Bases físicas y bases químicas de la vida

I. Introducción:

I.1. Antecedentes:

Uno de los fundamentos de la biología moderna es que todos los fenómenos de la vida se rigen por principios químicos y físicos, y pueden explicarse por ellos.

Hasta comienzos del presente siglo, biólogos y legos por igual creyeron que los procesos vitales difieren en cierta forma fundamental de los sistemas no vivientes.

Con el enorme aumento de nuestros conocimientos de los principios químicos y físicos desde entonces, se ha visto claro que la multitud de fenómenos de la vida, pueden explicarse en términos físicos y químicos sin postular cierta fuerza vital misteriosa y única. Las propiedades de los sistemas vivientes que en un tiempo parecieron tan inexplicables, parecen ahora bastante claras.

I.2 Marco Teórico:

1. Bases Físicas:

1.1 Difusión:

La difusión (también difusión molecular) es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía (Desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disuelven. Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la Ley de Fick. La membrana permeable puede permitir el paso de partículas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentración. La difusión, proceso que no requiere aporte energético, es frecuente como forma de intercambio celular.

1.2 Ósmosis:

Es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía.

Cuando se coloca una célula, ya sea animal o vegetal, en algún fluido hay tres posibilidades de ocurrencia:

Hipotónico: Si el medio circundante tiene una concentración de agua mayor que la de la célula, por el mecanismo de ósmosis la célula ganará agua. Las moléculas del agua están libres de entrar y salir de la célula; sin embargo, la tendencia será a entrar. Probablemente la célula termine hinchándose.

Isotónico: Si la concentración de agua en ambos espacios (medio y célula) es similar, no se producirá ningún movimiento a través de la membrana celular, pues existe un equilibrio. En realidad el agua sí atraviesa la membrana pero en

ambas direcciones, siendo igual la cantidad que entra que la que sale. El tamaño de la célula no varía.

Hipertónico: Si la concentración del medio es menor, la célula pierde agua como efecto del mecanismo de ósmosis. Al igual que en las situaciones anteriores el agua atravesará la membrana celular en ambas direcciones, pero la cantidad que sale de la célula es mayor que la que entra. En este caso, la célula se reduce.

1.3Presión osmótica:

Es la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolverse a través de una membrana semipermeable.

La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones . Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo de barrera de control.

Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable las moléculas de disolvente se difunden, pasando habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor concentración.

1.4 Sistemas dispersos: son dos o más sustancias que están en un estado.

Fases:

FASE DISPERSA: Llamado también soluto, es la fase que se encuentra disuelta, o dispersa en otra fase del sistema. Por ejemplo, en un sistema de agua y sal, la sal es la fase dispersa porque esta disuelta en el agua.

FASE DISPERSANTE: Llamado también solvente, es la fase en la que otras fases pueden estar mezcladas o disueltas. En el mismo sistema, es el agua, porque es la fase en la que esta disuelta la sal.

1) Suspensión: Es una mescla heterogénea formada por un sólido en polvo (fase dispersa) que se dispersan en un medio líquido( fase dispersante o dispensadora). Cuando uno de los componentes es líquido y los otros son sólidos suspendidos en la mezcla, son conocidas como suspensiones mecánicas .Por ejemplo agua y tiza.

2) Soluciones: Está formado por solvente y soluto. Por ejemplo agua(solvente) y azúcar(soluto):

3) Coloides: Es un sistema formado por dos o más fases, principalmente. Una continua normalmente fluida, y otra dispersante en forma de partículas generalmente sólidas. La fase dispersa es la que se halla en menor concentración. Normalmente la fase continua es líquida pero pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación. Por ejemplo agua y gelatina granulada.

Emulsión:

Consiste en la mezcla de dos líquidos inmiscibles donde uno en mayor proporción DISPERSANTE y otro en menor proporción DISPERSA. Por ejemplo la mantequilla, la margarina, la leche y crema, el expreso, la mayonesa, el lado fotosintético de las películas fotográficas y el aceite de corte.

