BIOLOGA CONCEPTOS BSICOS Y GENERALES

COMPOSICIN QUMICA DE LOS SERES VIVOS Ms del 96% de la materia viva est compuesta por 4 bioelementos o elementos primarios: hidrgeno (H), carbono (C), nitrgeno (N), oxgeno (O). (C.H.O.N). El resto de la materia viva est constituida por varios elementos qumicos, repartidos entre 9 elementos secundarios que constituyen el 3,9%: calcio (Ca), fsforo (P), potasio (K), azufre (S), cloro (Cl), sodio (Na) magnesio (Mg), hierro (Fe), yodo (Y) y 13 micro constituyentes o oligoelementos que constituyen menos del 0,1%:, flor (F), silicio (Si), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), zinc (Zn), aluminio (Al), boro (B), cromo (Cr), cobalto (Co), cobre (Cu), selenio (Se), estao (Sn), vanadio (V). Dando un total de 26 elementos.

PORCENTAJE DE LOS ELEMENTOS EN EL CUERPO HUMANO: oxgeno (O) 65%, carbono (C) 18,5%, hidrgeno (H) 9,5%, nitrgeno (N) 3,3%, calcio (Ca) 1,5%, fsforo (P) 1%, potasio (K) 0,4%, azufre (S) 0,3%, cloro (Cl) 0,2%, sodio (Na) 0,2%, magnesio (Mg) 0,1%, hierro (Fe) 0,1%, yodo (I) 0,1%, flor (F), silicio (Si), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), zinc (Zn), aluminio (Al), boro (B), cromo (Cr), cobalto (Co), cobre (Cu), selenio (Se), estao (Sn), vanadio (V) trazas. El oxigeno forma parte del agua y de muchos compuestos orgnicos, se utiliza en la generacin de ATP. El carbono forma parte de carbohidratos, lpidos, protenas y cidos nucleicos (ADN y ARN). El hidrgeno forma parte del agua, se ioniza (H+) y da mayor acidez a los lquidos corporales. El nitrgeno es componente de todas las protenas y los cidos nucleicos. El calcio contribuye al endurecimiento de los huesos y los dientes, en forma inica (Ca ) es necesaria para la coagulacin de la sangre, la liberacin de hormonas, la contraccin muscular y otros procesos. El fsforo est en los huesos y dientes y forma parte de los cidos nucleicos y del + ATP. El potasio en forma ionizada (K ) es el catin (+) ms abundante en el lquido intracelular, es necesario para los impulsos nerviosos y musculares. El azufre es componente de algunas + vitaminas y protenas. El sodio en forma ionizada (Na ) es el catin (+) ms abundante en el lquido extracelular, es necesario para los impulsos nerviosos y musculares y para mantener el equilibrio hdrico. El cloro es el anin (-) ms abundante en el lquido extracelular, importante para 2+ mantener el equilibrio hdrico. El magnesio en forma ionizada (Mg ) es necesario para acelerar las reacciones qumicas en el organismo. El yodo regula el metabolismo y constituye como parte 2+, 3+ de las hormonas tiroideas. El hierro en forma inica (Fe Fe ) compone la hemoglobina que es una protena que transporta oxgeno en la sangre.Tabla 1 Minerales: Fuentes, funciones y deficiencias MINERAL Principal Calcio Leche, queso, legumbres, verduras Alimentos que contienen sal, algunas verduras y frutas Formacin de huesos y dientes, coagulacin sangunea y transmisin nerviosa Regulacin de fluidos entre clulas o capas de clulas Raquitismo, osteoporosis FUNCIONES PRINCIPALES EFECTOS DE LA DEFICIENCIA2+

ALIMENTOS EN LOS QUE SE ENCUENTRA

Cloro

Desequilibrio cido-base en los fluidos corporales (muy raro)

Magnesio Cereales, verduras de hoja verde

Activacin de enzimas, sntesis de Fallos en el crecimiento, protenas problemas de comportamiento, convulsiones

Fsforo

Leche, queso, yogur, pescado, Formacin de huesos y dientes, aves de corral, carnes, mantenimiento del equilibrio cereales cido-base Bananas, verduras, patatas, leche, carnes Pescado, aves de corral, carnes Sal de mesa Mantenimiento del equilibrio cido-base y de fluidos, transmisin nerviosa Mantenimiento del equilibrio cido-base y funcionamiento del hgado

