secuencia didactica I:NIVEL MOLECULAR Y NIVEL CELULAR

TEMA N0. 1.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS SOBRE EL ESTUDIO DE LA CÉLULA.

Hasta hace relativamente poco tiempo (300 años), la ciencia no se basaba en la observación, pero se sabía que el hombre (Aristóteles) estaba formado por partes pequeñas que componían un todo, pero no se conocían debido a la falta de avances técnicos y al marco filosófico.

En el siglo XVII aparece la Citología e Histología como ciencia debido a:

• Aparición de Bacon, Descartes...: lo que era una ciencia especulativa pasó a basarse en la experiencia y la observación.

• Avances tecnológicos: uso de lentes para aumentar el tamaño de las cosas. 
• El primero que utilizó las lentes correctamente fue el holandés ANTON VAN LEEWUENHOEK quien consiguió aumentos de hasta 250x. Esto dio lugar a que fuera el precursor de los conocimientos citológicos. Es el primero que realiza observaciones microscópicas racionales, realizó observaciones de todo tipo y sus descripciones de: glóbulos rojos, espermatozoides,... Pero no sabía cuales eran los componentes básicos de la materia viva, eran simplemente observaciones.
•  

• ROBERT HOOKE fue miembro de la Royal Society (primera asociación científica y muy selecta) y presentó a Leewuenhoek a la Royal Society los cuales lo aceptaron. Hooke mejoró los microscopios y realizó más observaciones, fue el primero que utilizó la palabra célula para describir lo que veía. Eligió este término porque observo la pared de una célula de corcho y al parecerse a las celdillas de un panal le puso ese nombre. En el siglo XVIII la ciencia no avanza apenas pero será entrando el siglo XIX (1820) cuando la ciencia se expande. El marco filosófico era el adecuado (Comte con el positivismo) y los avances técnicos son muy grandes debido a la revolución industrial que repercutió en la mejora de los microscopios.

THEODOR SCHWAN

Mathias Schleiden

Tomando como base a Hooke y a Leewuenhoek dos alemanes -independientemente- MATIAS SCHLEIDEN en los vegetales y THEODOR SCHWANN en los animales se dan cuenta de que hay algo común, independiente e igual que da lugar a las estructuras que observaban (la célula). Es así como surge la TEORÍA CELULAR cuyo postulado es: las células constituyen las unidades estructurales y funcionales básicas que componen los seres vivos. Esto era la unificación de todo lo que se sabía acerca de las células.

Por la misma época, un médico, XAVIER M. BICHAT introduce el concepto de tejido sin utilizar el microscopio. Seleccionaba alguna parte de un ser vivo y lo reducía al mínimo (hirviéndolo...). A ese mínimo lo llamó tejido, y lo definió como parte esencial que constituye el órgano y que posee propiedades homogéneas.

Posteriormente RUDOLPH VIRCHOW tomó el concepto de tejido y lo unió a la teoría celular y debido a la mejora de los microscopios y las técnicas de tinción vio que Bichat estaba equivocado y que los tejidos estaban formados por células. Y, además, sugirió que toda célula proviene de otra célula cuando hasta entonces lo que predominaban eran las ideas preformacionistas.



Asociado con otros estudios, en esta época Gregor Mendel promulga sus leyes de la Genética, se mejoran los microscopios en 1850 y, además, también se desarrollan las técnicas de tinción.

En la actualidad, en pleno siglo XX disfrutamos de grandes avances técnicos. Pero veamos cronológicamente los sucesos. A principios de siglo se tenían microscopios ópticos y técnicas de tinción muy desarrolladas que propiciaron un gran desarrollo de la Citología. Personajes importantes de esta época son Hugo de Vries, Santiago Ramón y Cajal...

Hugo de Vries descubrió cómo las células transmiten sus caracteres a su descendencia, él cree que es el único pero ya Mendel lo había propuesto en el siglo pasado, y entonces se dedica a unificar lo que él había descubierto con las leyes de Mendel dando lugar a la Citogenética.

Así tenemos que la célula es la unidad estructural, funcional y genética, esto es la teoría celular al 95%.

En el caso del cerebro pensaban que no habían células sino una masa protoplásmica continua, debido a que estaba formado como una red, cosa que casaba con la religión que pensaba que el alma se encontraba en el cerebro. Pero con Santiago Ramón y Cajal se vio que el sistema nervioso estaba formado por un tejido de células. La demostración le valió el premio Nobel de Medicina de 1906. Así dijo que no había excepciones a la teoría celular.