Emulsión de dos líquidos inmiscibles fa.1 y fa.2.

Por agitación la fa. 2 está dispersa en las fa .1.

Por emulsión se separa progresivamente.

Las partes de borde purpura establece la emulsión.

1.5 Tensión superficial: En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial, junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.

1.6 Absorción: es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida). Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un líquido C, también en reposo. Un ejemplo es la absorción de amoníaco A del aire B por medio de agua líquida C.

2. Bases Químicas:La materia viva es una mezcla compleja de iones, moléculas y partículas organizados en arreglos funcionales, de tal manera que reunidos presentan las características de un sistema viviente.Las características grandes se forman por la interacción mutua de los átomos que las constituyen, de modo que se completen sus niveles energéticos exteriores. Estas partículas se conocen como moléculas y las fuerzas mediante las cuales se mantienen unidas como enlaces.

2.1. BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGÉNICOSSon los elementos que forman parte de los seres vivos. Los podemos clasificar en:

BIOELEMENTOS PRIMARIOS: C, H, N, O, P, S. Representan alrededor del 96% del total, por lo que constituyen la práctica totalidad de las moléculas biológicas.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: Na +, K+, Ca2+, Mg2+, Cl En medio acuoso se encuentran siempre ionizados. Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son imprescindibles para los seres vivos.

OLIGOELEMENTOS O ELEMENTOS VESTIGIALES: se encuentran en cantidades inferiores al 0´1%. Son imprescindibles para la vida aunque no todos los seres vivos tienen los mismos. Como oligoelementos más universales podemos citar, Fe, Cu, Zn, Mn, I, Ni, Co.

2.3 ENLACES QUÍMICOS:Un enlace químico es una fuerza de atracción entre dos o mas átomos. Básicamente se encuentran cuatro tipos de enlaces: iónicos, covalentes, de hidrógeno y peptídicos, los cuales tienen importancia en las moléculas que existen en los materiales biológicos.

3.3. SUSTANCIAS QUÍMICAS PRESENTES EN LOS SERES VIVOS

Las sustancias que conforman un ser vivo pueden ser orgánicas o inorgánicas, las cumplen diferentes funciones dependiendo de su complejidad.

SUSTANCIAS ORGÁNICAS:

El elemento de mayor importancia en la materia viva es el carbono (C), el cual tiene una valencia igual a 4 lo cual le permite unirse a otros cuatro átomos para formar

cadenas y servir de columna vertebral para un número importante de compuestos como los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

A. CARBOHÍDRATOS:

B. LÍPIDOS: Son sustancias insolubles en agua

B.1 LÍPIDOS SIMPLES: Poseen en su estructura un alcohol (glicerol) y ácidos grasos

Ejemplos: Grasas, Aceites y Ceras

B.2 LÍPIDOS COMPLEJOS: Poseen en su estructura un alcohol( glicerol), ácidos grasos, azucares y bases nitrogenados

Ejemplos: fosfolípidos, carotenoides, esteroides

C. PROTEÍNAS: Sustancias formadas por aminoácidos, son las más abundantes en los sistemas vivos constituyen el 50 % del peso seco de los organismos. todos son polímeros de aminoácidos dispuestos en una secuencia lineal. Ejemplos: Enzimas, hormonas, hemoglobinas, inmunoglobulinas.

D. ÁCIDOS NUCLEICOS: Están formados por cadenas largas de nucleótidos, que a su vez están formados por tres subunidades: un grupo fosfato, un azúcar de 5 carbonos (ribosa del ARN o desoxirribosa ADN) y una base nitrogenada puede ser adenina, guanina, timina, citosina, del DNA y adenina, guanina, citosina y uracilo para el RNA. Ejemplos: ADN y el ARN

SUSTANCIA INORGÁNICA: Se denomina sustancia inorgánica a toda sustancia que carece de enlaces entre átomo de carbono y átomos de oxigeno (hidrocarburos). Un ejemplo de

sustancia inorgánica es el ácido sulfúrico o el cloruro sódico. De estos compuestos trata la química orgánica.En Biología, el concepto de inorgánico y orgánico es muy importante y de vital importancia en temas como la nutrición de los organismos autótrofos. Estos organismos solo utilizan sustancias inorgánicas del medio (agua, sales minerales y dióxido de carbono) para su nutrición.

