Composición de los organismos vivosContenido sesión #2

1) Composición de los organismos vivos2) Características de los organismos vivos3) Célula: morfología bioquímica4) Homeostasis

Elementos de la materia viva

Según pruebas científicas nuestro planeta Tierra existe hace unos 4.500 millones de años, de igual manera se ha determinado que la vida comenzó hace aproximadamente 3.500 millones de años.

La evolución de los primeros organismos dio lugar a una amplia variedad de clases de seres vivos.

Aun cuando existe una gran diversidad de seres vivos, todo ellos están constituidos por elementos esenciales, tales como: Carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N).

La materia viva es aquella que forma parte de los seres vivos, presenta características y propiedades distintas de la materia inerte.

Estas características y propiedades tienen su origen en los átomos que constituyen la materia viva, así como el porcentaje en que forman parte de ella.

Bioelementos

Llamados también elementos biogenésicos, son los elementos químicos naturales que forman parte de la materia viva.

De los 92 átomos naturales solamente 27 son bioelementos, los mismos que se dividen en grupos según las propiedades que se presentan en los seres vivos.

La distribución de éstos no es la misma ni tampoco están presentes en la misma proporción en todos los seres vivos.

De acuerdo a su abundancia se los agrupa en 3 categorías: Bioelementos primarios, Bioelementos secundarios y Oligoelementos.

1) Bioelementos primarios: Son los más abundantes en los seres vivos, constituyen alrededor del 98% del total de la materia viva.

Son bioelementos primarios el Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Azufre y Fósforo.

Solamente el Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno están presentes en un 95% tanto en la naturaleza como en los seres vivos.

Aun cuando Fósforo y Azufre son bioelementos primarios se encuentran en cantidades menores, aunque esto no significa que sean menos importantes.

El fósforo por ejemplo forma parte de los fosfolípidos, en tanto que el Azufre participa en la formación de aminoácidos.

2)Bioelementos secundarios: Se encuentran en menor proporción en los seres vivos, están presentes en forma iónica (carga positiva o negativa).

Constituyen aproximadamente un 1% del total de la materia viva, dentro de este grupo se encuentran: Sodio, potasio, calcio, magnesio y cloro

3)Oligoelementos: Conocidos también como elementos traza, representan un porcentaje de 0.1%, entre estos tenemos: Cobre, Zinc, Manganeso, Cobalto, Molibdeno, Níquel, Hierro, Yodo y Silicio.

Biomoléculas

Cuando los bioelementos se unen entre sí forman moléculas constituyentes de la materia viva, que reciben el nombre de biomoléculas, conocidos también como principios inmediatos.

Se clasifican según su composición en:

Biomoléculas inorgánicas y Biomoléculas orgánicas

1) Biomoléculas inorgánicas: son aquellas que no están formadas por cadenas de carbono, no son formadas por los seres vivos, pero son muy importantes para ellos.

Son biomoléculas inorgánicas: el agua, sales minerales minerales y gases.

2) Biomoléculas orgánicas: están formadas por cadenas de carbono, son sintetizadas por los seres vivos.

Pueden ser simples como los aminoácidos, monosacáridos, nucleótidos, ácidos grasos.

Pueden ser complejas como proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos, lípidos.

Características que identifican a la materia viva

Al estudiar las biomoléculas (de forma separada) se puede ver que el comportamiento de éstas no se diferencia de aquel que se da en las moléculas de la materia inerte (rocas, tierra, aire).

Cumplen con todas las leyes físicas y químicas y sus propiedades se relacionan con la composición de sus elementos.

Sin embargo los organismos vivos manifiestan propiedades y atributos que no están presentes en la materia inerte.

Estas propiedades justamente hacen que un organismo vivo sea algo más que la suma de los elementos que lo constituyen.

A continuación veremos cuáles son esas propiedades que están presentes en las moléculas de la materia viva más no de la materia inanimada.

1) Los organismos vivos presentan un alto grado de composición química definida, estructuras complejas así como un alto grado de “orden y organización”.

2) Cada biomolécula cumple una función determinada.

Tanto estructura como función (1y 2) están estrechamente relacionados.

Mucho más que una gran complejidad, lo que distingue a los seres vivos de los inertes es la organización de sus estructuras y las funciones que se llevan a cabo.

Así las moléculas se organizan para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos órganos, los órganos sistemas y aparatos, y el conjunto de sistemas forman un individuo.