La teoría celular puede resumirse en que la célula constituye la unidad estructural y funcional básica que compone los seres vivos, no hay unidad de vida autónoma más pequeña que la célula y una célula proviene de otra.

HARRISON-CARREL probaron a disociar células y vieron si podían crecer cada una por separado. Es la técnica de cultivos celulares que consiste en mantener una célula viva en cámaras especiales. Se inventó en los años 30 el microscopio electrónico por LUSCHKA. Utilizó en lugar de luz natural, electrones. Los electrones proporcionan más definición pues la longitud de onda de la luz natural es de 0,4 micras y por tanto no podemos ver con luz natural, lo que sea menor de 0,4 micras. Con electrones la longitud de onda es de 0,1 nm. Pero dado que las muestras debían prepararse en el vacío, su aplicación se retrasó 20 años.

 

Después de la segunda guerra mundial se produjo un grandísimo desarrollo en el que por fin se usa el microscopio electrónico. Siendo uno de los grandes avances el descubrimiento a finales de los 50 de la doble hélice del DNA.

http://www.cienciaybiologia.com/bgeneral/historia-estudio-celula.html

I.-2.- AVANCES DE LA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR ACTUAL.

La Biología moderna se basa en entender cómo las biomoléculas y sus interacciones permiten explicar la "vida” de las células, no solo como entidades aisladas, sino como integrantes de organismos multicelulares. Cuanto mayor es el conocimiento de la estructura y función de las biomoléculas, de las células y del proceso del desarrollo embrionario más se comprende que los principales procesos vitales tienen notables similitudes en todos los seres vivos.

La Biología Molecular nace de la integración de disciplinas científicas que dentro del campo global de la Biología habían permanecido hasta hace poco tiempo separadas. Así por ejemplo, la estructura y reacciones entre biomoléculas era tradicionalmente el campo de la Bioquímica, la localización subcelular de biomoléculas y orgánulos eran característicos de la Biología Celular, la identificación, mapeo y regulación de la expresión genética eran el objeto de la Genética.

Pues bien, la Biología Molecular se asienta sobre los conocimientos y conceptos adquiridos en estas asignaturas englobándolos y proporcionando una visión unificada. Para alcanzar el objetivo de obtener información sobre los procesos vitales utiliza las técnicas de todas las disciplinas mencionadas independientemente de su origen. No hay ya fronteras entre estas disciplinas sino solo matices

Dos aproximaciones experimentales recientes han influido mucho en el desarrollo de la Biología Molecular: la Genómica o conocimiento de la secuencia completa del DNA de muchos organismos y la Proteómica o conocimiento de la estructura tridimensional, funciones e interacciones entre proteínas. Además constantemente, se desarrollan nuevas herramientas que permiten el estudio y conocimiento de los organismos vivos con mayor profundidad.

Algunos aspectos de la Biología Molecular en los que el conocimiento científico ha producido avances significativos y que tienen o pueden tener repercusión en la identificación, conocimiento o tratamiento de algunas enfermedades comunes. 

Uno de los avances más notables de la Biología Molecular de los últimos años es la secuenciación del genoma humano y de otros genomas. Entre las consecuencias de este avance se encuentra la posibilidad de analizar la expresión simultánea de miles de genes mediante la tecnología de los arrays o “chips” de DNA tanto en estados normales como patológicos.  Se ha conocido asimismo recientemente la estructura de la cromatina y cómo la RNA polimerasa II interactúa con activadores y coactivadores para regular la transcripción.

El conocimiento de cómo las proteínas se pliegan hasta obtener su conformación nativa representa una de las fronteras de la biología molecular. En los últimos años, se han obtenidos notables avances sobre los procesos del plegamiento de las proteínas, intervención de chaperonas, así como, sobre el destino de las proteínas sintetizadas en los ribosomas, hacia orgánulos subcelulares específicos y sobre los de degradación controlada de proteínas en el proteosoma . Alteraciones de estos procesos están en la base de la enfermedad de Alzheimer y de otras enfermedades neurodegenerativas.