Debilidad, prdida de calcio

Potasio

Calambres musculares, prdida del apetito, ritmo cardiaco irregular Trastornos poco probables aunque el cuerpo reciba menos cantidades de las necesarias

Azufre

Sodio

Mantenimiento del equilibrio Calambres musculares, prdida cido-base y del nivel de agua en del apetito el cuerpo, funcin nerviosa

Traza Cromo Legumbres, cereales, vsceras, grasas, aceites vegetales, carnes, cereales Carnes, agua potable Agua potable, t, marisco Metabolismo de la glucosa Aparicin de diabetes en adultos

Cobre Flor

Formacin de glbulos rojos Mantenimiento de la estructura sea, resistencia a la caries dental

Anemia, afecta al desarrollo de huesos y tejido nervioso Osteoporosis, caries dental

Yodo

Pescado de mar, marisco, productos lcteos, verduras, sal yodada Carnes magras, huevos, cereales, verduras de hoja verde, legumbres Marisco, carnes, cereales

Sntesis de las hormonas tiroideas Inflamacin del tiroides (bocio)

Hierro

Formacin de hemoglobina

Anemia

Selenio

Previene la descomposicin de grasas y otras sustancias qumicas del cuerpo

Anemia

Cinc

Carnes magras, pan y Componente de muchas enzimas Fallos en el crecimiento, atrofia cereales, legumbres, marisco de las glndulas sexuales, retraso en la curacin de heridas

COMPUESTOS DE LA VIDA Los organismos vivos estn compuestos qumicamente primero por una gran cantidad de agua que representan entre el 45 al 95% de su peso, segundo por sustancias orgnicas o compuestos orgnicos que se estructuran a base del carbono, entre estas encontramos las protenas, las grasas, los azucares o hidratos de carbono y los nucletidos, y, finalmente algunas sales minerales. EL AGUAFig. 1 Molcula de agua Una molcula de agua consiste en un tomo de oxgeno y dos tomos de hidrgeno, unidos formando un ngulo de 105. Al estar unido cada tomo de hidrgeno con un elemento muy electronegativo como el oxgeno, el par de electrones del enlace estar muy atrado por ste. Estos electrones forman una regin de carga negativa, que polariza elctricamente a toda la molcula. Esta cualidad polar explica el fuerte enlace entre las molculas, as como ciertas propiedades del agua poco comunes, por ejemplo, el hecho de que se expande al solidificarse.

Es el lquido de mayor importancia y el ms abundante en los seres vivos. En el perodo fetal se encuentra es mayor

porcentaje que en el adulto. Es el medio donde se efectan casi todas las reacciones qumicas de un organismo (hidrlisis). Muchas de sus propiedades le hacen indispensable para la vida. La principal es su polaridad lo que le convierte en un magnfico solvente de otras sustancias inicas o polares. Tambin puede absorber o liberar una cantidad relativamente grande de calor sin que haya mayor cambio en la temperatura (capacidad calorfica) Ejemplo el uso en radiadores de los automviles para enfriar motores. En el ser humano mantiene la homeostasis de la temperatura corporal. La cohesin de las molculas del agua genera alta tensin superficial lo que permite mantener partculas semejantes siempre unidas. Lubricante est en la mayor parte del moco y otros lubricantes lquidos, y vehculo de transporte de nutrientes.

EQUILIBRIO ACIDOBSICO, (PH) Los lquidos intra y extracelulares deben contener cantidades casi iguales de cidos y bases para + asegurar una buena homeostasis. Mientras ms iones de hidrgeno (H ) hay en una solucin, esta ser cida y mientras ms iones hidroxilo (OH ) hay en una solucin, esta ser bsica. La acidez o alcalinidad de las soluciones se expresa mediante una escala de pH, cuyos valores van de 0 a 14. + Las soluciones cidas contienen ms H que OH y su pH es inferior a 7. Las soluciones bsicas son todo lo contrario y su pH es mayor a 7.Tabla 2 cidos y bases corrientes NOMBRE cidos cido actico cido acetilsaliclico cido ascrbico cido ctrico cido clorhdrico cido sulfrico Bases Amonaco Hidrxido de calcio Hidrxido de magnesio NH3 Ca(OH)2 Mg(OH)2 Limpiadores domsticos (solucin acuosa) Cal apagada (utilizada en construccin) Lechada de magnesio (anticido y laxante) Jabn suave Limpiadores de tuberas y hornos HC2H3O2 HC9H7O4 H2C6H6O6 H3C6H5O7 HCI H2SO4 Vinagre Aspirina Vitamina C Jugo de limn y de otros ctricos Jugos gstricos (lquidos digestivos del estmago) Pilas FRMULA PRESENTE EN

