Materia y Energía: Pilares de la Vida

La Materia

• Forma los cuerpos de los seres vivos e inertes.
• Ejemplos: los animales, plantas, montañas, agua, el hombre.
• La materia tiene peso y ocupa un lugar en el espacio.

La Energía

• La energía no pesa ni ocupa un lugar en el espacio.
• Tipos de Energía:
  • Energía Potencial y Cinética
  • Energía Luminosa
  • Energía Química
  • Energía Mecánica
• La fuente primaria de energía para los seres vivos es la energía luminosa.

Seres Vivos: Materia Animada e Inanimada

Los seres vivos somos porciones de materia animada.

Materia Inanimada

• De organización simple
• Sin metabolismo
• No se reproduce

Materia Inanimada

• De organización compleja
• Con metabolismo
• Se reproduce

Características de los Seres Vivos

Deben poseer las siguientes propiedades:

• Organización Específica
• Metabolismo
• Movimiento
• Irritabilidad
• Crecimiento
• Reproducción
• Adaptación

Los Virus

Los virus presentan algunas propiedades, pero no todas:

• No tienen metabolismo
• No se mueven ni crecen
• Pueden reproducirse y sufrir mutaciones

Niveles de Organización de la Materia Viva

La organización de la materia avanza progresivamente desde los niveles más simples hasta los niveles de alta complejidad. Los niveles de organización podemos dividirlos en:

• Nivel Químico
• Nivel Biológico

Nivel Químico

• Bioelementos:

  • Nivel Subatómico

    Aquí están las partículas más pequeñas de la materia:

    • Protones
    • Neutrones
    • Electrones

  • Nivel Atómico

    Constituido por átomos. Ejemplo: Na, K, Ca, etc.

• Moléculas Simples:

  • Nivel Molecular

    Incluye a las moléculas. Ejemplos: O₂, H₂O, CaCO₃.

• Macromoléculas: Proteínas.
• Complejos Supramoleculares: Virus.

La asociación de complejos supramoleculares forman orgánulos celulares. Ejemplos: Lisosomas, Retículo Endoplasmático, Citoesqueleto, Cromatina, Ribosoma, etc.

Los niveles subatómicos y atómicoss son niveles abióticos (niveles de materia no viva).

El nivel molecular es en parte abiótico y biótico. Pertenecen los virus.

A las moléculas que constituyen la materia viva se les llama: Biomoléculas o Principios Inmediatos. Ejemplos: Glucosa, fructosa, etc. A este nivel también pertenecen las macromoléculas, como el almidón.

Varias macromoléculas pueden unirse en un complejo supramolecular. Ejemplos: Glucoproteínas (mucina), virus.

La asociación de complejos supramoleculares forman organelos celulares. Ejemplos: Lisosomas, Retículo Endoplasmático, Citoesqueleto, Cromatina, Ribosoma, etc.

Nivel Biológico

• Nivel Celular
• Nivel Tisular
• Nivel Orgánico
• Nivel Sistémico
• Nivel del Individuo Pluricelular
• Nivel Poblacional
• Nivel Comunidad
• Nivel Ecosistema: biocenosis y biotopo
• Nivel de Bioma
• Nivel de la Biósfera

Nivel Celular

Abarca a las células, hay 2 tipos de células:

• Procariotas: Bacterias, cianofitas, etc.
• Eucariotas:
  • Unicelulares: Protozoos y algas unicelulares.
  • Pluricelulares: Todos los organismos visibles a simple vista.

Nivel Pluricelular

Hay subniveles: Tejidos, órganos, aparatos y sistemas.

Los organismos pluricelulares que solo tienen un tipo de células tienen:

• Ejemplos: Algas pluricelulares y hongos pluricelulares.

En Botánica, el talo es un cuerpo vegetal relativamente simple, no diferenciado en raíz, tallo y hojas.

Corresponde a algas, hongos, líquenes.

Nivel de Población

Una población vive en un área geográfica y en un tiempo determinado.

El conjunto de poblaciones que viven en un área geográfica común (Biotopo) y en el mismo tiempo, recibe el nombre de Biocenosis.

Conjunto de poblaciones + Biotopo = Comunidad o Biocenosis

Nivel Ecosistema

Un ecosistema es un conjunto de organismos vivos (biocenosis o comunidad biótica) y el medio físico en donde se relacionan (biotopo).

Comunidades o Biocenosis + Biotopo = Ecosistema

Nivel Biósfera

Está constituida por todas las comunidades vivas que habitan el planeta.

Algunos investigadores le llaman biósfera a toda la zona de la Tierra que presenta vida.