Por otra parte, también se ha producido un avance notable en la identificación de las vías de señalización que controlan la proliferación, el crecimiento, y motilidad de las células. Así mismo, se conoce ya con bastante detalle, el proceso del ciclo celular y de la muerte celular programada (apoptosis). Estos hallazgos, unidos a los anteriores, han permitido grandes avances en la biología molecular del cáncer como es, la identificación de los oncogenes y de los genes supresores, el conocimiento de su modo de acción, así como su aplicación al diagnóstico y tratamiento. 

SECUENCIA No.I.- NIVEL DE ORGANIZACIÓN BIOQUÍMICO: BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS.

Bioelementos

Los elementos de la vida Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos . Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

1. Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N
   Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.
   Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
   1. Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones
   2. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico
   3. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables.
   4. A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes .
      Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.
      
      
      
      
      
      
      
      
      

1. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc.,
   
   permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas . Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de cración de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.
2. 1. permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas . Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de cración de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.
   2. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples. 
      
      
      lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.
      
      
      
      
   • Bioelementos secundarios S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl
     Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.




Azufre			Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A
Fósforo			Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
Magnesio			Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo.
Calcio			Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
Sodio			Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Potasio			Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Cloro			Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial



Oligoelementos
Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo.
Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro:


Hierro			Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.
Manganeso			Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.
Iodo			Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo
Flúor			Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.
Cobalto			Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .
Silicio			Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.
Cromo			Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.
Zinc			Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
Litio			Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno			Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

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LAS BIOMOLÉCULAS

Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas reciben el nombre de Biomoléculas oPrincipios Inmediatos.

 Clasificación.

Las biomoléculas las podemos dividirlas en dos grupos:
-Orgánicas: Son exclusivas de la materia viva, tienen un alto porcentaje de carbono. Muchas de ellas tienen una gran complejidad y se denominan macromoléculas o polímeros estando formadas por la unión de unas unidades más sencillas denominadas monómeros.
-Inorgánicas: Están presente tanto en la materia viva como en la inerte.

Biomoléculas.
            -Inorgánicas
                        Agua
                        Sales minerales
            -Orgánicas
                        Glúcidos
                        Lípidos
                        Prótidos
                        Ácidos nucleicos

                    Hormonas

                    Vitaminas

 

 

LOS ÁTOMOS Y LAS MOLÉCULAS DE LOS SERES VIVOS. LAS MOLÉCULAS INORGÁNICAS.

EL AGUA:

 Generalidades

Es el compuesto más abundante de la materia viva. Por término medio representa el 75 % del peso de la misma.

El contenido de agua no es igual en todos los seres sino que varía de unas especies a otras.

Hombre: 70 %  Pino: 47 %      Medusa: 95 %
Maíz: 86 %      Lombriz: 83 %  Trébol: 90 %

Dentro de una especie, la cantidad de agua varia de unos órganos a otros dependiendo de la actividad biológica de las células, siendo tanto mayor el contenido de agua cuanto mayor sea la actividad de las células.

En el hombre el contenido medio es del 70 %
-Tejido óseo: 40 % -Sangre: 79 % -T.Nervioso:85 % -Dentina: 10%

·También varía de unos individuos a otros dependiendo de la edad.
En el hombre: -Embrión: 94 %  -Niños: 78 %  -Ancianos: 65 %

El agua de los seres vivos se está renovando continuamente, de tal manera que existe un continuo aporte y una continua eliminación, existiendo un equilibrio entre ambos. El aporte de agua al organismo se puede realizar de dos formas:

· Incorporándola del medio externo bien tomándola en forma líquida, mediante la bebida de la misma y de otros líquidos; o bien mediante la ingestión de alimentos más o menos ricos en agua. A esta agua se la llama agua exógena 

·Se puede obtener dentro del organismo a partir de otras moléculas orgánicas mediante diferentes reacciones metabólicas. A esta agua se la llama agua endógena. Esto explica porque algunos organismos muy sencillos como el pececillo de plata no necesita tomar agua del exterior, ya que con la que obtiene mediante el metabolismo les es suficiente. Igualmente explica porque los camellos pueden pasar tanto tiempo sin beber agua, gracias al metabolismo de las grasas.

La eliminación de agua se realiza de diversas maneras:

Mediante la orina, por el sudor y la transpiración, por la heces, mediante la respiración etc.

¨El agua es fundamental para la vida debido a que las propiedades químicas que tiene le permiten desempeñar funciones muy importantes. Es tan importante que todo organismo desprovisto de ella muere, solo algunos organismos inferiores como protozoos y determinados órganos como semillas pueden reducir considerablemente la cantidad de agua, pero entonces pasan a una vida latente reduciendo considerablemente sus actividades.

