TEMA 1: SERES VIVOS Y MATERIA PRIMA 1. Características de los

TEMA 1: SERES VIVOS Y MATERIA PRIMA
1. Características de los seres vivos
La Biología se define como la ciencia que estudia a los seres vivos.
Los seres vivos están formados por moléculas que individualmente se rigen por las leyes de la física
y la química, sin embargo los seres vivos presentan unas características que los diferencian de los
inertes que son la capacidad de realizar las tres funciones vitales:
Nutrición: Es la capacidad para extraer materia y energía del exterior que serán utilizadas para
crecer, desarrollarse y realizar sus restantes funciones vitales. Esta función requiere un proceso
llamado metabolismo y que consta de dos etapas:
a) Anabolismo o construcción: Es la incorporación de sustancias para formar sus propias
moléculas.
b) Catabolismo o destrucción: Es la destrucción en parte de los productos obtenidos en la
fase anterior para utilizar la energía liberada.
Se pueden considerar dos tipos de nutrición:
a) Nutrición autótrofa: Incorporación de sustancias inorgánicas que se transforman en
sustancias orgánicas. Si la fuente de energía es la luz, entonces se llama fotosíntesis, y si
procede de ciertas reacciones químicas se llama quimiosíntesis.
b) Nutrición heterótrofa: Incorporación de sustancias orgánicas que contienen energía en
sus enlaces químicos.
•
•
Relación: Es la capacidad de recibir estímulos externos y reaccionar a ellos. Los organismos
pluricelulares también reciben estímulos del interior de su organismo y los sistemas nervioso y
endocrino se encargan de la homeostasis o capacidad de mantener constante el medio interno.
•
Reproducción: Es la capacidad de generar nuevos seres similares a sus progenitores para
asegurar la continuidad de la especie. Hay dos tipos de reproducción:
a) Asexual: Por la que un individuo desprende una parte de su cuerpo, de la que se origina
un nuevo ser idéntico al primero. Se realiza a partir de células somáticas.
b) Sexual: Por la que dos individuos forman células especiales llamadas gametos que se
unen para dar lugar a un cigoto el cual se desarrolla hasta constituir un nuevo individuo.
La vida se considera el conjunto de estas tres cualidades, que se observan claramente en la mayoría
de los seres vivos. Sin embargo los virus no poseen metabolismo y tampoco se relacionan, sólo se
reproducen y para ello precisan a otro ser vivo. Se dice que están en la frontera de la vida ya que
tienen características de los seres vivos (poseen información genética necesaria para obtener copias
de sí mismos) y de los seres inertes (son capaces de cristalizar fuera de un ser vivo).
2. Niveles de organización de los seres vivos
Los seres vivos presentan estructuras complejas llamadas niveles de organización de manera que
cada nivel está formado por componentes del nivel inferior, pero la nueva organización de un nivel
da como resultado propiedades nuevas, muy diferentes a las del nivel precedente.
Los niveles de organización se resumen en el siguiente cuadro:
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NIVELES DE ORGANIZACIÓN
N. subatómico
Partículas subatómicas que forman parte
de los átomos
Protones, neutrones,
electrones,…
N. atómico
Átomos, que son la parte más pequeña de
un elemento químico que puede
intervenir en una reacción
Bioelementos: C, H,
O, N, P, S,….
Moléculas, que son uniones de dos o más
átomos mediante enlaces químicos.
Biomoléculas: agua,
sales, glucosa,
aminoácidos,…
Macromoléculas, que resultan de la
unión de dos o más moléculas. Si se
forma por la repetición de una molécula
se dice que es un polímero y la unidad
que se repite se llama monómero
Almidón, celulosa,
fosfolípidos,
proteínas…
Complejos supramoleculares, que
resultan de la unión de varias
macromoléculas
Virus: formados por
proteínas y ácidos
nucleicos
Ribosomas
Cromosomas
Orgánulos celulares, que resultan de la
unión de complejos supramoleculares
mitocondrias,
cloroplastos
Células
Organismos
unicelulares
Tejidos: conjunto de células parecidas
que tienen el mismo origen y realizan la
misma función.
Epitelial, muscular,…
Órganos: agrupaciones de diferentes
tejidos que realizan una función
específica
Corazón, hígado,…
Niveles
abióticos (sin
vida)
N. molecular
N. celular
N. pluricelular
Niveles
bióticos (con
vida)
N. de
poblaciones
Sistemas: Conjunto de órganos parecidos
que están formados por los mismos
tejidos y con diferentes funciones.