Hidrxido de potasio (tambin KOH llamado potasa custica) Hidrxido de sodio NaOH

Fig. 2 Escala de pH: soluciones comunes El pH de una disolucin es una medida de la concentracin de iones hidrgeno. Una pequea variacin en el pH significa un importante cambio en la concentracin de los iones hidrgeno. Por ejemplo, la concentracin de iones hidrgeno en los jugos gstricos (pH = 1) es casi un milln de veces mayor que la del agua pura (pH = 7).

PH de algunas sustancias del cuerpo humano y de la naturaleza: cido clorhdrico 0, jugos gstricos 1,0 a 3,0, jugo de limn 2,3, vinagre 2,9, jugo de naranja 3,5, lquido vaginal 3,5 a 4,5, cerveza 4,0, caf 5,0, orina 4,6 a 8,0, saliva 6,35 a 6,85, leche 6,6, agua destilada pura 7,0, sangre 7,35 a 7,45, semen 7,2 a 7,6, lquido cefalorraqudeo 7,4, jugo pancretico 7,1 a 8,2, bilis 7,6 a 8,6, bicarbonato de sodio 9,0, leche de magnesia 10,5, sosa para lavar 12,0, limpiador de hornos 13,0, leja 14.

LOS CARBOHIDRATOS Son molculas formadas por carbono, hidrgeno y oxgeno en proporcin aproximada de 1:2:1. Todos los carbohidratos son azcares solubles en el agua y se los agrupa de acuerdo al nmero de molculas de azcar en monosacridos, disacridos y polisacridos. Tienen una concentracin de energa qumica de 4,1 caloras por gramo. Representan el 2 a 3% de la masa corporal. Monosacridos: Constituyen fuentes importantes de energa. Glucosa (C6H12O6), fructosa (azcar del maz y del jugo de naranja), galactosa (parte de la lactosa el azcar de la leche), ribosa y desoxirribosa (forman parte de las molculas genticas RNA y DNA respectivamente).Fig. 3 Molcula de glucosa La glucosa, de frmula C6H12O6, es un azcar simple o monosacrido. Su molcula puede presentar una estructura lineal o cclica; esta ltima, representada en la ilustracin, es termodinmicamente ms estable.

Disacridos: Se utilizan para almacenar energa a corto plazo, sobre todo en las plantas. Sacarosa (glucosa + fructosa), lactosa (glucosa + galactosa), maltosa (glucosa + glucosa).

Fig. 4 Caa de azcar La caa de azcar, cultivada en las regiones tropicales y subtropicales del mundo, es la principal fuente de azcar. Para extraer el azcar de la caa se trituran los tallos, y despus se hierve, se evapora y centrifuga el lquido extrado.

Polisacridos: Almidn (en las plantas, races y semillas), glucgeno (en los animales, hgado y msculos) almacenan energa a largo plazo. Algunos

polisacridos son un soporte estructural a clulas individuales o incluso al cuerpo entero como la celulosa (forma parte de las paredes celulares de las plantas y de la mitad de la masa del tronco. Quitina (se encuentra en la cubierta externa dura de ciertos insectos, cangrejos y araas).Fig. 5 Celulosa La celulosa, principal componente de la pared celular de todos los vegetales, es un hidrato de carbono complejo.