Mantener una correcta hidratación es importantísimo, ya que en nuestro organismo son perjudiciales los valores altos y bajos de agua. Aunque el agua no nos proporciona energía es un elemento del que no podemos prescindir, ya que interviene en numerosas reacciones bioquímicas necesarias para el buen funcionamiento de nuestro organismo. También interviene en otros procesos fisiológicos esenciales, como son la termorregulación, la absorción de nutrientes o la excreción renal.

Metabolismo y balance hídirco

El agua como tal no se digiere y el 95% se absorbe en el intestino delgado y en el grueso el 5% restante. Además, el agua no se metaboliza. El exceso se elimina por la orina a través de los riñones. Es por ello fundamental que en el interior del organismo exista un balance hídrico adecuado (ver Tabla 4), es decir, que el consumo de agua - junto a la producción de la misma de forma endógena-, debe estar equilibrado con las pérdidas de líquido.

Las perdidas del agua ocurren por cuatro vías distintas:

1. - Renal, a través de la orina (alrededor de 1,5 L/día)
2. - Cutánea, por medio del sudor (alrededor de 350 mL/día)
3. - Pulmonar, a través de la respiración (alrededor de 400 mL/día)
4. - Digestiva, en las heces.

Cuando hay una ingesta excesiva de agua o de solutos, se ponen en marcha distintos mecanismos de recuperación y restablecimiento del balance hídrico.

Aumento de la ingesta

Cuando se ingiere mucha cantidad de liquido procedente de la bebida o comida rica en agua, se producirá una pérdida de agua extra por vía renal, mediante la producción abundante de orina diluida. Este mecanismo impide la hinchazón corporal debida al agua, ya que el exceso se elimina por la orina.

Ingesta deficitaria

Cuando no se ingiere la cantidad de agua necesaria para mantener el balance hídrico, disminuye la eliminación renal, dando lugar a una orina muy concentrada. Si la ingesta de líquidos es muy baja, se puede producir una deshidratación de mayor o menor gravedad. Habitualmente, el individuo corrige esta situación al experimentar una gran sensación de sed, que al calmarla ingiriendo líquidos recuperará el balance hídrico.

Eliminación excesiva

Cuando hay una eliminación excesiva de líquido, existe riesgo de que se produzca una deshidratación del organismo, por lo que se debe compensar bebiendo líquido y activando mecanismos para evitar la excreción renal. Pueden ocurrir:

1. a) Pérdidas renales: Se produce una pérdida mayor si la dieta es rica en proteínas y sales minerales. Los metabolitos de las proteínas se eliminan por vía renal y necesitan agua para diluirlos, por lo que aumenta la pérdida de agua.
2. b) Pérdidas cutáneas: Los factores que afectan a la pérdida cutánea de líquidos mediante sudoración son:
• - La temperatura del medio ambiente.
• - La temperatura del organismo y fiebre.
• - La actividad física.
3. c) Pérdidas pulmonares: Cuando se realiza una actividad física intensa aumenta la función respiratoria, que produce un aumento en la eliminación de vapor de agua por las vías respiratorias.
4. d) Pérdidas digestivas: Cuando el sujeto tiene diarrea, se puede perder una gran cantidad de agua por vía fecal.

Eliminación deficitaria

La eliminación deficitaria se produce principalmente cuando existe una patología relacionada con la insuficiencia renal.

Reguladores fisiológicos del equilibrio hídrico.

El organismo utiliza dos sistemas para equilibrar el contenido hídrico (Tabla 5):

• a) Aumentar o no la sensación de sed. El centro de la sed se sitúa en el hipotálamo y se activa cuando existe un balance hídrico negativo.
• b) Producir una orina más o menos concentrada mediante la actuación de diversas hormonas. Las dos hormonas más relevantes para la regulación del equilibrio hídrico son: i) la hormona antidiurética o ADH que se produce en el hipotálamo y ii) la hormona aldosterona, producida en la glándula suprarrenal. La aldosterona provoca absorción de sodio vía renal y, paralelamente de agua.
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• Contenido Corporal

El contenido de agua en nuestro organismo varía entre el 45% y 75 % de la masa total, con un valor medio cercano al 60%. Estos porcentajes difieren en función del individuo, como ocurre en el caso de atletas cuyo porcentaje de agua es mayor debido a que poseen un contenido bajo de grasa y alto de glucógeno. Además, cabe mencionar que el contenido en agua varía en diferentes tejidos u órganos (ver Tabla 1), como es el caso de huesos y tejido adiposo, donde el porcentaje de agua es inferior (entre el 10% y 20%) al de otros órganos del cuerpo como el riñón (83 %) o el hígado (68%). En la Tabla 1se muestra el contenido aproximado de agua de diferentes órganos y tejidos.