A. El Agua: es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado liquido, pero la misma puede hallarse en su forma solida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua constituye el 70% aproximadamente en peso de las células.

Características físicas y químicas del agua:

Disolvente: El agua es un disolvente polar, más polar, por ejemplo, que el etanol. Como tal, disuelve bien sustancias iónicas y polares, como la sal de mesa (cloruro de sodio). Esta cualidad es de gran importancia para la vida.

Polaridad: Las moléculas de agua son muy polares, puesto que hay una gran diferencia electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno.

Cohesión: La cohesión es la propiedad por la que las moléculas de agua se atraen entre sí. Debido a esta interacción se forman cuerpos de agua por adhesión de moléculas de agua, las gotas.

Adhesión: El agua, por su gran potencial de polaridad, cuenta con la propiedad de la adhesión, es decir, el agua generalmente es atraída y se mantiene adherida a otras superficies.

Tensión superficial: Por su misma propiedad de cohesión, el agua tiene una gran atracción entre las moléculas de su superficie, creando tensión superficial.

Calor Especifico: El calor específico del agua se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura, en un grado Celsius, a un gramo de agua en condiciones estándar y es de 1 cal/°C•g, que es igual a 4,1840 J/K•g.

Densidad: La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión.

B. Sales Minerales: Podemos encontrarlas disueltas en los medios celulares internos o externos, o precipitadas en huesos y caparazones. Cuando están disueltas se encuentran disociadas en cationes y aniones. Los principales cationes y aniones presentes en los medios orgánicos son: • Cationes: Na+ , K+ , Ca+2 y Mg+2 . • Aniones: Cl- , SO4 -2, PO4 -3, CO3 -2, HCO3 - y NO3

PRINCIPALES FUNCIONES DE LAS SALES MINERALES- Esqueletos y caparazones.- Mantener la salinidad.- Estabilizar las disoluciones. Por ejemplo, los amortiguadores del pH.- Específicas: Movimiento muscular, impulso nervioso etc.

I.3 Objetivos:

Los objetivos en este informe es conocer sobre las propiedades físicas y químicas de la vida y por la cual se dan algunos tipos de fenómenos, también vamos explicar a traves de los experimentos realizados cuando se produce una emulsion, una suspensión, una solución, y un coloide; en estsos experimentos también explicaremos la propiedad de difusión y la osmosis.

II. Materiales y métodos experimentales:

1. Materiales:

Tubo de ensayo:

Recipiente graduado:

Aceite:

Zanahoria:

Azúcar:

Agua destilada:

Alcohol:

Tiza molida:

Azul de Metileno:

Gelatina Granulada:

2. Métodos: Agua con aceite:

Agregar el aceite en el tubo de ensayo transparente vacía y luego agregar el agua con poco a poco, colocar la tapa a la botella y agitar con mucha fuerza.Colocar la botella sobre una superficie plana y observar.

Alcohol con aceite:Realizamos el mismo procedimiento que el anterior pero esta vez con alcohol en vez de agua.

Tiza molida con agua:Agregamos agua en el tubo de ensayo, luego agregamos una pequeña cantidad de tiza molida y agitamos.

Azúcar con agua:Realizamos el mismo procedimiento pero en esta ocasión echamos el azúcar en vez de tiza molida.

Gelatina Granulada con agua:Al igual que el anterior hacemos lo mismo pero con gelatina granulada.

