Bioelementos y biomoléculas

    1.2.   Composición molecular de los seres vivos: bioelementos y oligoelementos

Cuando se hace un análisis químico de los seres vivos se llega a las siguientes conclusiones:
·     Todos tienen la misma composición cualitativa y cuantitativa. Esta composición no coincide con la de la corteza, ni con la del planeta.
· Los elementos químicos de los seres vivos son los que son por sus propiedades, porque tienen las propiedades que necesitan los seres vivos, las funciones vitales.
·         Los elementos químicos de los seres vivos no lo son por azar, no son cualquiera, ni por abundancia.

En los seres vivos hay 70 elementos químicos y solo 16 están en todos los seres vivos.
Estos elementos aparecen agrupados en la tabla periódica porque tienen las mismas propiedades:
La mayoría de los elementos tienen bajo peso atómico. El peso atómico es inversamente proporcional a la estabilidad del enlace covalente. Este enlace es el más característico de la materia orgánica. Esto nos lleva a la teoría del enlace.


Los gases nobles tienen la última capa de electrones completa por eso son absolutamente estables, no se enlazan con nadie, los átomos se enlazan para completar la última capa de electrones.
Para que los átomos se enlacen, se dan dos situaciones:
·         Enlace iónico: enlace característico de la materia inorgánica. Este enlace se debe a la fuerza de  atracción entre los iones con cargas de signos contrarios. Por ejemplo, las cargas de un ión cloro negativo (Cl–) y un ión sodio positivo (Na+), se atraen las cargas y dan lugar a una molécula de cloruro de sodio, conocida como sal común. NaCl .




   

Enlace covalente: se comparten electrones, necesita mucha energía para formarse.

         
-El peso atómico por el calor específico es igual a la constante

*Calor específico: es la cantidad de calor necesario para aumentar 1º C la temperatura de un gramo de una sustancia.
El agua tiene un alto calor específico.
Para aumentar 1º C hace falta mucho calor específico. Las sustancias que tienen un alto calor específico amortiguan los cambios de temperatura.
Esto tiene una importancia vital para los seres vivos. La función es igual al metabolismo, lo que da lugar a las reacciones químicas e intercambios de energía. Esto nos permite evitar sobrecalentamiento mortal.

Existen dos clases de iones:
Iones monovalentes: son átomos que tienen una carga eléctrica, como el Na, K, etc. Los iones monovalentes tienen dos características:
Tienen carga eléctrica
Son solubles en agua
Gracias a estas dos características lo utilizamos en los gradientes eléctricos químicos.
El gradiente es una variable que sigue una línea. Es muy importante para la contracción muscular o el impulso nervioso por ejemplo.
Presión osmótica: se debe a que hay un soluto disuelto. Empuja al soluto y al disolvente hasta que se igualan las concentraciones, esto se llama difusión, que es el principal sistema de transporte de los seres vivos y se utiliza en gradientes químicos o de concentración.


Iones divalentes: como el Ca, Mg, Co o Fe (metales pesados).
Los iones divalentes les resultan muy sencillo aceptar o desprender un electrón. Nos encontramos con las coenzimas redox que colaboran con las enzimas redox. También encontramos cadenas transportadoras de electrones, la encontramos en la respiración celular y en la fotosíntesis.

*C, H, O, N: Son el 95% de los átomos de los seres vivos.
Tienen muy diferente su electronegatividad: adición que tienen por los electrones.
El C y H, tienen baja electronegatividad.
El O y N, tienen alta electronegatividad.

Enlace covalente en lo que los átomos están asimétricamente distribuidos y esto da lugar a covalentes dativos, las moléculas son polares (solubles en agua). Otra característica de C/H es que se oxidan y se reducen con facilidad.

Un gran porcentaje de reacciones metabólicas son redox.
Carbono(C): es un átomo extraordinario para los seres vivos. Puede formar cuatro enlaces covalentes, que pueden formar consigo mismo C con C y con otros elementos de los seres vivos. Tiene un bajo peso atómico y cuando forma enlaces covalentes consigo mismo son muy estables. No se rompen fácilmente por eso las cadenas de C constituyen el esqueleto de las moléculas orgánicas. Es más, los enlaces entre los C permiten que las cadenas sean infinitas, largas lineales,C-C-C-C. También pueden formar anillos. El carbono se encuentra dentro de un tetraedro, formando enlaces tridimensionales.  Las moléculas de C tienen forma tridimensional. Si sumamos estas dos cualidades, se podrían hacer infinitas moléculas de C diferentes.