LOS LIPIDOS Son molculas formadas por carbono, hidrgeno y oxgeno, son sustancias hidrofbicas e insolubles en el agua. Entre las funciones algunos almacenan energa, otros forman cubiertas impermeables en los cuerpos de las plantas y animales, algunos constituyen la masa de todas las membranas de las clulas y otros son hormonas. Representan del 18 al 25% del peso corporal. Se clasifican en tres grupos principales: 1. aceites, grasas y ceras son estructuras similares y contienen slo carbono, hidrgeno y oxgeno 2. fosfolpidos contienen adems fsforo y nitrgeno 3. la familia de los esteroides, con anillos fusionados. ACEITES, GRASAS Y CERAS Las grasas y aceites (triglicridos), se forman por sntesis mediante la deshidratacin de tres subunidades de cidos grasos y una molcula de glicerol. Tienen una alta concentracin de energa qumica 9,3 caloras por gramo. La funcin de los triglicridos es proteccin, aislamiento, y almacenamiento de energa. La diferencia de una grasa (sebo) que es un slido a temperatura ambiente y un aceite lquido a temperatura ambiente, radica en los cidos grasos. Los cidos grasos de las grasas tienen enlaces sencillos en sus cadenas de carbono. Todas las dems posiciones de enlace de tomos de carbono estn ocupadas por tomos de hidrgeno. El cido graso resultante est saturado porque est lleno de tomos de hidrgeno. Si hay dobles enlaces entre algunos de los tomos de carbono y por tanto menos tomos de hidrgeno, decimos que el cido graso est insaturado. Los aceites se componen en su mayor parte por cidos grasos insaturados, son monoinsaturados (el oleico en los aceites de oliva y de man), poliinsaturados (el linoleico en los aceites de maz, crtamo, girasol, semilla de algodn, ssamo (ajonjol), y soya. Un aceite se puede convertir en grasa rompiendo los dobles enlaces entre los tomos de carbono, sustituyndolos por enlaces sencillos y aadiendo tomos de hidrgeno. Las ceras qumicamente son similares a las grasas, hay un nmero variable de cidos grasos unidos a un alcohol de cadena larga, estn saturadas, son slidas a temperatura ambiente y forman un recubrimiento impermeable en las hojas y tallos de las plantas terrestres y en los animales actan como impermeabilizante del pelo y en los exoesqueletos de los insectos. FOSFOLIPIDOS Son similares a los aceites, con la diferencia de que un cido graso es reemplazado por un grupo fosfato que tiene unido un grupo funcional polar corto, el cual generalmente contiene nitrgeno, el mismo que le hace soluble en el agua (cabeza hidroflica), El otro extremo tiene una cabeza hidrofbica que le hace insoluble en el agua. Est caracterstica dual de los fosfolpidos es crucial

para la estructura y funcin de la membrana plasmtica. Un fosfolpido es un grupo fosfato polar y dos cidos grasos unidos a glicerol. Ejemplo: fosfatidilcolina (componente comn de las membranas de las clulas).

ESTEROIDESHIPERCOLESTEROLEMIA Normal Leve Moderada Grave NIVELES DE COLESTEROL TOTAL EN SANGRE 299 mg/dl

Tabla 3 Niveles de colesterol en sangre Clasificacin de la hiperlipidemia en funcin de las cifras de colesterol en sangre segn la Sociedad Europea de Arteriosclerosis

Son estructuras diferentes de todos los dems lpidos, estn compuestos de cuatro anillos de carbono fusionados. Ejemplo: colesterol que es un componente vital de las membranas de las clulas animales adems interviene en la sntesis de otros esteroides que incluyen las hormonas sexuales masculinas y femeninas que intervienen en las funciones reproductivas y las caractersticas sexuales, hormonas adrenocorticales que regulan los niveles de sal y agua y ayudan a resistir el estrs, sales biliares regulan la secrecin de bilis y la absorcin de los lpidos de la dieta.Fig. 6 Deformacin sea El raquitismo puede ser el resultado de un aporte diettico insuficiente de vitamina D, o bien de un aporte insuficiente de radiacin solar ultravioleta. Puede conducir a una deformacin esqueltica como, por ejemplo, una curvatura de la columna vertebral o de las piernas. Esta imagen de rayos X revela una deformacin sea debida al raquitismo.