Aparatos: conjunto de órganos diferentes
que se coordinan para realizar una
función concreta
Población: organismos de la misma
especie que viven en un área determinada
y en un momento dado.
Ecosistema: Conjunto de poblaciones
que viven en un área determinada
formando una biocenosis y las
condiciones fisicoquímicas de la zona
que constituyen el biotopo, junto a las
relaciones que se establecen entre ambos.
Muscular, nervioso,
endocrino y óseo
Digestivo,
circulatorio,…
Robles, lobos,…
Mar, bosque, charca…
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3. Bioelementos
Son aquellos elementos químicos que constituyen la materia viva. Se han identificado unos 70
aunque no todos están presentes en todos los seres vivos ni aparecen en las mismas proporciones.
Se clasifican en dos grupos:
3.1. Bioelementos primarios
Constituyen el 96% de la materia viva y se encuentran en todos los seres vivos.
Son el C, H, O, N, P y S.
Su importancia se debe a que establecen entre ellos y con otros átomos enlaces covalentes muy
estables. El carbono puede establecer cuatro enlaces covalentes al unirse a otros elementos y formar
cadenas lineales ramificadas y con formaciones tridimensionales.
3.2. Bioelementos secundarios
Constituyen aproximadamente el 4% de la materia viva y a su vez se clasifican en:
a) Indispensables: Los presentan todos los seres vivos: Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, Si, Cu, Mn, B, F
y I.
El Ca, K y Cl mantienen el equilibrio osmótico y son fundamentales en la transmisión nerviosa.
b) Variables: Los presentan unos seres vivos y otros no. Son el resto: Co, Zn, Br,…
Cuando un bioelemento secundario se encuentra en los seres vivos en proporción inferior al 0.1% se
dice que es un oligoelemento. En general son todos menos: Ca, Na, K, Mg, Cl y Si.
Aunque se precisan en pequeñas cantidades, los oligoelementos son indispensables para el buen
funcionamiento de los seres vivos y su falta provoca enfermedades.
Por ejemplo:
El Fe es necesario para la formación de hemoglobina.
El Mn interviene en procesos fotosintéticos (fotolisis del agua).
El Cu es necesario para la formación de hemocianina (pigmento respiratorio azul de algunos
invertebrados).
4. Biomoléculas
Son las moléculas que forman parte de los seres vivos. También se llaman principios inmediatos y
se forman por la unión de los bioelementos primarios. Se clasifican en:
Biomoléculas inorgánicas
Biomoléculas orgánicas
Agua (H2 O)
Sales minerales ( NaCl, CaCO3,…)
Gases: O2, CO2, N2
Glúcidos: Formados por C, H y O
Lípidos: Constituidos por C y H y un pequeño porcentaje de O
Proteínas: Formadas por C, H, O, N y S
Ácidos nucleicos: Constituidos por C, H, O, N y P
4.1. El agua
La vida, tal como se conoce en la Tierra, se desarrolla siempre en medio acuoso. Incluso en les
seres no acuáticos el medio interno es esencialmente hídrico. La inmensa mayoría de las reacciones
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químicas se desarrolla en el seno del agua y obedece a las leyes físico-químicas de las disoluciones
acuosas.
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos y representa entre el 70% y el 90% del
peso de la mayor parte de los organismos. El contenido de agua varía de una especie a otra y
también en función de la edad y del tejido. En el hombre supone el 63 % de su peso.
El agua se encuentra de tres formas:
a) Agua circulante libre: Se encuentra en la sangre y la savia.
b) Agua intersticial (de imbibición): Forma parte de los tejidos y rellena los huecos existentes
entre las células.
c) Agua intracelular (combinada): Se encuentra en el hialoplasma y en el interior de los
orgánulos celulares. No es extraíble por desecación y sólo aparece como producto en
algunas reacciones del metabolismo.
4.1.1. Estructura del agua
El agua a temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar comparándola con
otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, NO2) que son gases. Esto se debe a que en
la molécula de H2O, los 2 electrones de los dos H están desplazados hacia el átomo de O, por lo que
en la molécula de agua aparece un polo negativo y un polo positivo donde predominan las cargas
positivas de los dos núcleos de H. Las moléculas de agua son pues dipolos.