Formando tetraedro

Silicio (Si): Puede formar cuatro enlaces covalentes. Son menos estables y se rompen fácilmente. Tiene un peso atómico mayor que el del C. Las cadenas de oxígeno con silicio son inertes, como la silicona, esto lo hace inútiles para los seres vivos.
El 35% de la composición de la Tierra es Silicio. Las moléculas orgánicas deben ser suficientemente estables para no romperse con facilidad. También tienen que ser suficientemente inestables como para ser capaces de transformarse durante el metabolismo.


Elementos químicos de la vida:
Bioelementos: 0.1%
C, H, O, N: 95%
Na, K, Cl, P: superiores a 0.1%
Oligoelementos: están presentes en pequeñas cantidades, por debajo del 0.1%. Se han localizado hasta 60 oligoelementos diferentes. Pero solo 14 son comunes a los seres vivos, como el Fe, Mg, Cu, Co, etc. A veces es difícil saber que función realizan porque algunos se encuentran en cantidades muy pequeñas. Exceso de un oligoelemento puede ser perjudicial y la carencia también puede serlo.
Algunos de los 14 oligoelementos comunes en todos los seres vivos son los siguientes:
      El yodo (I), fabrica la hormona tiroidea, enfermedad del bocio.
      El hierro (Fe), forma la hemoglobina en la sangre.
      El flúor (F), forma el esmalte dental.

1.3.   Características de las biomoléculas
Las biomoléculas son las moléculas que forman parte de los seres vivos.
El 70% de los seres vivos es agua y el resto es el peso seco. Del peso seco el 95% son moléculas orgánicas. El 5% restante son sales minerales.

Hay dos tipos de biomoléculas:
- Inorgánicas: agua, sales y gases        
-Orgánicas: Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
      Biomoléculas Orgánicas:
Son unas moléculas muy grandes, macromoléculas.
Una sola molécula de ADN puede tener miles de nucleótidos. Como las Proteínas.
Polímeros, molécula grande formada por otras moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
Proteínas: aminoácidos (aa).
Ácidos nucleicos: nucleótidos.
Glúcidos: monosacáridos.
Lípidos: ácidos grasos, como el alcohol.

No todas las biomoléculas son iguales, hay dos tipos distintos:
-  Polímeros de monómeros iguales: por ejemplo el caso de los glúcidos, el almidón que esta formado por miles de glucosa y los lípidos.
-   Las demás biomoléculas orgánicas son polímeros de monómeros diferentes. Por ejemplo las proteínas, que tiene 20 aminoácidos distintos y los ácidos nucleicos, que tiene 4 nucleótidos distintos.

Polímeros de monómeros iguales: se utilizan para almacenar.
Los lípidos y los glúcidos tienen la función de reserva y fuente de energía.
La función de reserva como el almidón y la función de fuente de energía como los monosacáridos y los ácidos grasos.
También tienen la función de ladrillo de construcción, función estructural: como la celulosa y los fosfolípidos.
La función de reserva y fuente de energía y la función estructural son funciones pasivas, no hacen nada. Son pasivas porque están compuestos por polímeros de monómeros iguales.

Polímeros de monómeros diferentes: Como los ácidos nucleicos y las proteínas.
Tienen la siguiente propiedad que los polímeros iguales no tienen: orden y secuencia. Esto le permite tener información.
Los ácidos nucleicos tienen la información genética, secuencia de nucleótidos.
La información de la proteína, es su secuencia de aminoácidos, la cual determina la forma de la proteína y su función.
Los polímeros de monómeros diferentes, tienen muchas funciones activas, saben hacer muchas cosas.

Base físico-química de la vida

  1.     Características generales de los seres vivos


Los seres vivos son aquellos que realizan las funciones vitales.
No existe una definición de ser vivo. No hay una teoría, ni existe un enunciado que englobe a todos los seres vivos.



Cuando no se puede definir algo, se acota por sus propiedades:
Las características de los seres vivos son las siguientes:
 -  Nutrición: es la capacidad de tener materia más energía del medio. Dicha materia y energía se transforma a través de reacciones químicas y con esto producimos nuestra materia y realizamos nuestras funciones. El conjunto de reacciones químicas que ocurren en los seres vivos se llama metabolismo.


-  Relación: es la capacidad que tienen los seres vivos de captar estímulos procedentes tanto de su medio interno como externo. Los estímulos son variaciones físico-químicas del medio y los seres vivos responden ante las variaciones. La gran mayoría de estas respuestas van a tener movimientos.
Gracias a esta función de relación, permiten realizar las restantes funciones.

