Organización y Composicón Química de los Seres Vivos by Victor Lillo

C u r s o: Biología Mención módulo 1.

Unidad I: Organización, Estructura y Actividad Celular Teoría celular y moléculas inorgánicas. Calcio 1 % Fósforo 0,7 % Potasio 0,4 % Azufre 0,3 % Sodio 0,3 % Cloro 0,2 % Magnesio 0,1 % Nitrógeno 3 % Hidrógeno 10 %

Carbono 19 %

Oxígeno 65 %

Los seres vivos están constituidos por los mismos componentes químicos y físicos que la materia inerte, y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Seis elementos (C, H, N, O, P y S) constituyen el 98% de toda la materia viva.

1. Introducción. Se cree que todos los organismos, y todas las células que los constituyen, descienden por evolución de una célula ancestral común, mediante selección natural. La evolución es el principio central de la biología, ya que nos ayuda a comprender la asombrosa diversidad del mundo vivo. Este proceso implica dos procesos esenciales: • la aparición de una variación al azar en la información genética transmitida de un individuo a sus descendientes, y • la selección de la información genética que ayuda a su portador a sobrevivir y multiplicarse. Millones de especies diferentes de organismos vivos pueblan la Tierra. Muchas de las especies, esperan ser descubiertas por los científicos. El alcance de la biología, el estudio científico de la vida, se define a través de una jerarquía de organización biológica, desde biomoléculas hasta biosfera. La vida se compone de materia, que es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos. En la Tierra, existen unos 92 elementos. Muchos son muy conocidos, como el carbono, que se encuentra en forma pura en el diamante y en el grafito; el oxígeno, abundante en el aire que respiramos; el calcio, que utilizan muchos organismos para construir conchas, cáscaras de huevo, huesos y dientes, y el hierro, que es el metal responsable del color rojo de nuestra sangre. Unos 25 de los 92 elementos naturales son esenciales para la vida. Como puede verse en la figura de la portada, cuatro de ellos, oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H) y nitrógeno(N), constituyen un 97 % del cuerpo humano, que es un ejemplo típico de la materia viva. En el nivel químico, la partícula más pequeña de un elemento es el átomo, que al combinarse con átomos de dos o más elementos diferentes, en proporciones definidas y constantes, originan los compuestos. Los compuestos químicos son mucho más comunes que los elementos puros. Muchos compuestos consisten sólo en dos elementos, por ejemplo, la sal de mesa, cloruro de sodio (NaCl) contiene partes iguales de los elementos sodio (Na) y cloro (Cl). En cambio, la mayor parte de los compuestos en los organismos vivos contiene al menos tres o cuatro elementos diferentes, principalmente carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Las proteínas, por ejemplo, están formadas por cuatro elementos (C, H, O y N), y la celulosa está formada por tres (C, H y O). Los diferentes arreglos atómicos determinan las propiedades únicas de cada compuesto. En el nivel celular, muchos tipos distintos de átomos y macromoléculas se asocian entre sí y forman células. Sin embargo, una célula es mucho más que un montón de átomos y moléculas, “es la unidad estructural y funcional básica de la vida”, el componente más simple de la materia viva que es capaz de realizar todas las actividades necesarias para la vida. En los organismos metacelulares, las células forman tejidos que a su vez se disponen en estructuras funcionales llamadas órganos. Un conjunto de órganos coordinadamente cumple funciones biológicas integrándose como un sistema de órganos. Los aparatos o sistemas de órganos se relacionan y cumplen sus funciones en forma coordinada y precisa estructurando el complejo organismo multicelular. Los organismos de una misma especie, que habitan en la misma área y en el mismo tiempo, constituyen una población. Las distintas poblaciones de organismos que interactúan en una misma área estructuran una comunidad biótica o biocenosis. El ecosistema es aquel nivel en que la comunidad se relaciona con el ambiente físico o abiótico (biotopo). Los ecosistemas que presentan similitudes se agrupan en la categoría de bioma y la totalidad de ellos es la biosfera (Figura 1).

Figura 1: Niveles de organización biológica.

QUÍM ICA

Átomos

Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores (Figura 1). Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes.

Moléculas

Tejidos

BIOLOGÍA CELULAR

Células

BIOLOGÍA MOLECULAR

Macromoléculas

Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos -hidrógeno y oxígeno-. De la misma manera, una célula cualquiera tiene propiedades diferentes de las de sus moléculas constitutivas, y un organismo multicelular dado tiene propiedades nuevas y diferentes de las de sus células constitutivas. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la vida.