Fig. (a) Estructura de la molécula de agua. (b) Las moléculas de agua en disolución interactúan entre si a través de
los puentes de hidrógeno.
La importancia del dipolo se debe a que se establecen puentes de Hidrógeno entre 3, 4 y hasta 9
moléculas de agua, con lo que aumenta su peso molecular lo que hace que a temperatura ambiente
sea líquida. El puente de H es un enlace débil, no covalente.
4.1.2. Propiedades y funciones del agua
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS
FUNCIONES BIOLÓGICAS
Disolvente universal: es el medio donde se
realizan la mayoría de las reacciones
metabólicas dando disoluciones moleculares o
Elevada constante dieléctrica: Por ser un iónicas.
dipolo hace que sea un buen disolvente para Bioquímica: Inteviene en gran cantidad de
gran cantidad de sustancias.
reacciones químicas.
Transportadora: Transporta sustancias desde
el exterior al interior del organismo y viceversa
por medio de la sangre y la savia.
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Elevado calor específico: Se necesita mucho
calor para elevar su temperatura ya que parte de
la energía se utiliza en romper los puentes de
hidrógeno.
Elevado calor de vaporización: El agua
absorbe mucho más calor al evaporarse que
cualquier otro líquido ya que para cambiar a
estado gaseoso han de romperse todos los
puentes de H
Termorreguladora: Almacena mucha cantidad
de energía lo que permite que no haya cambios
bruscos de temperatura. Es un buen
estabilizador térmico. Frena la elevación de la
temperatura
mediante
la
evaporación
superficial de agua en pulmones, piel, sudor…
Elevada tensión superficial y gran fuerza de
cohesión: Es la resistencia que opone su
superficie a romperse. Se debe a la gran
cohesión que existe entre sus moléculas debido
a los puentes de H.
Estructural: Da forma y volumen a las células
que carecen de pared. Permite la turgencia de
las plantas.
Mecánico-amortiguadora: Las bolsas de
líquido sinovial de las articulaciones evitan el
roce entre los huesos.
Transportadora: Favorece la ascensión de la
savia bruta por los vasos leñosos. Capilaridad.
Menor densidad en estado sólido que
Permite la vida acuática en zonas frías.
líquido, por lo que el hielo flota en el agua.
4.2. Sales minerales
Cuando se quema la materia orgánica, después de eliminar el agua, se obtiene un residuo formado
por las sales minerales. Estas se encuentran en los seres vivos de tres formas:
a) Precipitadas: Forman estructuras sólidas con función esquelética. Las principales son:
• CaCO3 (carbonato cálcico) que forma huesos y conchas de moluscos.
• Ca3(PO4)2 (fosfato cálcico) que forma parte de los huesos.
• SiO2 (sílice) que forma el esqueleto de las diatomeas.
b) Disueltas: Se disuelven en agua formando cationes y aniones. Las principales son:
• Cationes: Na+, K+, Ca+2, Mg+2
• Aniones: Cl-, SO4-2, CO3-2, CO3H-, NO3-, PO4-3
c) Asociadas: Se encuentran unidas a moléculas orgánicas, formando por ejemplo fosfolípidos
o fosfoproteinas. El Fe en la hemoglobina,…
4.2.1. Funciones de las sales minerales
a) Forman estructuras esqueléticas.
b) Mantienen la concentración salina del medio mediante ósmosis.
c) Tienen funciones específicas: Fe para la formación de hemoglobina,…
d) Regulan el equilibrio ácido-base.
5. Estados físicos de la materia de los seres vivos
Los componentes de los seres vivos se encuentran en tres estados:
a) Estado sólido: Así se presentan sustancias que forman el esqueleto y las de protección.
Pueden ser:
• Inorgánicas, como el carbonato y fosfato cálcicos que impregnan al colágeno para
formar los huesos.
• Orgánicas, como el colágeno que forma los huesos o la celulosa que forma las
paredes celulares de las células vegetales.
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b) Estado líquido: Está formado por dispersiones en las que la fase dispersante (disolvente) es
el agua y la fase dispersa (soluto) son diversas moléculas. Según el peso molecular de esas
moléculas, las dispersiones se clasifican en:
• Dispersiones coloidales: Las partículas de soluto tienen entre 1 y 200 milimicras. Son
transparentes pero al trasluz aparecen turbias. Son viscosas. Según el estado del coloide
pueden ser: Sol: si el coloide es líquido. Gel si el coloide es semisólido. El paso de sol a
gel siempre es posible pero a la inversa no siempre.
