Naturaleza biológica del hombre. Conceptos básicos




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títuloNaturaleza biológica del hombre. Conceptos básicos
fecha de publicación22.10.2016
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INSTITUCIÓN EDUCATIVA INEM “JORGE ISAACS”

ASIGNATURA CIENCIAS NATURALES GRADO ONCE

DOCENTE Lic. LUZ AMPARO SALAZAR LÓPEZ
NATURALEZA BIOLÓGICA DEL HOMBRE. CONCEPTOS BÁSICOS
LA QUÍMICA DE LA VIDA

El cuerpo humano posee unos cincuenta billones de células. Éstas se agrupan en tejidos, los cuales se organizan en órganos, y éstos en ocho aparatos o sistemas: locomotor (muscular y óseo), respiratorio, digestivo, excretor, circulatorio, endocrino, nervioso y reproductor. Sus elementos constitutivos son fundamentalmente el Carbono (C), Hidrógeno (H) Oxígeno (O) y Nitrógeno (N), presentándose otros muchos elementos en proporciones más bajas. Estos átomos se unen entre sí para formar moléculas, ya sean inorgánicas como el agua (el constituyente más abundante de nuestro organismo) u orgánicas como los glúcidos, lípidos, proteínas... Pero la vida que alberga estos átomos y moléculas reunidos con un propósito concreto, convierten al ser humano y a cualquier ser vivo en una extraordinaria máquina compleja, analizable desde cualquier nivel: bioquímico, citológico, histológico, anatómico...
BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGÉNICOS
Se denominan bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos. De éstos, sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta función.

Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:  

Bioelementos primarios o principales: Son los elementos indispensables para formar las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) así como de sus monómeros, los aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos y nucleótidos y de sus intermediarios metabólicos. Constituyen el 96% de la materia viva seca. Son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre (C, H, O, N, P, S, respectivamente). Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.
Carbono: tiene la capacidad de formar largas cadenas carbono-carbono (macromoléculas) mediante enlaces simples (-CH2-CH2) o dobles (-CH=CH-), así como estructuras cíclicas.

Hidrógeno: además de ser uno de los componentes de la molécula de agua, indispensable para la vida y muy abundante en los seres vivos, forma parte de los esqueletos de carbono de las moléculas orgánicas. Puede enlazarse con cualquier bioelemento.

Oxígeno: es un elemento muy electronegativo que permite la obtención de energía mediante la respiración aeróbica. Además, forma enlaces polares con el hidrógeno, dando lugar a radicales polares solubles en agua (-OH, -CHO, -COOH).

Nitrógeno: principalmente como grupo amino (-NH2) presente en las proteínas ya que forma parte de todos los aminoácidos. También se halla en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos. Prácticamente todo el nitrógeno es incorporado al mundo vivo como ion nitrato, por las plantas. El gas nitrógeno solo es aprovechado por algunas bacterias del suelo y algunas cianobacterias.

Fósforo. Se halla principalmente como grupo fosfato (PO43-) formando parte de los nucleótidos. Forma enlaces ricos en energía que permiten su fácil intercambio (ATP).

Azufre. Se encuentra sobre todo como radical sulfhidrilo (-SH) formando parte de muchas proteínas, donde crean enlaces disulfuro  esenciales para la estabilidad de la estructura terciaria y cuaternaria. También se halla en la coenzima A, esencial para diversas rutas metabólicas universales, como el ciclo de Krebs.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

Los bioelementos secundarios se encuentran en menor proporción en todos los seres vivos, en forma iónica, en proporción de 4.5%. Estos realizan funciones de vital importancia en la fisiología celular y son: Calcio, Sodio, Potasio, Magnesio, Cloro

 Calcio (Ca): Integra los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. Iónicamente interviene en la contracción muscular, la coagulación sanguínea y el impulso nervioso.

Sodio (Na): Es un catión abundante en el medio extracelular; muy necesario en la conducción nerviosa y en la contracción muscular.

 Potasio (K): Constituye el catión más abundante en el interior de las células; es necesario para el sistema nervioso y en la contracción muscular.