FISIOLOGÍA

Órganos

Sistemas de órganos

Organismos

Poblaciones

ECOLOGÍA

Comunidad + Biotopo

Ecosistemas

Biomas

Biosfera

2. Teoría celular. La célula fue descrita inicialmente por Robert Hooke (1665) al estudiar con el microscopio unas finas laminillas de corcho. Según sus observaciones, dichas laminillas estaban formadas por un entramado de fibras que dejaban una serie de espacios, los cuales parecían las celdillas de los panales de las abejas, y por ello las denominó células. En principio, esta descripción pasó como mera curiosidad, pero, con el tiempo y el perfeccionamiento de los microscopios, se fue observando que aquellas celdillas o células estaban presentes en muchos tejidos vegetales y el contenido de las mismas no era un espacio vacío, como en el corcho, sino que estaba formado de una masa viscosa a la que se llamó protoplasma o citoplasma y en la cual había un gránulo más o menos voluminoso al que se denominó núcleo. En los tejidos animales, la descripción de los elementos celulares fue más lenta, dado que los tejidos son menos consistentes y degeneran antes perdiendo su estructura. Sin embargo, como en los tejidos vegetales, se fue observando que eran las células los elementos básicos en la estructura. Finalmente, un botánico (Schleiden) y un zoólogo (Schwann) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en vegetales y animales y formularon en 1839 el principio básico de la Teoría Celular. Posteriormente se comprobó también que los microorganismos son en realidad organismos unicelulares. Sobre la base de todas estas investigaciones, en 1855, se estableció un principio que resultaría central para la biología. Dos investigadores alemanes, Robert Remarck (1815-1865) y Rudolph Virchow (1821-1902) formularon la siguiente afirmación: toda célula procede de otra célula. "Donde existe una célula debe haber habido una célula preexistente, así como un animal surge solamente de un animal y una planta surge solamente de una planta. A través de toda la serie de formas vivas, sean organismos animales o vegetales enteros, o sus partes componentes, gobierna una ley de desarrollo continuo". La teoría celular se enfrentó en sus comienzos con la Teoría Vitalista, según la cual la fuerza vital era una más de las fuerzas que gobiernan la naturaleza, como la fuerza gravitatoria o la fuerza eléctrica. Según la teoría vitalista, los organismos vivos formados por materia inerte manifiestan su actividad biológica en tanto que poseen un principio etéreo llamado principio vital, generador de la fuerza comentada anteriormente. Con el tiempo se fue observando que las distintas facetas de la actividad de los seres vivos se deben a la acción conjunta y coordinada de los numerosos elementos celulares que constituyen el organismo. El primer proceso en ser explicado en estos términos fue el de la génesis celular. Se comprobó que las células proceden unas de otras por división, de tal modo que las miles de millones de células que forman el organismo adulto metacelular no resultan sino de las sucesivas divisiones de una única célula: el cigoto resultante de la fusión del espermatozoide y el óvulo. Los distintos procesos biológicos fueron así paulatinamente explicados en términos de interacción entre células o como resultado de la función celular. La última etapa se dedicó al estudio de la actividad nerviosa. La complejidad de los procesos nerviosos como rectores de fenómenos superiores, (por ejemplo, la inteligencia, el afecto, etc), contrastaban con la simplicidad que se observó en los primeros estudios sobre la estructura de los centros nerviosos. En dichos trabajos se observaba la existencia de una red de fibras a las cuales se anclaban los elementos celulares que se suponía formaban una red sincitial en la que existía una fusión de los citoplasmas. Los estudios de Ramón y Cajal, demostraron que los centros nerviosos no están formados por una red continua, sino que los elementos celulares (neuronas en el sistema nervioso) establecen contactos unos con otros. El flujo de información a través de los contactos define el funcionamiento básico del sistema nervioso. Por tanto, también en el caso del tejido nervioso la actividad de los órganos se debe a la interacción entre los elementos celulares que lo 5

componen. La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que:

Síntesis •

Todos los organismos vivos están formados por una o más células. La estructura del organismo como un todo se debe a la especial disposición de sus células y de las estructuras que éstas generan. (La célula como unidad Estructural).

•

Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células. (La célula como unidad funcional).

•

Toda célula procede de la división de otra anterior. (La célula como unidad de origen).

•

Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija.