3) Realizan metabolismo, es decir tienen la capacidad de captar energía del medio ambiente y transformarla para obtener energía útil, con el fin de mantener la compleja organización interna.

4) Capacidad de responder adaptativamente a estímulos del medio ambiente.

5) Capacidad de auto reproducción, característica más importante de la materia viva.

Implica transferencia de información genética a través de generaciones.

Esta característica le permite al ser vivo hacer copia de sí mismo.

6) Experimentar cambios evolutivos, es decir los organismos modifican sus estrategias de vida que han heredado para sobrevivir a nuevas circunstancias.

Como resultado existe una gran diversidad de formas aunque superficialmente distintas, fundamentalmente relacionadas por sus ancestros.

La célula

Alguna vez pensó tener de cerca 1/1000 km de estatura?, probablemente no, pues es así como nos referimos a las células.

Las medimos en micrómetros, en millonésimas de milímetro, que es una milésima del metro, el cual a su vez es una milésima de kilómetro.

Las células de la imagen mostrada a continuación miden apenas unos cuantos micrómetros de estatura.

Antiguamente se creía que las enfermedades eran debidas a espíritus sobrenaturales.

La razón para eso era que el hombre no conocía la existencia de organismos como las bacterias, descubrimientos importantes como el microscopio, permitieron que el hombre conociera la existencia de la célula y pudiera estudiarla.

Nadie conocía la existencia de algo tan pequeño pero a la vez tan fundamental como lo es la célula hasta el siglo XVII.

Se realizaron algunos buenos intentos para desarrollar lo que hoy en día se conoce como el “microscopio”, como el caso de Jans y Zacharias Jensen (fabricantes de lentes).

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) es considerado como el padre de la microscopía, ya que fue quien perfeccionó el microscopio y permitió observar organismos tan diminutos como el caso de las bacterias.

Para el año 1665 Robert Hooke, cuando observaba una lámina de corcho en el microscopio se dio cuenta de que estaba constituida por diminutas celdas, razón por la cual las denominó células.

Los distintos estudios efectuados a raíz del descubrimiento de las células llevaron a que Schleiden y Schwann en 1839 establecieran la “teoría celular”, que postulaba lo siguiente:

1. Todos los seres vivos están formados por unidades microscópicas llamadas células.

2. La célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos.

3. Toda célula procede de la división de otra célula anterior.

En base a estos principios se puede definir a la célula como:

“La célula es la unidad morfológica y funcional básica de todo ser vivo, que tiene la capacidad de reproducirse, así como realizar todos los procesos metabólicos, físicos y bioquímicos que permiten la continuidad de la vida”.

Existen dos clasificaciones principales de las células: los eucariotas y los procariotas.

Procariotas:

Las primeras células que vivieron en la tierra se originaron por la unión de moléculas orgánicas formadas en los océanos, aparecieron hace unos 3.500 millones de años y durante 2 millones fueron los únicos habitantes del planeta.

Estas células primitivas se conocen como procariotas.

Procariotas deriva del griego pro=antes y karyon= núcleo, es decir este tipo de células carecen de núcleo.

Presentan una estructura relativamente sencilla, todos los organismos que carecen de membrana nuclear (los distintos tipos de bacteria) pertenecen a la familia de procariotas.

Los procariotas son los organismos más numerosos y difundidos sobre la tierra.

Esto se debe a que poseen metabolismos variados y son muy adaptables, lo que les permite estar presentes en una gran variedad de hábitats.

No contienen núcleo, ni mitocondrias, ni aparato de Golgi.

Esta célula no está compartimentada, el material genético no se halla en el núcleo sino en un tipo de cuerpo nuclear o nucleoide (irregular), es propia de bacterias y cianobacterias.

La célula procariota que mejor se conoce tanto a nivel bioquímico como genético es la de la bacteria Escherichia coli.

Las procariotas son las células más pequeñas que se conocen.

Dos grandes grupos de procariotas pueden distinguirse: Eubacterias o bacterias verdaderas y Arqueanos o arqueobacterias.

Las eubacterias habitan en los suelos, superficies de las aguas y tejidos de seres vivos o muertos (E. coli).

Las arqueobacterias de reciente descubrimiento, residen en medios hostiles como profundidades del océano y aguas saladas o ácidas

Tanto las bacterias como los arqueanos tienen aspecto y tamaño parecido.

Se diferencian por cuanto las Eubacterias o simplemente bacterias comienzan produciendo las cadenas de polipéptidos con formilmetionina (aminoácido modificado).