Tanto la función de nutrición como la de relación, son funciones que realizamos los seres vivos para asegurarnos nuestra supervivencia individual.

Reproducción: es la capacidad de producir descendencias semejantes a sí mismos. La realizamos para asegurar la perpetuación de la especie, no para nosotros mismos. El 60% del consumo energético se da en la reproducción.
La función de nutrición, de relación y de reproducción da lugar a una nueva función:
Los seres vivos somos autónomos: somos capaces de valernos por nosotros mismos, AUTOSUFICIENTES.

Los virus no tienen metabolismo, tampoco son autónomos, ni pueden realizar las funciones vitales. Son parásitos obligados. Se dedican a infectar a las células. Solo tienen la función de relación y saben distinguir a la célula que tienen que infectar.



1.1.   Niveles de organización de los seres vivos
Estamos hechos de materia, esta materia bajo ciertas condiciones tienden a aumentar su complejidad, su organización.
Todo el universo material se caracteriza porque esta formado por varios niveles de organización de complejidad que se incluyen todos unos a otros.
Un nivel de organización alto, tiene dentro otros niveles de organización inferiores y viceversa, un nivel de organización inferior, tiene dentro otros niveles de organización más altos.
Los niveles de organización de los seres vivos son los siguientes:
1º Nivel de organización: partículas elementales subatómicas: esta formado por los quarks, a partir de estos se forman los electrones y protones.
2º Nivel de organización: átomos. Es la parte más pequeña en la que se puede dividir la materia y que conserve las propiedades de materia. La materia se encuentra formando moléculas.
3º Nivel de organización: moléculas. Serie de átomos enlazados.
4º Nivel de organización: Las moléculas pueden ser amorfas o cristalinas.
Aquí terminan los niveles de organización  del universo abiótico, es decir, lo que no esta vivo.
Las moléculas dan lugar a macromoléculas como el ADN, las proteínas, etc.
Las macromoléculas a su vez, se asocian formando complejos supramoleculares, como ADN + proteínas que dan lugar a nucleoproteínas, molécula formada de ácido nucleico y proteína.
El siguiente nivel de organización esta constituido por los orgánulos celulares: es la organización de distintos complejos supramoleculares, como por ejemplo: los ribosomas, las mitocondrias, los cloroplastos, etc.
De los orgánulos celulares, pasamos al nivel celular, la célula. La célula es una serie de orgánulos asociados. Solo la célula tiene suficiente complejidad para tener autonomía.
Existen dos tipos de células, eucariotas y procariotas.
La célula da otro nivel superior, llamado organismo. Los organismos pueden estar formados de una sola célula, llamado organismos unicelulares o por varias células, organismos pluricelulares.
Además entre los organismos pluricelulares, hay otras células que son iguales, son las llamadas sin tejidos, como por ejemplo, las esponjas, los hongos, las algas, etc. También hay pluricelulares que tienen tejidos, son las células que tienen la misma estructura y función.
Otros pluricelulares a parte de tener tejidos, también tienen órganos. Los órganos son tejidos asociados que tienen una función unitaria. Por ejemplo: el estómago tiene tejido epitelial, tejido muscular, tejido nervioso y secretor. Tienen una digestión gástrica.
A parte de presentar órganos, también presentan aparatos, tienen una organización asociada, igual función. Por ejemplo: el aparato digestivo tiene como función la digestión de los alimentos y absorción de alimentos.
Por último, están los sistemas, un mismo órgano para todo organismo, con una misma función. Por ejemplo: el sistema esquelético, el sistema nervioso, el sistema circulatorio, etc.

Dentro de estos niveles de organización, están los siguientes:
Nivel poblaciones: conjunto de individuos de la misma especie que viven en la misma tierra y en el mismo sitio. Existe la competencia, los individuos compiten entre ellos, esto se llama interacción intraespecíficas. Por ejemplo: familia, rebaños, bandadas, sociedades, etc.
Nivel de comunidad: todas las especies viven en el mismo tiempo y en el mismo lugar. Entre las comunidades se establecen interacciones interespecíficas, interacciones entre especies distintas. Por ejemplo: parasitismo, depredación, competencia, etc.
Esto es ciclo de la materia y el flujo de la energía en los ecosistemas. Las comunidades interaccionan con el biotopo (medio físico) y da lugar al ecosistema. El conjunto del ecosistema es la biosfera.

La organización permite la división del trabajo, nos permite hacer muchas cosas al mismo tiempo y más eficacia biológica, consumir menos materia y energía. A esto se le llama eficacia vital.
He aquí un esquema para resumir los niveles de organización de los seres vivos: