Niveles de organización de los seres vivos
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| TEMA 1.- COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS I NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS (¿De qué estamos formados los seres vivos?)
Los elementos se unen formando las moléculas (sustancias formadas por la agrupación de más de un átomo, aunque sean átomos del mismo tipo) sencillas, muchas moléculas sencillas se unen formando moléculas complejas (por ejemplo un glúcido complejo está formado por cientos o miles de monosacáridos y las proteínas suelen estar formadas por cientos o miles de aminoácidos), las moléculas complejas forman los orgánulos, membranas y demás partes de las células, las células del mismo tipo se agrupan formando tejidos… y así sucesivamente hasta formar el ser vivo o individuo. Algunos seres vivos como los unicelulares (bacterias, protozoos y algunos hongos), los individuos sólo llegan hasta célula, pues carecen de tejidos, órganos y aparatos. Los bioelementos H, O y C constituyen más del 95% del peso y estos tres junto con N, P y S constituyen casi el 99% del peso del ser vivo. Definiciones y ejemplos: - Célula: es la unidad funcional y anatómica de los seres vivos. Funcional porque las células realizan las funciones vitales (nutrición, relación y reproducción) y anatómica porque todos los seres vivos están formados por una o más células. Ejercicio: Explica con ejemplos cómo realizan las células cada una de las funciones vitales. - Tejido: conjunto de células del mismo tipo que realizan una función. Explica con detalle (usando la definición) dos ejemplos. - Órgano: conjunto de tejidos que realizan una función. Explica con detalle (usando la definición) dos ejemplos, uno de ellos de la mano. - Aparato o sistema: conjunto de órganos que realizan una función. Explica con detalle (usando la definición) dos ejemplos. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Todos los seres vivos se caracterizan por tener una serie de propiedades o funciones: complejidad y organización de sus estructuras moleculares basadas en compuestos orgánicos, conjunto de reacciones metabólicas que permiten intercambiar materia y energía con el medio, crecimiento y desarrollo, capacidad homeostática (mantener en condiciones relativamente constantes su medio interno), excitabilidad frente a los estímulos, reproducción y capacidad de adaptarse a los cambios ambientales y de evolucionar. Todas estas características se resumen en 3 funciones: - Función de relación: permite al ser vivo recoger información del ambiente externo e interno mediante unos receptores, analizar dicha información y elaborar las respuestas necesarias. - Función de reproducción: asegura la continuidad de la especie dando lugar a nuevos individuos, que pueden ser idénticos a los padres (reproducción asexual) o con algunos caracteres diferentes (reproducción sexual). - Función de nutrición: todos los seres vivos necesitan un aporte continuo de materia y energía, según cómo obtienen dicha materia y energía se clasifican en seres vivos autótrofos o heterótrofos. Los seres vivos heterótrofos obtenemos la materia y energía a partir de moléculas orgánicas más o menos complejas que contienen ya energía fácilmente disponible en sus enlaces químicos, por ejemplo al comer pan contiene moléculas de glucosa (C6H12O6), con cada molécula obtenemos materia (carbonos, hidrógenos y oxígenos) y oxidamos (le quitamos los hidrógenos) la glucosa en nuestras células (la mayor parte sucede en la mitocondria), esta oxidación libera toda la energía almacenada en los enlaces químicos de la molécula de glucosa. Este ejemplo de oxidación completa de la glucosa usa oxígeno y recibe el nombre de respiración celular, cuya ecuación química es: Glucosa(C6H12O6) + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energía Los seres vivos autótrofos obtienen materia de moléculas inorgánicas sencillas: el C lo obtienen del CO2 y junto con el H2O y sales minerales son nutrientes a partir de los cuales formarán moléculas orgánicas. Según la fuente de esta energía se distinguen dos tipos de organismos autótrofos: fotosintéticos y quimiosintéticos: Seres vivos autótrofos fotosintéticos: son seres vivos en los que las sustancias inorgánicas (CO2, H2O y sales minerales) son transformadas en orgánicas (glúcidos, proteínas...) mediante el aporte de energía lumínica. Organismos fotoautótrofos son los vegetales, algas y determinadas bacterias. Seres vivos autótrofos quimiosintéticos: son seres vivos en los que las sustancias inorgánicas (CO2, H2O y sales minerales) son transformadas en orgánicas (glúcidos, proteínas...) mediante el aporte de energía química procedente de la oxidación de moléculas químicas inorgánicas. Organismos quimioautótrofos son únicamente algunos tipos de bacterias, por ejemplo las bacterias del metano que oxidan (le quitan los hidrógenos) el metano (CH4) a CO2 obteniendo energía con la oxidación. La función de nutrición requiere una multitud de reacciones químicas (fotosíntesis, respiración celular...) catalizadas por enzimas. El conjunto de reacciones que tienen lugar en los seres vivos se conoce como metabolismo. BIOELEMENTOS: CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN Los bioelementos son aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. De la tabla periódica de los elementos unos 70 aparecen en los seres vivos, de ellos unos 25 aparecen en todos los seres vivos. La clasificación más común de los bioelementos o elementos biogénicos es atendiendo a su abundancia en los seres vivos, dividiéndose en: -  Bioelementos primarios: son los bioelementos más abundantes en los seres vivos (casi el 99%), son 6: C, H, O, N, P y S. Tan solo los 3 primeros (C, H y O) constituyen más del 95% de los bioelementos de los seres vivos. Estos 6 bioelementos son tan abundantes porque son los que forman la mayor parte de la composición de nuestras biomoléculas (H2O, glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), debido a que forman enlaces covalentes estables al tener un bajo número de electrones, pues los electrones compartidos en los enlaces están próximos al núcleo, y por tanto, las moléculas originadas son estables. El carbono es especialmente importante porque forma 4 enlaces covalentes con otros carbonos pudiendo originar formas muy distintas o con los demás bioelementos primarios (H, O, N, P y S) pudiendo formar una gran variedad de grupos funcionales (grupo hidroxilo, grupo aldehído, grupo carboxilo…). Los enlaces que realiza el átomo de carbono pueden ser simples, dobles o triples.  Ningún otro elemento químico puede formar moléculas estables de tamaños y formas tan diferentes, ni con tal variedad de grupos funcionales que origina al unirse con los otros bioelementos primarios. Todo ello explica que, a pesar de la relativa escasez del carbono en la corteza terrestre, sea el elemento en el que se basa la química de los seres vivos. Ejercicio: ¿Por qué el C es el elemento en el que se basa la química de los seres vivos?  Arriba: variedad de estructuras moleculares al unirse átomos de carbono entre sí. Abajo derecha: algunos grupos funcionales que se forman al unirse el carbono con otros bioelementos primarios.    - Bioelementos secundarios: son bioelementos menos abundantes en los seres vivos que los anteriores, pero son necesarios para el correcto funcionamiento del organismo. Son: Ca2+, Cl-, K+, Na+ y Mg2+. - Oligoelementos o elementos vestigiales: son bioelementos que aparecen en pequeñísimas concentraciones (menos del 0,1%), a pesar de esto, son necesarios para el correcto funcionamiento del organismo. Por ejemplo el hierro (Fe) a pesar de haber menos de 0,1% en nuestro cuerpo, forma parte de la hemoglobina que es una proteína de los glóbulos rojos que transporta el oxígeno y sin el Fe la hemoglobina no puede coger el oxígeno y moriríamos. Los oligoelementos se dividen en dos: - Oligoelementos esenciales en todos los seres vivos que son el Fe, Mn, Cu, Zn y Co. - Oligoelementos no esenciales en todos los seres vivos como el I por ejemplo, el I forma parte de la hormona tiroxina que regula nuestro metabolismo, sin embargo en otros seres vivos pueden no existir este oligoelemento.  Algunos autores clasifican los oligoelementos dentro de bioelementos secundarios, cualquiera de las dos clasificaciones es buena. Como se verá al dar las sales minerales, los bioelementos secundarios y oligoelementos forman la mayoría de las sales minerales disueltas, regulando la cantidad de líquidos en las células y tejidos. Además muchos bioelementos secundarios y oligoelementos forman parte de moléculas con importantes funciones como enzimas, hormonas, vitaminas…por ejemplo el magnesio forma parte de la clorofila y el cobalto forma parte de la vitamina B12. Ademas tienen también funciones específicas por ejemplo el calcio es necesario para la contracción muscular o la coagulación sanguínea, el sodio, potasio y cloro son necesarios para la transmisión del impulso nervioso… BIOMOLÉCULAS: CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN Los biomoléculas son aquellas moléculas (tienen más de 1 átomo) que forman parte de los seres vivos. Se clasifican en orgánicas e inorgánicas, dependiendo de si son moléculas exclusivas de los seres vivos (sólo aparecen en ellos) o no son exclusivas de los seres vivos ya que también aparecen en la materia inerte, respectivamente. Las biomoléculas inorgánicas comprenden el agua y las sales minerales (también se podrían incluir gases como O2 y CO2) y las biomoléculas orgánicas comprenden los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.  ¿Por qué no hemos puesto las vitaminas y hormonas en biomoléculas orgánicas? AGUA Es la biomolécula más abundante en todos los seres vivos (generalmente oscila entre el 50 - 95% del peso del ser vivo) y sin ella no sería posible la vida. El contenido de agua depende de la especie, partes del cuerpo, la edad del individuo y otros factores: así por ejemplo una medusa tiene aproximadamente un 95% de su peso de agua, mientras que un humano adulto aproximadamente un 65%. En cuanto al tipo de tejido tenemos por ejemplo que la corteza cerebral contiene un 86% de agua y el hueso un 22%. En cuanto a la edad del individuo vemos que con la edad se tiene menos proporción de agua en el cuerpo, ejemplo los humanos al nacer tienen un 70% de agua, de adulto aproximadamente 65% y un anciano menos del 55%. La obesidad también es muy importante pues un adulto puede tener entre un 40% de agua en caso de presentar obesidad extrema y un 70% de agua en caso de delgadez extrema. ¿Por qué una persona obesa tiene menos proporción de agua en el cuerpo? ¿Por qué la deshidratación de los alimentos (como la leche en polvo) es un método de conservación de los alimentos? Recordatorio: comentar la salazón, la posibilidad de vida en otros planetas sin oxígeno pero no sin agua. Estructura del agua La molécula de agua está formada por un oxígeno (O) unido a dos hidrógenos (H) mediante enlaces covalentes simples. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina que el ángulo entre los enlaces H-O-H es de 104,5º. El O, al ser más electronegativo, atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace, desplazándose ligeramente los electrones más cerca del O, adquiriendo el O una densidad de carga negativa y los H una densidad de carga positiva (el O tira con más fuerza de los electrones, por lo que, aunque ambos átomos comparten los electrones, éstos orbitan más próximos al O que a los H, produciéndose las distintas densidades de carga). Como los dos H se orientan hacia el mismo lado, da lugar en la molécula de agua a una región electropositiva en el lado de los H y una región electronegativa en el lado opuesto. Si los H estuvieran a 180º ,en lugar de 104,5º, la molécula de agua no sería polar, es decir, la geometría de la molécula es la responsable de que el agua sea una sustancia polar ya que es asimétrica.   Las densidades de carga se representan con el símbolo “”. Las densidades de carga opuestas crean la formación de dipolos, por tanto, la molécula de agua, a pesar de ser eléctricamente neutra (no tiene carga neta al poseer igual número de electrones que de protones) es una molécula polar debido a la distribución asimétrica de sus electrones (debido a la asimetría de las densidades de carga). Nota: no confundir densidad de carga con carga (la densidad de carga crea una atracción mucho más débil que la carga). Al ser opuestas las densidades de carga del O y de los H, se producen atracciones electrostáticas, entre los O de una molécula de agua y el/los H de otra/s molécula/s de agua. Esto produce que se formen los llamados enlaces por puente de hidrógeno o enlaces de hidrógeno. Cada molécula de agua puede formar un máximo de 4 enlaces por puente de H: dos del O y uno de cada H (cuando el agua está congelada todas sus moléculas presentan 4 enlaces por puente de H, mientras que el agua líquida tiene una media de 3,4 puentes de H). Estos puentes de H son los responsables de las propiedades especiales que posee el agua. Dibuja varias moléculas de agua en estado líquido haciendo puentes de H entre ellas e indicando una molécula de agua con un solo enlace de H, otra con dos, otra con tres y otra con cuatro. Propiedades y funciones del agua La polaridad del agua y la existencia de los puentes de H confieren a esta molécula unas propiedades especiales entre las que destacamos: un gran poder disolvente (acción disolvente), un elevado calor específico, un elevado calor de vaporización y la dilatación anómala del agua. -  Alto poder disolvente o acción disolvente: el agua es el líquido que más sustancias disuelve, lo que le ha valido el calificativo de disolvente universal. Las sustancias que se disuelven en medio acuoso se denominan hidrofílicas y esto es debido a que químicamente son sustancias polares (con o sin carga), las sustancias que no se disuelven en medio acuoso se denominan hidrofóbicas, ya que son sustancias apolares, mientras que las que se disuelven tanto en disolvente acuosos como en disolventes orgánicos apolares se llaman anfipáticas, esto es debido a que son sustancias con una parte polar y otra apolar. Por ejemplo el jabón (ver dibujo) es una sustancia anfipática cuya parte polar (representada con un círculo) se une a las sustancias polares como el agua y cuya parte apolar (representada con una línea irregular) se una a sustancias apolares como las grasas. De esta manera al lavarte con jabón eliminas de tu piel las sustancias polares (se van con el agua) y apolares (son rodeadas por la parte apolar del jabón), ya que el agua, al arrastrar el jabón (se une a la parte polar del jabón), se lleva todo.¿Por qué se dice que el agua es el disolvente universal? Debido a la polaridad de la molécula de agua, el agua se puede interponer entre los iones de las redes cristalinas (observa en la imagen como el agua disuelve una sal por ejemplo cloruro sódico) de los compuestos iónicos, lo que origina una disminución importante de la atracción entre ellos, y en definitiva, provoca su disolución. Fijate como el anión (ejemplo Cl-) es rodeado por los H (tienen densidad de carga +) de varias moléculas de agua y el catión (ejemplo Na+) es rodeado por los O (tienen densidad de carga -) de varias moléculas de agua.  El agua también puede formar enlaces por puente de H con moléculas no iónicas pero que tienen grupos polares, por ejemplo: monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos… y causar su disolución. |