Propiedades de los coloides:
Adsorción: Proceso por el cual las partículas de una sustancia son atraídas hacia
la superficie de un sólido o de una partícula coloidal en suspensión.
Diálisis: Proceso que permite separar partículas coloidales de las no coloidales
por medio de una membrana semipermeable. Son semipermeables las membranas animales
y el celofán.
Dispersiones moleculares (verdaderas): El soluto es de bajo peso molecular. Son
totalmente transparentes. No sedimentan por ultracentrifugación y sus partículas no son
adsorventes.
Propiedades de las dispersiones verdaderas
Difusión: Proceso mediante el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse
uniformemente en el seno del agua. se forma una mezcla homogénea entre dos fluidos y se
debe al continuo movimiento en el que se encuentran las partículas de ambos. Es decir, el
soluto pasa de una disolución concentrada a otra más diluida.
Ósmosis: Es el paso de disolvente a través de una membrana semipermeable que
no deje pasar solutos desde una disolución diluida a una concentrada hasta igualar
concentraciones. La presión osmótica es aquella que ejercen los solutos sobre dicha
membrana y será mayor cuanto mayor sea la diferencia de concentración sin que importe la
naturaleza del soluto.
•
La membrana plasmática es semipermeable y según el medio en el que se encuentren las células
pueden ocurrir tres casos:
1) Si el medio externo es isotónico respecto al medio interno celular, (tiene la misma
concentración), la célula no se deforma.
2) Si el medio externo es hipotónico (menos concentrado), la célula se hinchará porque entra
agua del exterior y puede llegar a romper produciendo la lisis celular. En células vegetales la
membrana se pega a la pared sin llegar a romper. Este fenómeno se llama turgencia o
turgescencia.
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3) Si el medio externo es hipertónico (más concentrado), la célula perderá agua y se arrugará.
En las células vegetales este fenómeno se llama plasmolisis y la membrana se desprende de la
pared y se arruga, pero la forma de la célula se mantiene gracias a la pared celular.
c) Estado gaseoso: Los gases que forman parte de los seres vivos son:
O2 que actúe en procesos metabólicos oxidando.
CO2 que se desprende como resultado de las reacciones metabólicas anteriores.
N2 que no interviene en el metabolismo aunque es indispensable en algunos seres vivos, como la
flotación del Nautilus.
6. Equilibrio ácido-base
Ácido es una sustancia capaz de ceder protones [H+].
Base es una sustancia capaz de captar protones.
El grado de acidez de una disolución viene dado por la concentración de hidrogeniones H+ y se
miden en valore de PH.
El PH se define como el logaritmo decimal cambiado de signo de la concentración de iones hidronio
[H3O+].
1
p H = log +
H
[ ]
Si [H+] = 10-7 → p H = log
1
10 −7
→ PH = log 1 – log 10-7 = 0- (-7)log 10 → PH = 7
[ ]
Si [H+] = 10-7 → PH = 7 → Neutro
Si [H+] > 10-7 → PH < 7 → Ácido
Si [H+] < 10-7 → PH > 7 → Básico
Los valores de PH oscilan entre 0 y 14.
En los seres vivos el PH se mantiene constante entre valores comprendidos entre 5.5 y 6.5. Debido
a las reacciones metabólicas, este PH tiende a variar y para evitarlo existen disoluciones salinas
llamadas sistemas amortiguadores o tampón, formadas por un ácido débil y su base conjugada.
Entre los sistemas tampón destacan dos:
• Sistema tampón bicarbonato, que actúa en la sangre.
Acidifica
←


HCO3- + H+
↔
H2CO3
Ión bicarbonato
•
↔
CO2 + H2O
ác. carbónico
Sistema tampón fostafo, que actúa dentro de las células.
Neutraliza
←

H2O + H2PO4dihidrógeno fostato
↔
HPO4-2 + H3O
Monohidrógeno fosfato
Acidifica


→
En ambos casos si una reacción metabólica libera [H+] el tampón se desplaza hacia la izquierda para
neutralizar y si la reacción precisa [H+] se desplaza hacia la derecha para acidificar.
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