Azul de metileno en agua:

Llenamos el tubo de ensayo con agua, y después echamos una pequeña gota de azul de metileno y observamos.

Azúcar en zanahoria:Debemos colocar agua en el recipiente hasta que este casi lleno, luego cogemos una zanahoria, cortamos a la mitad y la parte de arriba, procedemos a perforar la zanahoria haciendo un hoyo, luego la rellenamos de azúcar, introducimos la zanahoria y esperamos unos minutos.

III. Resultados:

Agua con aceite: A primera vista, parecía que los líquidos se habían mezclado, sin embargo se observa que el agua y el aceite empiezan a separarse, el agua se va al fondo del tubo y el aceite flota en la superficie.

Alcohol con aceite:En este caso sucede algo distinto cuando el aceite y alcohol se van separando, quien va al fondo es el aceite y queda flotando el alcohol.

Tiza molida con agua:Podemos observar que las pequeñas moléculas de tiza quedan en el fondo del tubo, llegándose a apreciar 2 fases.

Azúcar con agua:Aquí observamos que las moléculas de azúcar han quedado disueltas en el agua lográndose apreciar una sola fase,

Gelatina granulada con agua:Al hacer esta mezcla observamos que el agua se torna de color de la gelatina.

Azul de metileno en agua:Hemos podido apreciar como la gotita de azul de metileno ocupo todo el espacio que se encontraba con agua.

Azúcar en zanahoria:Podemos ver como el azúcar se aguo, la parte inferior de la zanahoria goteaba, y el nivel del agua en el recipiente había disminuido.

IV. Análisis de Resultados:

Agua con aceite:Lo que observamos en la mezcla de agua y aceite fue que al agitar se produjo una emulsión llegándose a ver unas pequeñas gotas llamadas micelas, luego se hicieron dos fases quedando el agua en el fondo y el aceite en la superficie debido a que el agua es más denso que el aceite, esta mezcla heterogénea se produjo dado que estos dos son inmiscibles, ya que el agua es polar y el aceite es no polar.

Alcohol con aceite:También se produjo una emulsión y se pudo observar las micelas; la diferencia con el experimento anterior fue que el aceite quedo abajo y el alcohol arriba debido que el aceite es más denso que el alcohol.

Tiza molida con agua:Aquí lo que se produjo se llama suspensión en el que la tiza es el soluto, en este caso la parte sólida, y el agua el solvente.

Azúcar con agua:

En este caso lo que se ha visto se llama solución, que es un sistema homogéneo, donde las partículas de dispersión son iones o moléculas, aquí el agua ha disuelto las partículas de azúcar, apreciándose una sola fase.

Gelatina con agua: Lo que se ha producido acá se le llama coloide, que es un sistema heterogéneo donde el sistema disperso puede ser observado a través del ultramicroscopio, esta parte observada se llama sol, ya que si se llega a congelar se le llamaría gel.

Azul de metileno en agua:Esto que pudimos apreciar como la gotita de azul de metileno ocupo todo el espacio se le llama difusión y esto fue un claro ejemplo.

Azúcar en zanahoria:El agua del recipiente ingreso a la célula de la zanahoria hasta llegar a transportarse a donde estaba el azúcar que estaba en la parte superior expulsando el líquido de la zanahoria hacia afuera, a esto se le llamaría ósmosis.

V. Bibliografía:

http://curiosidades.batanga.com/2011/07/29/que-es-la-osmosis

http://es.slideshare.net/andreabelduma9/biologia-bases-quimicas-de-la-vida-24702249

http://suribewiki.wikispaces.com/BASES+QU%C3%8DMICAS+DE+LA+VIDA

http://es.slideshare.net/merchealari/tema-1-base-fsico-qumica-de-la-vida-biomolculas-orgnicas-glcidos

http://www.uma.es/media/tinyimages/file/BF.pdf

https://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20081227124951AAUeXyN

Ville C. 2011. Biología. Interamericana editores. México