Aún, cuando toda célula existente respeta en principio la teoría celular, existe una gran variedad de tamaños, formas, tipos y asociaciones celulares que se observan en el mundo de lo vivo, esto es consecuencia de procesos “adaptativos” que surgen como la suma de múltiples eventos de selección natural, acontecidos bajo diferentes condiciones ambientales. No obstante esta gran diversidad, las células tienen propiedades y/o características comunes, tales como: •

Poseer una maquinaria metabólica: que les permite realizar los procesos vitales de desarrollo, crecimiento y reproducción.

•

Poseer un centro de almacenamiento de la información genética (DNA), y control de los procesos vitales (mecanismos de regulación de la expresión génica).

•

Poseer una membrana plasmática , que delimita al citoplasma, y cuya función principal es regular el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior, manteniendo el medio intracelular constante dentro de ciertos límites permisibles, (mecanismo de permeabilidad selectiva).

Los organismos se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Eukarya incluye cuatro reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia, todos ellos eucariontes. Los organismos pertenecientes al dominio Bacteria forman el reino de las Eubacterias. En el dominio Archaea se pueden mencionar las archeobacterias acidófilas, termoplasmales y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes (Figura 2).

Figura 2. Clasificación de los seres vivos en tres dominios y seis reinos (Woese 1990).

3. Célula procariota. Los procariotas son esencialmente unicelulares, aunque en algunos casos las células forman racimos, filamentos o cadenas. Hay dos grupos muy diferentes de procariotas, que conforman dos de los tres dominios que incluyen bacterias con metabolismo quimiosintético, fotosintético y heterótrofo. •

Dominio Archaea (Arqueobacterias): Son bacterias primitivas que se caracterizan porque su hábitat corresponde a ambientes donde las condiciones son extremas: aguas termales, fondo marino, cráteres volcánicos (Figura 3).

•

Dominio Bacteria: comprende algunas especies como Cianobacterias (que son los organismos más antiguos y conservados del mundo), bacterias Gram positivas y Gram negativas, bacterias púrpuras y otras. Son las bacterias más familiares para las personas, ente ellas hay autótrofas (quimiosintéticas y fotosintéticas), descomponedoras y heterótrofas (algunas son patógenas) (Figura 4).

Figura 3. Microfotografía de una Arqueobacteria.

3.1. Estructura Bacteriana (figura 5)

Figura 4. (A) Esquema y (B) Microfotografía electrónica de una Eubacteria.

3.1. Estructura bacteriana (Figura 5)

Figura 5. Esquema de una típica célula bacteriana Gram - .

a) Pared Celular Otorga forma a la célula, resistencia a la lisis celular y protección, al actuar como barrera para algunas sustancias impidiendo que penetren dentro de la célula. Está formada básicamente por peptidoglucano, un polímero formado por azúcares y polipéptidos. La diferencia en composición de la pared celular de las bacterias, ha permitido clasificarlas en Gram +, que reaccionan positivamente a la tinción Gram adquiriendo una coloración púrpura y las Gram - que no retienen el pigmento tomando una tonalidad rosada.

Gram +

Gram -

Figura 6. Composición de la pared celular en bacterias Gram + y Gram-.

La pared celular de las bacterias Gram + está formada por una gruesa capa de peptidoglucano ( mureína), en cambio la pared de las bacterias Gram – consta de dos capas, una delgada de peptidoglucano y una gruesa membrana externa formada por lípidos, proteínas e hidratos de carbono. Algunas bacterias poseen por fuera de la pared una capa viscosa o cápsula, formada por azúcares (oligosacáridos) que posee distintas funciones: • • • •

Adherencia. Resistencia a la desecación. Material de reserva. Patogenicidad: provee resistencia a la acción de agentes bactericidas y a la fagocitosis.

b) Membrana Plasmática Formada por una bicapa lipídica y proteínas. No presenta colesterol. Sus funciones son: • • • •

Regular el intercambio de sustancias entre la célula y su medio. Contener enzimas que actúan en la producción de energía y síntesis de pared celular. En las bacterias aeróbicas la membrana se invagina y forma los mesosomas, que contienen las enzimas que participan en la respiración celular, otorgando energía para el metabolismo bacteriano. En las bacterias fotosintéticas, la membrana forma lamelas, que contienen los pigmentos y enzimas que participan en la fotosíntesis.