¿Sabías qué?

Compartimentos acuosos

El agua se distribuye en nuestro organismo en distintos compartimentos acuosos, que se encuentran separados por membranas celulares: el líquido intracelular y el líquido extracelular, que a su vez incluye el líquido intersticial y el plasma. Además, existe una pequeña cantidad de agua transcelular que se localiza en las articulaciones, el sistema cerebroespinal y los globos oculares (ver Tabla 2). Aunque ambos compartimentos poseen las misma osmolaridad, presentan diferentes características físico-químicas.

Tabla 2. Contenido de agua en diferentes compartimentos acuosos del organismo. Fuente: Scientific Opinion on Dietary Reference Values for water. EFSA Journal, 2010.

Funciones

El agua no es una fuente de energía al no ser oxidada por el organismo, es decir el agua no engorda. Sin embargo presenta diferentes funciones vitales para los seres vivos, que se describen a continuación.

1. - El agua estabiliza la estructura de las macromoléculas como proteínas o polisacáridos entre otras, gracias a la formación de puentes de hidrógeno (Figura 4).

Figura 4. Formación de puente de hidrógeno entre dos moléculas de agua.
 
• - Es el medio acuoso donde se disuelven todos los líquidos corporales, como la sangre, linfa, secreciones digestivas, agua de perspiración, heces y orina, es decir, tanto las secreciones como las excreciones.
• - Facilita el transporte de nutrientes al interior de las células.
• - Facilita el transporte de las sustancias de desecho.
• - En los procesos digestivos, interviene en la disolución de los nutrientes que contienen los alimentos y en la digestión de los mismos mediante la hidrólisis.
• - Interviene en la termorregulación del organismo a través de la evaporación de agua por la piel.
• - Se comporta como disolvente universal de aniones, sustancias anfipáticas y no iónicas.
• - Es el sustrato o bien el producto de diferentes reacciones enzimáticas.
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• .http://www.henufood.com/nutricion-salud/aprende-a-comer/agua/
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Estructura del agua

El agua tiene una estructura muy característica que determina sus propiedades.
·La molécula de agua está formada por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, cada átomo de hidrógeno se une al átomo de oxígeno mediante un enlace covalente simple (comparten un par de electrones). Estos átomos se disponen en el espacio formando un ángulo de 105º con el oxígeno situado en el vértice.

·La molécula de agua es dipolar; ello es debido a que, aunque la carga neta es 0, al ser el oxígeno más electronegativo que los hidrógenos, atrae con más fuerza a los electrones de enlace y por ello están más cerca del átomo de oxígeno que de los átomos de hidrógeno, esto hace que aparezcan 2 zonas con cargas distintas: una con carga negativa, donde la densidad electrónica (d-) es mayor, en la región que ocupa el átomo de oxígeno y; otra con carga positiva, dónde la densidad electrónica (d+) es menor, en las regiones que ocupan los átomos de hidrógeno.
                                                

·El carácter polar de la molécula de agua es de gran importancia, ya que permite que las moléculas de agua se puedan unir entre sí, con otras moléculas polares y con iones, mediante atracciones electrostáticas débiles llamadas puentes de hidrógeno (*). Este enlace se establece entre el átomo de oxígeno de una molécula (negativo) y los átomos de hidrógeno de otras (positivo). Cada molécula de agua puede formar hasta 4 puentes de hidrógeno, y aunque estos enlaces son mucho más débiles que los covalentes (1/20), se rompen y se crean constantemente lo que permite que se formen polímeros de agua constituidos por hasta 8 ó 9 moléculas de agua que se disponen formando una estructura de tipo reticular. Esto explica muchas de las propiedades que posee el agua



*) Los puentes de hidrógeno son atracciones electrostáticas intermoleculares que se producen, entre un átomo electronegativo de una molécula y un átomo de hidrógeno de otra molécula que está unido mediante enlace covalente a otro átomo electronegativo (O, N, etc.). Son unas 20 veces más débiles que los covalentes.

