipermeable.

Este proceso provoca una presión llamada presión ósmótica. En el organismo merced a las sales minerales las células mantienen una presión osmótica constante (hosmoosmia) lo que determina que el medio extracelular debe ser isotónico con respecto a la concentración salina del interior de la célula.

-Si la concentración del interior de la célula es mayor que la concentración extracelular, entrará líquido en la célula y se producirá la lisis celular

-Si la concentración interior es menor que la concentración extracelular, habrá salida de líquidos de la célula y esta se arrugará

-Regular el equilibrio Acido-base = Mantener constante el pH del organismo.

-Acción especifica de los cationes.Los iones positivos que se liberan al ionizarse la sales minerales desempeñan distintas funciones en los seres vivos.

a)Regular la actividad de ciertos órganos Na+ Ca2+ K+ actúan sobre el corazónb)Transmisión del impulso nervioso. Bomba Na-CaC)Actúan como coenzimas. Ca2+, Zn2+, Mg2+, Cu2+