c) Citoplasma El citoplasma es un fluido que contiene sustancias disueltas y partículas en suspensión como los ribosomas. El 80% del citoplasma corresponde a agua y el resto lo componen ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos, lípidos, iones, etc. En este fluido ocurren las reacciones metabólicas como la síntesis de material celular a partir de los nutrientes (anabolismo) y la degradación de nutrientes para obtener energía (catabolismo). Ribosomas ( tipo 70 S): son organelos celulares amembranosos formados por RNA y proteínas, organizadas en dos subunidades (una de 30 S y otra de 50 S) donde tiene lugar la síntesis de proteínas. Se encuentran libres en el citoplasma o bien asociados a la parte interna de la membrana celular. d) Material Genético El material genético ocupa la zona central de la célula y está unido a la membrana cerca de los mesosomas, formando un cromosoma circular constituido de una molécula de DNA no asociado a histonas (proteínas). Muchas bacterias, además de poseer este DNA, poseen plásmidos , que son pequeños trozos de DNA circular de replicación independiente del DNA cromosómico, los que confieren a las bacterias ventajas competitivas que les permiten desarrollarse en condiciones adversas (resistencia a antibióticos, metales pesados). Los plásmidos pueden replicarse e intercambiarse de una bacteria a otra mediante conjugación bacteriana. El pequeño tamaño de los plásmidos los hace especialmente adecuados para su manipulación, por lo que son útiles en técnicas de DNA recombinante (ingeniería genética).

e) Flagelos Algunas bacterias poseen flagelos, que son filamentos proteicos que se extienden desde el citoplasma a través de la pared celular y son responsables de la movilidad de las bacterias. f) Fimbrias o Pili Algunas bacterias tienen cientos de apéndices denominados pilis. Estas estructuras proteínicas son organelos de fijación que ayudan a la bacteria a adherirse entre sí o a determinadas superficies, como las células que infectarán. Algunos pelos (fimbrias) participan en la transmisión de ADN entre bacterias (conjugación). Tabla 1.COMPARACIÓN ESTRUCTURAL ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES Características Ejemplo

Célula Procariótica

Célula Eucariótica

Eubacterias y Arqueobacterias.

Protistas (protozoos, algas), hongos, animales y vegetales.

Tamaño

Lo habitual es de 0,5 – 10 µm La mayoría entre 10 – 50 µm de de diámetro. diámetro.

Presentación del DNA

Libre en el citoplasma, sin histonas, DNA circular cerrado. Se suele designar el nombre de nucleoide al espacio que ocupa el DNA en el citoplasma de la bacteria. Ausente.

Compartimentalización citoplasmática

Encerrado en el núcleo por la envoltura nuclear, tiene una disposición lineal, asociándose con proteínas (histonas y no histonas), denominándose cromatina. Presente, con varios tipos de organelos tales como mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, vacuolas, etc.

Ribosomas

Más pequeños ( 70 S )

livianos Más grandes y pesados ( 80 S )

Pared Celular

No celulósica, sino de tipo Ausente en células animales, glicopeptídica (peptidoglucano). presente en las células vegetales y algunos protistas (compuesta principalmente por celulosa). Presente en hongos (quitina).

Locomoción

Flagelos, estructurados por una Cilios y flagelos a base de un proteína (flagelina). esqueleto microtubular de tubulina.

Citoesqueleto

Ausente.

Presente, constituido por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos.

S = es una unidad de coeficiente de sedimentación (Svedberg).

4. Composición química de la materia viva. 4.1. Compuestos inorgánicos. a) Agua. Esta molécula sencilla, constituye la sustancia más abundante en los seres vivos (de un 65% a un 95% de su masa). Su importancia biológica se pone de manifiesto al observar que su abundancia en un ser vivo guarda una estrecha relación con la actividad metabólica que éste realice. La vida es posible gracias a las atípicas características físico-químicas que presenta. Cada molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Presenta una estructura angular con polos positivos en los hidrógenos y un polo negativo en el oxígeno (Figura 7). Figura 7: Modelo que representa la molécula de agua.

Este carácter polar de las moléculas de agua es responsable de la mayoría de sus propiedades. Permite que se produzcan interacciones electrostáticas, denominadas enlaces de hidrógeno (Figura 8), con otras moléculas polares y con iones, o interacciones dipolo-dipolo con otras moléculas de agua.

Figura 8. Formación de los puentes de hidrógeno entre las cargas parciales positiva y negativa de las moléculas de agua.