Metabolismo

Es la suma de las actividades químicas de la célula que permiten su crecimiento, conservación y reparación.

Todas las células cambian constantemente por adquisición de nuevas sustancias, a las que modifican.

• Poseen índices metabólicos elevados: Bacterias.
• Poseen índices metabólicos apenas perceptibles: Semillas.

Aun en una especie o persona, los índices metabólicos pueden variar según factores.

Los fenómenos metabólicos pueden ser: Anabólicos o Catabólicos.

Anabolismo (Anabolia)

Designa las reacciones químicas de síntesis que permiten a partir de sustancias simples formar sustancias complejas. Es un proceso Endergónico.

Significa:

• Almacenamiento de energía
• Producción de materiales celulares
• Crecimiento

Catabolismo (Catabolia)

Es la degradación o desdoblamiento de sustancias complejas con liberación de energía y desgaste de materiales celulares. Es un proceso Exergónico.

Ejemplos: Glucólisis, Reacción de la cadena respiratoria.

Movimiento

Es la capacidad de desplazamiento que tienen todos los seres vivos.

Las plantas presentan movimientos propios como los tropismos y las nastias.

Tropismo

Crecimiento que implica seguir una dirección determinada por un estímulo externo. Puede ser Positivo (cuando crece hacia el estímulo) o Negativo (si se aleja de él).

Se pueden distinguir 5 principales tropismos:

• Fototropismo
• Quimiotropismo
• Geotropismo
• Hidrotropismo
• Tigmotropismo

Nastias

Son movimientos (reacciones) no orientados por la fuente del estímulo, y que se dan en una porción del cuerpo vegetal.

Taxia

Son movimientos de desplazamiento propio.

• Anemotaxia: Viento
• Quimiotaxia: Productos químicos
• Geotaxia: Por fuerzas gravitacionales
• Fototaxia: Por la luz
• Termotaxia: Estímulo térmico
• Galvanotaxia: Estímulo eléctrico
• Tigmotaxia: Estímulo mecánico
• Osmotaxia: Estímulo a la presión osmótica

Irritabilidad

Los seres vivos son irritables, por lo que responden a estímulos y cambios físicos o químicos.

Homeostasis

Capacidad de los seres vivos para poder mantener en equilibrio su estructura compleja y su medio interno.

El término homeostasis fue acuñado en 1928 por el biólogo Walter Cannon (1871-1945), quien recibió el Premio Nobel por definir en 1932, en el libro The Wisdom of the Body (La Sabiduría del Cuerpo), las características que rigen la homeostasis.

Reproducción

Característica propia de la vida.

Los virus más simples no tienen:

• Metabolismo
• No se mueven ni crecen

Tipos de Reproducción

• Reproducción Asexual o Vegetativa: Se realiza sin gametos.
• Reproducción Sexual: Se realiza con gametos (Isogámica, Anisogámica, Heterogámica).

Crecimiento

Es el aumento de la masa celular y puede producirse por:

• Aumento del tamaño de las células
• Aumento de su cantidad

Adaptación

Es la propiedad de una planta o animal para adaptarse a su medio.

Es la característica que le permite resistir a los cambios del medio.

Cada especie puede adaptarse a todos los medios posibles.

Bioelementos: Composición Química de los Seres Vivos

Son los elementos que entran en la composición química de los seres vivos.

La materia viva es un sistema físico-químico muy complejo y termodinámicamente activo, es decir, capaz de captar energía de su entorno y transformarla en beneficio propio.

Los bioelementos se caracterizan por ser:

• De bajo peso molecular
• Muy activos
• De bajo calor específico
• Muy abundantes en la biósfera

Clasificación de los Bioelementos

Bioelementos Primarios

Son en número de seis: C, H, O, N, P y S.

Su proporción en el cuerpo es:

• C (18%)
• H (10%)
• O (65%)
• N (3%)
• P (1%)
• S (0,3%)

Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, que son las biomoléculas (principios inmediatos) presentes en todo ser vivo.

Bioelementos Secundarios y Oligoelementos

Son todos los elementos restantes.

Los Indispensables:

Cl, Ca, Na, K, Mg, Mn, Fe, Cu, Si, F, B, I.

Los Variables (no indispensables):

Son los que pueden faltar en algunos organismos: B, Br, Zn, Ti, V, Pb, Co, Al, etc.

Los elementos que se encuentran en proporciones < 0,1% se denominan oligoelementos: Fe, Cu, Mg.

Muchos bioelementos pueden ser a la vez indispensables y oligoelementos.

Los bioelementos que se encuentran por debajo de 0,001%: Silicio (Si), Yodo (I).