 Magnesio (Mg): Constituye un elemento esencial en la cadena alimentaria de los seres vivos, ya que es parte integrante de la molécula de clorofila, imprescindible en la fotosíntesis: todos nuestros alimentos proceden, directa o indirectamente de la función vegetal de fotosíntesis. Como ion actúa junto con las enzimas en muchas reacciones químicas del organismo.

 Cloro (Cl): Es el anión más frecuente; resulta necesario para mantener el balance de agua en la sangre y en el fluido que se encuentra entre unas y otras células en los tejidos.

Oligoelementos

Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma de vestigio, 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 algunos de ellos aparecen a continuación:

  1. Boro. Mantenimiento de la estructura de la pared celular en los vegetales.

  2. Cromo. Potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Los berros, las algas, las carnes magras, las hortalizas, las aceitunas y los cítricos (naranjas, limones, toronjas, etc.), el hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo.

  3. Cobalto. Componente central de la vitamina B12.

  4. Cobre. Estimula el sistema inmunitario. Podemos obtenerlo en los vegetales verdes, el pescado, los guisantes, las lentejas, el hígado, los moluscos y los crustáceos.

  5. Flúor. Se acumula en huesos y dientes dándoles una mayor resistencia.

  6. Hierro. Forma parte de la molécula de hemoglobina y de los citocromos que forman parte de la cadena respiratoria. Su facilidad para oxidarse le permite transportar oxígeno a través de la sangre combinándose con la hemoglobina para formar la oxihemoglobina. Se necesita en cantidades mínimas porque se reutiliza, no se elimina. Su falta provoca anemia.

  7. Manganeso. El manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimático.

  8. Molibdeno. Se encuentra en una cantidad importante en el agua de mar en forma de molibdatos (MoO42-), y los seres vivos pueden absorberlo fácilmente de esta forma. Tiene la función de transferir átomos de oxígeno al agua.

  9. Selenio. El dióxido de selenio es un catalizador adecuado para la oxidación, hidrogenación y deshidrogenación de compuestos orgánicos.

  10. Vanadio. El vanadio es un elemento esencial en algunos organismos. En humanos no está demostrada su esencialidad, aunque existen compuestos de vanadio que imitan y potencian la actividad de la insulina.

  11. Yodo. El yodo es un elemento químico esencial. La glándula tiroides fabrica las hormonas tiroxina y triyodotironina, que contienen yodo.

  12. Zinc. El zinc es un elemento químico esencial para las personas: interviene en el metabolismo de proteínas y ácidos nucleicos, estimula la actividad de aproximadamente 100 enzimas, colabora en el buen funcionamiento del sistema inmunitario, es necesario para la cicatrización de las heridas, interviene en las percepciones del gusto y el olfato y en la síntesis del ADN.




BIOCOMPUESTOS

Los compuestos que forman parte esencial de los seres vivos son denominados biocompuestos.
Los biocompuestos fundamentalmente se conforman del elemento carbono y entre su clasificación se encuentran los carbohidratos o azúcares, los lípidos o grasas, las proteínas y las vitaminas, entre otros.
Según la naturaleza química, las biomoléculas pueden ser:
  • Biomoléculas inorgánicas

  • Biomoléculas orgánicas

  • Biocatalizadores: vitaminas, enzimas, hormonas. Son necesarios en pequeña cantidad. Nunca tienen función energética ni estructural.

Biomoléculas inorgánicas


Son biomoléculas no formadas por los seres vivos, pero imprescindibles para ellos, como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, ) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4), bicarbonato (HCO3) y cationes como el amonio (NH4+).

Biomoléculas orgánicas o principios inmediatos

Se denominan “principios inmediatos” porque pueden extraerse de la materia viva inmediatamente, por métodos físicos sencillos. Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono. Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros elementos son a veces incorporados pero en mucha menor proporción.


Las biomoléculas orgánicas pueden agruparse en cuatro grandes tipos:

Glúcidos


Los glúcidos (impropiamente llamados hidratos de carbono o carbohidratos) son la fuente de energía primaria que utilizan los seres vivos para realizar sus funciones vitales; la glucosa está al principio de una de las rutas metabólicas productoras de energía más antigua, la glucólisis, usada en todos los niveles evolutivos, desde las bacterias a los vertebrados. Muchos organismos, especialmente los de estirpe vegetal (algas, plantas) almacenan sus reservas en forma de almidón. Algunos glúcidos forman importantes estructuras esqueléticas, como la celulosa, constituyente de la pared celular vegetal, o la quitina, que forma la cutícula de los artrópodos.