En tanto que las Arqueanos inician una cadena con metionina (igual que los eucariontes).

Eucariotas

La palabra eucariota deriva del griego eu= verdadero o cierto y karyon= núcleo, es decir poseen núcleo así como numerosos organelos.

Estas células presentan diámetros comprendidos entre 1 a 100 m, por lo que su volumen esμ superior al de las procariotas entre 1000 y 10.000 veces.

Pero no es el tamaño lo que caracteriza a este tipo de células sino la existencia de organelos que van a desempeñar distintas funciones.

En la célula eucariota se distingue:

1)Membrana plasmática, capa continua que rodea la célula y controla el intercambio de sustancias con el exterior.

2)Citoplasma, formado por un medio líquido, se encuentra entre la membrama plasmática y la membrana nuclear, en él se encuentran dispersos los organelos.

3)Núcleo, dirige la actividad de la célula, está rodeado por una doble membrana que tiene poros a través de los cuales se transmite la información genética del ADN al citoplasma

Como se puede observar la célula eucariota se encuentra compartimentada, contiene un núcleo diferenciado.

Es propia de animales, plantas y hongos.

Tamaños y formas de las células

Existe muchos tipos de células, cada una presenta un tamaño y forma característica.

En cuanto al tamaño este se mide en micrómetros o también micras.

1 micra= milésima parte del milímetro o 0.001mm.

La mayor parte miden de 5 a 50 micras otras miden más.

Así tenemos por ejemplo las células del músculo esquelético son de gran tamaño y pueden extenderse a lo largo de 30 cm de músculo con un diámetro de 100 micras.

Otras son muy pequeñas como los hematíes de la sangre que tienen un diámetro aproximado de 7 micras.

En cuanto a la forma de la célula ésta es muy variada y se relaciona con la función que realiza la célula, por ejemplo la forma alargada de las células musculares facilita su contracción.

Homeostasis u Homeostasia

Esta palabra deriva del griego homo u homeo que significa igual y stasis que significa quieto.

En palabras sencillas se puede definir a la homeostasis como: “proceso o conjunto de procesos por medio de los cuales un organismo mantiene las condiciones internas constantes necesarias para la vida”.

Todos los órganos y tejidos del organismo cumplen funciones que colaboran en el mantenimiento de estas condiciones constantes.

En los organismos vivos la homeostasis implica un consumo de energía con el fin de mantener un equilibrio dinámico.

Si las condiciones externas llegaran a alterarse por alguna razón los mecanismos homeostáticos mantendrían el equilibrio, es decir harían que los efectos que producen dichas alteraciones sean mínimos.

En el supuesto de que se presente alguna alteración y los mecanismos homeostáticos no puedan actuar el organismo puede enfermar, incluso morir.

La homeostasis implica una interacción entre órganos y células.

Los órganos requieren el trabajo individual de cada célula para cumplir sus funciones.

Las células necesitan que el órgano garantice condiciones estables de su medio interno, para lo cual deberán intervenir los sistemas digestivo, respiratorio, circulatorio, urinario, nervioso y endócrino.

Es decir los distintos tejidos, órganos y sistemas del cuerpo cumplen funciones que ayudan a mantener la homeostasia.

La principal función de los riñones es la regulación de la homeostasis del medio interno

El sistema renal elimina del cuerpo aquellas sustancias que no son necesarias o que aún siendo importantes se encuentran en exceso

Como resultado el sistema renal mantiene las sustancias que serán necesarias para el organismo.

El sistema gastrointestinal extrae de los alimentos los nutrientes necesarios para las células.

El sistema nervioso y el endócrino actúan como sistemas de control y regulación de todos los demás sistemas, con la finalidad de alcanzar el funcionamiento adecuado e integrado de estos.

Retroalimentación negativa: se conoce como negativa por el hecho de que se opone o se niega a un cambio en la condición controlada, es decir genera cambios en el sentido contrario al que le dio origen.

La mayor parte de los procesos homeostáticos utilizan retroalimentación negativa (se oponen a cambios y tienden a estabilizar condiciones internas).

Se conoce también como retroalimentación correctiva porque el sistema devuelve el valor alterado (aumentado o disminuido) a su nivel habitual (fisiológico), manteniendo la homeostasis.

Existe retroalimentación negativa en el caso de restaurar la temperatura corporal por enfriamiento.