Funciones de los Bioelementos Específicos

El C, H, O, N, P y S constituyen los principios inmediatos.

En fisiología, los iones primarios de los electrólitos son: Na.

El Sodio (Na)

Es el elemento más abundante del L.E.C. (líquido extracelular).

• 1/3 del total en el L.I.C. (líquido intracelular).
• 2/3 en el L.E.C.

Participa en el equilibrio ácido-básico e hídrico.

Interviene en la transmisión nerviosa y en la contracción muscular.

La carencia disminuye la asimilación proteica.

La falta de sodio en aves origina la baja producción de huevos.

El Potasio (K)

Abunda en el L.I.C. (líquido intracelular).

• Imprescindible para la transmisión nerviosa, afecta la contracción muscular.
• Aumenta la turgencia: Favorece la captación de moléculas de agua alrededor de partículas coloidales citoplasmáticas.

El tejido muscular presenta seis veces más potasio que sodio, por eso:

Cuando el potasio es deficiente en las gallinas, se observa debilidad en las patas.

El Calcio (Ca)

Es el mineral más abundante del cuerpo.

El calcio actúa como mediador intracelular cumpliendo función de segundo mensajero.

Por ejemplo, el ión Ca²⁺ interviene:

• En la contracción muscular y es imprescindible para la coagulación de la sangre.
• Participa en la transmisión nerviosa: Excitabilidad del tejido nervioso, liberación de neurotransmisores en la estructura de huesos y dientes.

El Ca²⁺ disminuye la turgencia.

El Hierro (Fe)

Fundamental para la síntesis de la clorofila.

Catalizador en reacciones químicas.

Cofactor enzimático: Componente no proteico que actúa coordinadamente con una enzima para catalizar una reacción bioquímica:

Holoenzima = Apoenzima + Cofactor.

Más importantes cofactores: Mn, Fe, Zn, Co, Cu, Mo.

Interviene en la formación del grupo hemo de la hemoglobina (Fe²⁺).

Interviene en la formación de:

• Mioglobina
• Catalasa
• Peroxidasa
• Citocromo de la cadena respiratoria

Se requiere para la síntesis de las hormonas tiroideas (Tiroxina y la Triyodotironina).

Su falta produce el bocio (aumento de la glándula Tiroides).

El déficit de yodo durante la infancia origina cretinismo: Hay retraso mental y físico.

El Cobre (Cu)

Se requiere para formar la hemocianina, el pigmento respiratorio de animales invertebrados acuáticos.

Su deficiencia es muy rara, produce anemia hipocrómica y neutropenia.

Las fracturas de huesos y malformaciones óseas.

También se puede generar la desmielinización de neuronas de extremidades posteriores.

El Magnesio (Mg)

Es el segundo catión más abundante del L.I.C. (45%); el L.E.C. tiene el 1% de Mg.

Los tejidos musculares contienen más Mg que calcio.

Actúa en el metabolismo de glúcidos: Activa enzimas de la vía glicolítica.

Actúa en la síntesis de proteínas: Actuando como coenzima (ribosomas).

Una ingesta adecuada de Mg es una manera de controlar ciertas enfermedades cardiovasculares:

• Hipertensión
• Los trombos
• Arritmias cardiacas

Otras funciones:

• Puede ayudar a las personas con diabetes tipo II.
• La falta de Mg puede ser una causa de la aparición de asma. Es útil para el tratamiento de la bronquitis.
• Disminuye el dolor de las fibromialgias.
• Previene el dolor de cabeza o migraña.
• Puede prevenir la aparición de cálculos renales.

Desempeña importantes funciones en:

• La actividad neuromuscular
• La transmisión de los impulsos nerviosos
• El funcionamiento del miocardio

El Manganeso (Mn)

Interviene en la fotólisis del agua, durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.

Es necesario para el crecimiento de los recién nacidos.

Está relacionado con el desarrollo de tejidos y la coagulación de la sangre.

Fracturas de huesos y osteoporosis pueden prevenirse gracias al Mn de la piña.

El Flúor (F)

Interviene en la estructura de los dientes (en forma de fluoruro, compuesto binario del flúor): Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.

El Nitrógeno (N)

Componente de aminoácidos y proteínas.

Plantas que crecen en suelos pobres: Las plantas son pequeñas y de color verde pálido o amarillentas.

El Fósforo (P)

En animales: Componente de la hidroxiapatita de la matriz ósea.

Después del Calcio: Es el mineral más abundante.

Ayuda a mantener el pH de la sangre ligeramente alcalino.

Aumenta la resistencia de los atletas.