Lípidos


Los lípidos saponificables cumplen dos funciones primordiales para las células; por una parte, los fosfolípidos forman el esqueleto de las membranas celulares (bicapa lipídica); por otra, los triglicéridos son el principal almacén de energía de los animales. Los lípidos insaponificables y los isoprenoides desempeñan funciones reguladoras (colesterol, hormonas sexuales, prostaglandinas).

Proteínas


Las proteínas son las biomoléculas que más diversidad de funciones realizan en los seres vivos; prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia y/o actividad. Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones metabólicas de las células; muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre; anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén.

Ácidos nucleicos


Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, desempeñan, tal vez, la función más importante para la vida: contener, de manera codificada, las instrucciones necesarias para el desarrollo y funcionamiento de la célula. El ADN tiene la capacidad de replicarse, transmitiendo así dichas instrucciones a las células hijas que heredaran la información.
ACTIVIDAD No.1
I. Una los cuadros de la izquierda con los de la derecha según corresponda:



II. Seleccione la respuesta correcta:

  1. ¿Cuáles son los oligoelementos?

  1. Yodo (I), cobalto (Co) , Flúor (F)

  2. Hierro (Fe), Cobre (Cu), Yodo (I) , Cobalto (Co), Flúor (F), Manganeso (Mn) y Cinc (Zn)

  3. Carbono (C), Hierro (Fe), Calcio (Ca)

  4. Calcio (Ca), Magnesio (Mg) y Cloro (Cl)

  1. ¿Cuál de los siguientes bioelementos no es primario?

  1. H

  2. C

  3. Ca

  4. N

  1. ¿Qué se entiende por bioelementos primarios?

  1. Los elementos que sirven para formar la materia orgánica

  2. Los elementos más abundantes en la materia viva

  3. El Carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno

  4. Los elementos imprescindibles para formar los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos

  1. La combinación de los bioelementos entre sí da lugar a:

  1. Compuestos vitales

  2. Vitaminas

  3. Biomoléculas

  4. Macromoléculas

  1. Las biomoléculas orgánicas se clasifican en:

  1. Sales, minerales y gases

  2. Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

  3. Nutrientes y sustancias de reserva

  4. Vitaminas y hormonas

  1. Esas biomoléculas desempeñan funciones como:

  1. Dar fuerza y resistencia a los tejidos

  2. Nutriente y producto de desecho

  3. Energética, plástica y reguladora

  4. Favorecer el crecimiento y desarrollo

  1. Los oligoelementos son:

  1. Indispensables para el desarrollo armónico del organismo

  2. La composición de la materia inerte

  3. Extraídos de los combustibles fósiles

  4. Indispensables para formar biomoléculas

  1. Todas las moléculas presentes en los seres vivos:

  1. Son inorgánicas

  2. Son tomadas del medio ambiente

  3. Están constituídas por elementos químicos presentes en la superficie terrestre

  4. Sirven para producir energía.

III. ¿Existen diferencias en la constitución química de una bacteria, una planta de alfalfa y un ser humano?

La siguiente tabla muestra los resultados del análisis químico de células de estos seres vivos.



Argumenta tu respuesta.

IV. Mira las fórmulas de estas moléculas, ¿Cuáles crees que son los bioelementos básicos que las forman?




EL AGUA


Importancia del agua en los seres vivos:

  • Es el líquido más abundante en la corteza y uno de los pocos líquidos naturales.

  • Componente más abundante en los seres vivos, aproximadamente un 70 por ciento de un ser vivo es agua.

  • Medio de disolución y es el medio donde se dan los procesos químicos. 2/3 dentro de las células 1/3 intercelular o extracelular.

  • Es el medio vital, tanto de organismos unicelulares como acuáticos.

  • Es una sustancia reaccionable en procesos como la fotosíntesis, la respiración celular o la hidrólisis (destrucción, descomposición o alteración de una sustancia química por el agua).