En el siguiente gráfico se establece una relación de retroalimentación de cómo mantener la estabilidad de temperatura de un edificio y del cuerpo humano.

Retroalimentación positiva: no se opone a cambios sino más bien refuerzan el cambio que se está produciendo.

Este sistema de control opera generando cambios del mismo sentido al que le dio origen.

Aunque no es muy común en el cuerpo existe este tipo de retroalimentación positiva, interviniendo en el funcionamiento normal.

Un ejemplo típico de ésta R+ lo constituyen la aceleración rápida de las contracciones uterinas antes del parto.

El agua como componente de los seres vivos

“No puede haber vida sin agua”, la gran mayoría de las células son soluciones acuosas al 20%, es decir están constituidas por 80% de agua y 20% del resto de moléculas.

En el caso del ser humano el agua es el compuesto más abundante, constituyendo del 45 al 80% del peso corporal.

Está distribuida en dos grandes compartimientos: intracelular (40 a 50%) y extracelular (20%).

A su vez el espacio extracelular se divide en: intravascular (5%) e intersticial (15%).

Cada uno de estos compartimientos presentan propiedades particulares e independencia fisiológica, pero se relacionan entre sí.

Fuentes y requerimientos de agua

En estado normal el organismo humano controla su equilibrio de líquidos por medio de dos grandes mecanismos: ingestión (ingreso) y excreción (egreso).

Absorción o Ingestión del agua:

Las 3 fuentes que tiene el organismo para proveerse de agua son:

1) Ingerirla como tal o en otras bebidas (1200ml).

2) Agua presente en alimentos (1000ml), aun cuando son sólidos proporcionan agua (pepino 98%, jamón 58%, pan blanco 31%).

3) Agua metabólica (300 ml), procedente de la oxidación de alimentos (volumen varía según metabolismo de cada persona).

Excreción o Egreso del agua:

Se conocen diferentes vías por medio de las cuales se elimina el agua del organismo, las principales vías son:

1) Vía renal, el riñón excreta de 1200 a 1500 ml diarios de agua, posee gran capacidad para eliminar agua y diluir sólidos excretados.

Cuando existe escasez de agua, si el riñón posee poco agua para excretar las sustancias que se deben eliminar por la orina se crea una insuficiencia renal, acumulándose en el organismo sustancias de desecho.

2) Aparato digestivo, se elimina agua por medio de la materia fecal.

3) Vía cutánea, la eliminación del agua se hace a través de la sudoración, que constituye un mecanismo muy activo para la regulación de la temperatura corporal.

4) Excreción por los pulmones, debido al aire que se respira (humedad).

Equilibrio hídrico del agua

Es necesario debido a que permite conocer el manejo del solvente y de diferentes solutos en el organismo.

Los seres vivos ingresan y egresan agua y solutos constantemente.

En períodos cortos de tiempo los ingresos o ganancias pueden exceder a los egresos o pérdidas

Sin embargo en períodos de tiempos mayores debe existir un “equilibrio” entre ganancias y pérdidas hídricas

Los ingresos o ganancias deben corresponder con las pérdidas o egresos en un período de 24 horas, es decir el balance debe ser de cero (0).

En el caso de que no exista este equilibrio se producen consecuencias graves debido a que se modifican los volúmenes de los compartimientos y la relación soluto/solvente.

Balance Positivo: Ocurre cuando los ingresos son mayores que los egresos o los egresos son menores que los ingresos.

Es decir hay una ganancia que en el caso del agua puede deberse a una ingesta exagerada de la misma o por retención de líquidos.

Balance Negativo: Ocurre lo contrario, es decir hay disminución de los ingresos (pacientes inconscientes sin reposición hídrica adecuada) o exceso de los egresos por ejemplo en las diarreas abundantes, vómitos, etc).

INGRESOS = EGRESOS BALANCE CERO (0)

INGRESOS > EGRESOS BALANCE POSITIVO (+)

INGRESOS < EGRESOS BALANCE NEGATIVO (-)

Propiedades físico-químicas que tienen relevancia en su función biológica

Las propiedades del agua tienen un significado biológico profundo.

Las estructuras de las moléculas en las que se basa la vida, como son las proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos son el resultado de la interacción con su entorno acuoso.

Por tal razón las estructuras y procesos biológicos pueden comprenderse en relación con la constitución y propiedades del agua.

Su importancia radica además en la estructura que ésta posee, a partir de la cual se describen diferentes propiedades que la hacen muy especial e indispensable para la vida.