Su carencia puede producir:

• Debilidad muscular y alteraciones del SN.
• La osteomalacia tiene numerosas causas. En los niños, la afección se la llama raquitismo y a menudo la ocasiona una deficiencia de vitamina D. También por insuficiencia de fosfato asociada con su consumo deficiente en la dieta.

Abunda en las células meristemáticas.

Abunda en la maduración de semillas y frutas.

Es necesario para ciertos procesos enzimáticos:

• Producción de alcohol a partir de azúcares
• Transformación de azúcar en almidones

El afloramiento de agua profundas en la costa peruana genera el desarrollo de fitoplancton y, por lo tanto, de la pesquería. El fósforo abunda en esta agua.

El Azufre (S)

Indispensable para la formación de clorofila; su deficiencia provoca un color verde pálido.

Interviene en la composición de vitaminas B₁ (tiamina) y B₇ (biotina) o vitamina H.

La Tiamina (B₁):

Ayuda a las células del organismo a convertir carbohidratos en energía. También es esencial para el funcionamiento del corazón, los músculos y el sistema nervioso.

Se encuentra en panes fortificados, cereales, germen de trigo, carnes magras (cerdo), pescado, granos secos, arvejas y semilla de soya.

Biotina (B₇) o Vitamina H:

En su papel de coenzima asiste en la síntesis de ácidos grasos y oxidación de los mismos y de los glúcidos; sin biotina la producción de grasas se ve reducida.

Fuentes ricas en biotina: yema de huevo, hígado a la plancha, arroz integral, coliflor, hongos, arvejas, levadura de cerveza, maní, caballa y sardinas.

Es componente importante de estructuras proteicas. Forma parte de:

• La insulina
• Queratina
• Colágeno
• Glutatión (antioxidante celular)
• Glucósidos que dan el sabor característico a la mostaza, cebolla y rabanitos.

El Níquel (Ni)

Interviene en el control de la concentración de insulina en la sangre: Es necesario para la síntesis de insulina y factor antianémico.

Es activador de la arginasa: Interviene en los procesos de formación de urea.

El Zinc (Zn)

Es cofactor de la anhidrasa carbónica, catalasas y fosfatasas.

Acelera la mitosis, se concentra en el huso mitótico.

Colabora en el buen funcionamiento del sistema inmunológico (lo intensifica).

Promueve la cicatrización de las heridas.

Interviene en el metabolismo de proteínas: Interviene en la síntesis de colágeno.

Intervienen en la síntesis de ácidos nucleicos.

Interviene en las percepciones del gusto y el olfato.

Colabora con el correcto funcionamiento de la glándula prostática y el desarrollo de los órganos reproductivos.

Previene el acné al regular la actividad de las glándulas sebáceas.

Interviene en la respuesta frente al estrés.

El Selenio (Se)

Es fundamental para formar los huesos.

Potente antioxidante natural: Componente de la enzima antioxidante superóxido dismutasa.

Tiene como cofactores: Zn, Cu, Mn, Fe o Ni.

Interviene en el normal crecimiento y desarrollo durante el embarazo, la niñez y la adolescencia.

Ayuda a mantener las funciones oculares normales: Aumenta la absorción de la vitamina A.

El Cobalto (Co)

Es componente de la vitamina B₁₂ (cianocobalamina).

• La vitamina B₁₂ es antianémica.
• Mantiene en buen estado el sistema nervioso.
• No existe en vegetales ni frutas.

En los toros aumenta el porcentaje de espermatozoides anormales.

El Cloro (Cl)

Es el principal anión extracelular y cumple papeles análogos a los del sodio.

Abunda en la mucosa gástrica, orina, sudor y leche.

Facilita el buen funcionamiento del hígado, favoreciendo la limpieza de residuos orgánicos.

Necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial. Junto al sodio y al potasio, regula el equilibrio electrolítico.

Su carencia en vacas lecheras ocasiona:

• Descenso de la producción láctea
• Pérdida de apetito y peso
• Ojos sin brillo
• Pelaje áspero y un decaimiento general

El Litio (Li)

Actúa sobre los neurotransmisores y la permeabilidad celular.

En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.

El Cromo (Cr)

Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.

El Silicio (Si)

Proporciona resistencia al tejido conjuntivo.

Endurece los tejidos vegetales, como en las gramíneas.

Presente en las plumas de las aves.

Funciones Generales de los Bioelementos

• Tienen función estructural: C, H, O, N, P, S y Ca.
• Tienen función catalítica: Mn, Zn, Co, Mo, Cr, Fe, Cu, Si, Al.