Propiedades físico-químicas del agua.

Debido a su carácter polar el agua tiene una serie de propiedades muy características destacando las siguientes:

      1º-  A Tª ambiente se encuentra en estado líquido, al contrario de lo que ocurre con otras moléculas de similar peso molecular como CO2, NO2 etc. Esto es debido al carácter dipolar, ya que al formar polímeros las moléculas se mantienen unidas.

2º-  Los enlaces por puentes de hidrógeno duran muy poco tiempo, se rompen y se crean constantemente esto hace que no sea viscosa sino fluida.

3º-  Tiene una elevada fuerza de cohesión gracias a los puentes de hidrógeno que se dan entre las moléculas, esto hace que sea un liquido casi incompresible y que tenga una elevada tensión superficial es decir que su superficie libre forme una lamina difícil de romper.

4º-  Tiene una elevada fuerza de adhesión es decir se puede unir fuertemente a las paredes de los recipientes, gracias a los puentes de hidrógeno que se dan entre las moléculas de agua y otras moléculas polares. Esta adhesión junto con la cohesión son las responsables de los fenómenos de capilaridad que permiten al agua ascender a través de tubos muy delgados lo cual es muy importante en el transporte de la savia bruta a través de los vasos leñosos.


                                                                                                                                                           5º-  Tiene un elevado calor específico. Se necesita mucho calor para variar la Tª un grado ya que parte de la energía se gasta no en aumentar la Tª sino en romper los puentes de hidrógeno.-  Tiene un elevado calor de vaporización. Se necesita mucho calor para pasar de líquido a gas, esto es debido a que para pasar al estado gaseoso tienen que romperse primero todos los puentes de hidrógeno y en ello se gasta parte de la energía.





7º-  Tiene una gran capacidad de disolvente, es el líquido que más sustancias disuelve, por ello se le considera como el disolvente universal. Esto es debido a que por su polaridad se puede interponer entre los iones de las redes cristalinas de los compuestos iónicos y disminuir la atracción entre ellos provocando su separación y por lo tanto su disolución. Igualmente debido a la capacidad que tiene para formar puentes de hidrógeno con las sustancias polares disuelve a aquellas sustancias que tengan grupos polares


8º-  El agua en estado sólido es menos densa que en estado líquido, por eso el hielo flota sobre el agua líquida. Esto permite en el medio acuático, en las épocas frías, la existencia de vida por debajo de las capas de hielo.

 Funciones del agua

Debido a las propiedades que tiene, el agua desempeña numerosas e importantes funciones entre las cuales destacan las siguientes:
1º-  Función metabólica: Es el medio en el que se producen la mayoría de las reacciones metabólicas, puesto que las sustancias para que reaccionen tienen que estar disueltas. Además en muchas de estas reacciones el agua actúa como reactivo como por ejemplo en las reacciones de hidrólisis que ocurren en la digestión. Igualmente es la fuente de hidrógenos en la fotosíntesis vegetal

2º-  Función transportadora: El agua actúa como vehículo transportador de sustancias por el interior del organismo y entre el exterior y el interior del mismo, debido a que es líquida y es un excelente disolvente, las sustancias son transportadas disueltas en ella.

3º-  Función estructural: Debido a la elevada fuerza de adhesión y cohesión da forma a las células que carecen de membrana rígida regulando los cambios y deformaciones del citoplasma.

4º-  Función amortiguadora y lubricante: Debido a la baja viscosidad, actúa como lubricante facilitando el deslizamiento entre los órganos y amortiguando los rozamientos.

          5º-  Función termorreguladora: Debido al elevado calor específico y al elevado calor de vaporización, regula la Tª del organismo amortiguando las variaciones bruscas de la Tª externa y ayuda a mantener constante la Tª del cuerpo en los animales homeotermos o endotermos.

SALES MINERALES

Son moléculas inorgánicas que están presentes en la materia viva en pequeña cantidad. Son importantes entre otras cosas porque aportan al organismo elementos necesarios.
Se pueden encontrar de varias formas: precipitadas, disueltas y asociadas a moléculas orgánicas

·Precipitadas: En este caso son insolubles y forman parte de estructuras sólidas (huesos, caparazones, espículas, etc.) a los que dan dureza y rigidez, que facilita su función de sostén y protección. Así tenemos:
-Carbonato cálcico se encuentra en los caparazones de diversos animales (moluscos, crustáceos, protozoos, corales, etc.)
-Fluoruro de calcio en los dientes.
-Fosfatos y carbonatos cálcicos se encuentra en los huesos de los vertebrados.
-Sílice en los caparazones de diatomeas, espículas de esponjas, en ciertas estructura de sostén de los vegetales (gramíneas, etc.).