  • Hizo posible el origen de los seres vivos hace más de 3600 millones de años.


Estructura química de la molécula de agua:

  • Está formada por dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno (H2O).

  • Existen también los productos resultantes de la disociación de algunas de sus moléculas: el ión H30+ y el OH-

  • Enlace de hidrógeno: gracias a ellos, las moléculas se mantienen unidas y el agua líquida a temperaturas a las que otras son gaseosas.




Cohesividad:

Es la responsable de las características del agua. Por ejemplo:

  • Capilaridad: es la ascensión del agua en las plantas.

  • Turgencia: son esqueletos hidrostáticos.

  • Elevada tensión superficial: es el transporte intercelular y movimiento celular.

  • Elevados puntos de fusión y ebullición: el agua es líquida en la mayor parte de las temperaturas que se dan en la Tierra, lo que posibilita la vida.

  • Elevado calor específico y elevado calor de evaporación: hace que actúe la regulación térmica por procesos como la sudoración.


Solubilidad del agua:

  • Es un buen disolvente de los compuestos iónicos, por ser una sustancia polar.

  • También son solubles en el agua las sustancias polares como los glúcidos, debido a que estas sustancias tienen una elevada proporción de oxígeno.

  • Son poco solubles en el agua aquellas sustancias orgánicas que presentan una elevada proporción de hidrógeno y pocos átomos de oxígeno, como los lípidos.

  • Algunas sustancias tienen una parte de su molécula que es soluble en agua (hidrófila) y otra parte insoluble (hidrófoba).Esto es lo que se conoce como sustancias anfipáticas.

  • Las proteínas, que son solubles, forman un tipo especial de disoluciones denominadas disoluciones coloidales.


Ionización y pH:

  • Los iones positivos son cationes (H+) y los iones negativos son lo aniones (OH-).

- Disolución ácida pH<7___mayor presencia de H+.

- Disolución básica pH>7__ mayor presencia de iones OH- que atrapan iones H+.

- Disolución neutra pH = 7___escala del 1 al 14.

  • El pH tiene gran importancia en los cambios de sol a gel o viceversa y en la obtención de energía (fotosíntesis y respiración celular).


El agua como sustancia reaccionable:

  • Es reaccionable en reacciones de hidrólisis (rotura de polímeros por adición de H2O).

  • En el pH (disacáridos).

  • Adición a un doble enlace__pasa a ser una función alcohol.

  • En la fotosíntesis__aporta electrones necesarios para la reducción del carbono.


Para ampliar información sugiero ver el video Propiedades del agua

https://www.youtube.com/watch?v=8-N0IOPWPtY
ACTIVIDAD No. 2
I. Argumente y sustente sobre las siguientes frases:

  1. “El agua, el saneamiento y la higiene tienen consecuencias importantes sobre la salud y la enfermedad”.

  2. Se necesitan 450 litros de agua para producir un huevo de gallina, 7.000 litros para refinar un barril de petróleo crudo y 148.000 litros para fabricar un automóvil.

  3. "Olvidamos que el ciclo del agua y el ciclo de la vida son uno mismo". Jacques Y. Cousteau.

II. Observe el video El Agua en el cuerpo humano https://www.youtube.com/watch?v=J5MUwuhNFwE

Y resuelve las siguientes preguntas:

  1. ¿Cuál es el porcentaje de agua en nuestro cuerpo? ¿Por qué estamos formados por más agua que por otros biocompuestos?

  2. ¿En cuál parte de nuestro cuerpo hay agua y cuál es su porcentaje?

  3. ¿Cuáles son los líquidos extracelulares de nuestro cuerpo?

  4. ¿Qué es la sed? ¿Qué es deshidratación?

  5. ¿Qué relación hay entre sed y deshidratación?

  6. ¿Por qué el agua para rehidratar es rica en sales?

  7. ¿Cuáles son las formas más comunes a través de las cuales perdemos agua?

  8. ¿Por qué debemos beber agua?

  9. ¿Cuánta agua perdemos al día normalmente?

  10. ¿Cuáles son las propiedades químicas y físicas que hacen que el agua sea un compuesto fuera de lo común?

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