Vitamina D o antirraqutica ayuda a la absorcin de calcio y del fsforo en el cuerpo, es necesaria para el crecimiento y reparacin de los huesos. Su deficiencia produce raquitismo (deformaciones seas) en nios; deterioro del esqueleto u osteomalacia en adultos, posible prdida del tono muscular. La luz del sol convierte el 7-dehidrocolesterol en la piel en colecalciferol (vitamina D3), luego una enzima heptica convierte el colecalciferol en 25-hidroxicolecalciferol. Una segunda enzima renal convierte el 25-hidroxicolecalciferol en calcitriol (1,25-dihidroxicalciferol) que es la forma activa de vitamina D. La mayor parte se excreta por la bilis. Sus fuentes estn en el aceite de hgado de pescado, yema del huevo, leche enriquecida. Otro esteroide es el cortisol. Otros grupos: los eicosanoides (formados por un cido graso con 20 tomos de carbono, llamado cido araquidnico, Se subdividen en prostaglandinas que son necesarios en la coagulacin sangunea, regulan la temperatura corporal, la secrecin de cido gstrico, el dimetro de los conductos respiratorios, el desdoblamiento de lpidos y la contraccin del msculo liso, y; los leucotrienos participan en las respuestas alrgicas e inflamatorias. Se subdividen en: los cidos grasos, (se catalizan para formar adenosintrifosfato o participan en la sntesis de fosfolpidos y triglicridos), las vitaminas liposolubles (A, D, E y K). Vitamina A o retinol; los carotenos son necesarios para la sntesis de vitamina A, interviene en la elaboracin de fotopigmentos, sustancias qumicas fotosensibles en los fotorreceptores de la

retina, contribuye al crecimiento de los huesos y los dientes, al parecer porque ayuda a regular la actividad de osteoblastos y osteoclastos, mantienen la salud general y el vigor de las clulas epiteliales, acta como antioxidante para inactivar radicales libres. Su deficiencia produce ceguera nocturna y permanente. atrofia y queratinizacin del epitelio, lo que ocasiona resequedad en la piel y cabello, aumenta la frecuencia de infecciones en el odo, senos paranasales, sistema respiratorio, urinario y digestivo, incapacidad para aumentar de peso, sequedad de la crnea y lceras en la piel, desarrollo lento y deficiente de huesos y dientes. Las fuentes del caroteno y pro-vitaminas incluyen vegetales amarillos y verdes, las fuentes de vitamina A comprenden hgado y leche. Vitamina E o tocoferol, interviene en la reparacin y cicatrizacin de la piel, y en evitar la formacin de escaras, contribuye en la estructura y funcin del sistema nervioso y acta como antioxidante para inactivar radicales libres, Participa en la formacin de ADN, ARN y eritrocitos. Inhibe el catabolismo de ciertos cidos grasos que ayudan a formar estructuras celulares, en especial membranas, puede ayudar a proteger el hgado de sustancias qumicas txicas como el tetracloruro de carbono. Su deficiencia produce posiblemente anemia hemoltica, puede causar oxidacin de grasas monoinsaturadas, y como resultado estructura y funcin anormales en mitocondrias, lisosomas y membranas plasmticas. Se almacena en hgado, tejido adiposo y msculos. Las fuentes incluyen nueces frescas y germen de trigo, semillas oleosas, vegetales verdes. Vitamina K o antihemorrgica interviene en la sntesis de protenas para la coagulacin sangunea. Su deficiencia produce retraso del tiempo de coagulacin que ocasiona sangrado y hemorragias internas. Producida por bacterias intestinales. Se almacena en hgado y bazo. Las fuentes estn en la espinaca, coliflor, col e hgado.Tabla 4 Vitaminas Liposolubles EFECTOS DE LA DEFICIENCIA

VITAMINA Liposoluble A

ALIMENTOS EN LOS QUE SE ENCUENTRA

FUNCIONES PRINCIPALES

Vegetales, productos lcteos, Componente de pigmentos sensibles a Ceguera nocturna, ceguera hgado la luz. Afecta a la vista y al permanente, sequedad en mantenimiento de la piel la piel Productos lcteos, huevos, Absorcin de calcio, formacin de los aceite de hgado de pescado, huesos luz ultravioleta Margarina, semillas, verduras Protege contra la oxidacin de cidos de hoja verde grasos y membranas celulares Verduras de hoja verde Coagulador sanguneo Raquitismo

D

E K

Anemia Inhibicin de la coagulacin de la sangre

Las lipoprotenas transportan lpidos en la sangre, llevan triglicridos y colesterol a los tejidos y eliminan de la sangre el exceso de colesterol.