·Disueltas: En este caso están disociadas en iones que pueden ser:
Aniones: Cl-  ,CO32-  ,HCO3-  ,PO43-  etc.
Cationes: K+  ,Na+  ,Ca2+   etc.
Cuando están disueltas desempeñan principalmente las siguientes funciones:

1º.-Regulan los fenómenos osmóticos. Manteniendo el grado de salinidad del medio interno, ya que, sí este varía pueden producirse fenómenos osmóticos desfavorables para las células

.
2º- Mantienen el pH del medio interno, impidiendo que se produzcan variaciones del mismo, esto lo hacen formando disoluciones amortiguadoras de pH.

3º- Algunos cationes provenientes de la disociación de las sales realizan acciones específicas muy importantes. Ejemplo Na+ y K+ intervienen en la propagación del impulso nervioso. Ca2+ interviene en la coagulación, en la contracción muscular, etc.

·Formando parte de moléculas orgánicas. Algunos iones están asociados a moléculas orgánicas, así tenemos
Fosfato forma parte de las fosfoproteínas, fosfolípidos, ATP, Ác. Nucleicos, etc.
Hierro forma parte de la hemoglobina.
Magnesio de la clorofila.
Cobalto de la vitamina B12

 

LOS GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS.

1. CARACTERISTICAS GENERALES

Los glúcidos son biomoléculas orgánicas que están formadas principalmente por C, H y O.
Su formula general empírica  es C_nH_2nO_n = n(CH₂O), en algunos puede variar ligeramente, lo cual hizo pensar que estaban formados por átomos de carbono hidratados y por ello se les conoce con el nombre de hidratos de carbono o carbohidratos, hoy se sabe que no es así y por lo tanto este nombre no es correcto aunque se sigue utilizando.

Desde el punto de vista químico los glúcidos son polialcoholes (tienen varios grupos alcohólicos o hidroxilos   -OH) y un grupo carbonilo (-C = O) que puede ser aldehído o cetónico. Por ello podemos decir que son polihidroxialdehídos o polihidroxiacetonas.

El termino glúcidos con que se conocen estos compuestos deriva del griego "glykos" que significa dulce, esto puede conducir a confusión puesto que no todos tienen sabor dulce

CLASIFICACIÓN

Los glúcidos se clasifican según su estructura. En dos grandes grupos:
Osas o monosacáridos: Son los glúcidos más sencillos que existen, no son hidrolizables, pueden tener entre 3 y 9 carbonos, aunque los más corrientes tienen entre 3 y 6. Constituyen las unidades o monómeros a partir de las cuales se originan los demás glúcidos. Dentro de ellos atendiendo a como sea el grupo carbonilo se diferencian dos grupos:

Aldosas. El grupo carbonilo es un aldehído.
Cetosas. El grupo carbonilo es una cetona.

Ósidos: Son glúcidos más o menos complejos, formados por la unión de varios monosacáridos o derivados de monosacáridos exclusivamente (Holósidos) o bien por monosacáridos o derivados de monosacáridos y otros compuestos no glucídicos (heterósidos). Estos compuestos mediante hidrólisis se descomponen en los monómeros constituyentes. Dentro de este grupo se diferencian a su vez dos grupos:

Holósidos. Son ósidos formados únicamente por monosacáridos o derivados de los mismos. Según el número de monosacáridos se diferencian dos grupos:

 Oligosacáridos. Contienen entre 2 y 10 monosacáridos. Los más importantes son losdisacáridos

 Polisacáridos. Están formados por más de 10 monosacáridos. Dentro de ellos se diferencian dos grupos atendiendo a su composición.  

Homopolisacáridos. Están formados por un solo tipo de monosacáridos.

Heteropolisacáridos. Están formados por más de un tipo de monosacáridos.

¨Heterósidos. Son ósidos formados por monosacáridos o derivados de monosacáridos y otras moléculas no glucídicas de distinta naturaleza. Según estas se diferencian varios grupos:glucolípidos, glucoproteínas, etc. 

 

 CONTINUARA...