Calor específico:

El calor específico se define como: “Cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de una sustancia líquida en 1oC”

El calor específico del agua es el más alto de todas las sustancias es de 1.00cal/g, (con excepción del NH3).

Es decir que el agua absorberá gramo por gramo más energía calórica que otras sustancias.

Al absorber grandes cantidades de calor se rompen los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente.

Al tener el agua un alto calor específico actúa como un excelente amortiguador térmico.

Por esta razón es que se aprovecha ésta propiedad para utilizar el agua como enfriador en motores de autos y sistemas de calefacción.

Al estar los seres vivos constituidos por altos porcentajes de agua nos permitirá mantenernos regulados térmicamente de manera muy eficiente.

Al mantenerse la temperatura homogénea en el cuerpo mediante el bombeo de sangre del corazón hacia tejidos periféricos (componente más abundante de la sangre es el agua).

Calor de fusión:

El calor de fusión de un sólido (cristalino) se define como: “la cantidad de calor que se debe agregar a un 1 gramo del sólido para que pase al estado líquido a temperatura constante”.

Se mide en el punto de fusión del sólido y en el caso del agua esto ocurre a 0oC.

En el paso del hielo al agua el calor de fusión es relativamente alto (80 cal/g).

Esta propiedad representa la energía cinética que adquieren las moléculas del sólido para pasar de un orden contínuo hacia un orden discontínuo característico del líquido.

En los seres vivos, el alto calor de fusión del agua ofrece un sistema eficiente de protección contra el congelamiento.

Calor de evaporación:

Se trata de: “una medida de la energía que se suministra a una sustancia líquida para que al aumentar su movimento, las moléculas que la componen se separen unas de las otras para pasar al estado gaseoso”.

O lo que es lo mismo: “Energía gastada o calor necesario para evaporar 1 gramo de líquido”

El calor de evaporación del agua es de 540 cal/g

En el caso del agua presenta un elevado calor de evaporación que permite al organismo minimizar las pérdidas de agua que pudieran ocurrir en los seres vivos debido a la evaporación (deshidratación), como en climas cálidos cuando hay sudoración profusa.

Tensión superficial:

La tensión superficial es una fuerza de atracción ( su nombre lo dice tensión) que se produce en la superficie de un líquido, debido a la atracción que sufren las moléculas de la superficie hacia el centro, interior o seno del líquido.

Como resultado las moléculas de agua tienden a aglutinarse más en la superficie que en otras partes del líquido, producto de esto se formar algo similar a una membrana delgada y elástica que cubre la superficie.

El agua tiene una tensión superficial elevada a causa de sus puentes de hidrógeno.

Como resultado de ésta propiedad del agua conocida como tensión superficial, los insectos o el polvo fino pueden flotar a pesar de ser más densos que el agua, como podemos observar:

Acción Capilar:

Si las moléculas de agua se ponen en contacto con una superficie polar, atraerán hacia ellas otras moléculas, produciéndose un ascenso del líquido.

Este fenómeno se conoce como capilaridad, se lo puede observar en el endotelio de los vasos o en el vidrio de un tubo capilar.

Se puede decir de capilaridad a la propiedad de ascenso o descenso de un líquido dentro de un tubo capilar, por sus propiedades de adhesión y viscosidad.

Gracias a ésta propiedad, la savia (nutre plantas) va de la raíz al tallo y hojas.

La sangre que en su mayor parte es agua, puede completar el ciclo circulatorio a nivel de vasos pequeños debido a ésta propiedad.

Como ya se mencionó al hablar de capilaridad es importante tener presente dos conceptos: adhesión y viscosidad.

Adhesión: fuerzas intermoleculares que unen una sustancia a una superficie (agua es atraída y se mantiene adherida a una superficie).

Viscosidad: propiedad que tiene un fluido para resistirse al flujo. Un líquido es menos viscoso mientras más rápido fluya.

Otras propiedades físico-químicas del agua:

1) Hidratación: Capacidad que presenta el agua para rodear a los iones. Cuando el solvente es distinto del agua ésta propiedad se conoce como solvatación.

2) Hidrólisis: Reacción química en la cual interviene una molécula de agua que reacciona con otra molécula diferente.

En la reacción se fragmentan ambas moléculas, la del agua en un protón H+ e ión OH- cada una de las cuales se une a uno de los fragmentos de la otra molécula.