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL AGUA Y SUS FUNCIONES EN LOS SERES VIVOS. •

Gran fuerza de cohesión. La cohesión es la tendencia de las moléculas de agua a estar unidas entre sí, esta característica la hace un líquido prácticamente incompresible, capaz de conferir volumen y turgencia a muchos seres vivos, uni o pluricelulares (por ejemplo, el esqueleto hidrostático en las plantas).

•

Elevada capacidad disolvente. Esta propiedad hace que las sales cristalizadas y otros compuestos iónicos se disocien en sus cationes y aniones. Asimismo, debido a su polaridad, el agua disuelve con facilidad otros compuestos no iónicos, pero que poseen grupos funcionales polares. Todo ello la convierte en la sustancia disolvente por excelencia. Esta capacidad es responsable de dos importantes funciones del agua en los seres vivos: a) Es el vehículo de transporte que permite la circulación de sustancias en el interior de los organismos y en su intercambio con el exterior. Así, tanto el aporte de nutrientes como la eliminación de los productos de desecho se realizan mediante disolución acuosa de los mismos. b) Es el medio donde ocurren todas las reacciones bioquímicas, ya que la mayor parte de las biomoléculas se encuentra disuelta en ella y necesita un medio acuoso para interaccionar.

•

Escasa densidad en estado sólido. El agua congelada se expande producto de la mayor separación de las moléculas de agua entre sí, confiriéndole una menor densidad respecto del agua líquida, por lo que flota sobre ella. Esta característica permite la vida acuática en zonas frías, ya que en los lagos, ríos y mares de estas zonas, al descender la temperatura, se forma una capa de hielo en la superficie que la mantiene a 0°C, protegiendo el agua situada bajo ella de los descensos térmicos del exterior y manteniéndola alrededor de los 4 o 5°C, suficientes para la supervivencia de muchas especies.

•

Elevado calor específico. El agua puede absorber una gran cantidad de calor mientras que su temperatura sólo asciende ligeramente, ya que parte de esa energía habrá sido utilizada en romper los enlaces de hidrógeno. Esto la convierte en un buen aislante térmico que mantiene la temperatura interna de los seres vivos a pesar de las variaciones externas.

•

Alto calor de vaporización. El agua tiene la propiedad de absorber mucho calor cuando cambia del estado líquido al gaseoso, por tanto, para que una molécula se “escape” de las adyacentes, han de romperse las uniones entre ellas y, para esto, se necesita una gran cantidad de energía (más de 500 calorías para evaporar 1 gramo de agua.) Los seres vivos utilizan esta propiedad para refrescarse al evaporarse el sudor. Esta propiedad es utilizada como mecanismo de regulación térmica.

El calor es una forma de transferencia de energía cinética o del movimiento de las moléculas. Hay que advertir que no son lo mismo calor y temperatura. El calor refleja el movimiento molecular y el volumen, y se mide en calorías mientras que la temperatura es una medida relativa que representa la cantidad de calor que se manifiesta en un cuerpo por diferencia con otro, es decir, la cantidad de calor que pasa del más caliente al más frío.

4.2. Sales inorgánicas. En los sistemas vivos, las sales inorgánicas se encuentran básicamente de tres modos diferentes: disueltas, precipitadas o combinadas con moléculas orgánicas. • La mayor parte de las sales se hallan disueltas en medios acuosos, tal es el caso de Sodio (Na +), Potasio (K+), Calcio (Ca2+), Cloruro (Cl-), Bicarbonato (HCO3-) o Fosfato (PO43-), iones que participan en diversas reacciones químicas en función de su afinidad eléctrica. Por ejemplo, regulación de la acidez (pH) y formación de potenciales eléctricos. El líquido amniótico es una disolución verdadera similar a la del agua de mar, lo que puede indicar que los vertebrados superiores proceden de animales marinos.

• Otras sales se encuentran precipitadas formando, de este modo, estructuras sólidas y rígidas; tal es el caso del fosfato cálcico (Ca 3(P04)2), que al precipitar sobre una matriz de proteínas fibrosas forma los huesos. El caparazón de los moluscos y de los crustáceos y la dentina de los dientes están formados por carbonato cálcico (CaCO3) y las espículas de algunas esponjas están formadas por sílice (SiO2). Los otolitos del oído que intervienen en el mantenimiento del equilibrio están constituidos por carbonato de calcio.

• Otras moléculas inorgánicas se encuentran, por último, combinadas con alguna molécula orgánica. El ejemplo más llamativo es el hierro (Fe 2+) en la molécula de hemoglobina y el magnesio (Mg2+) en la clorofila (Figura 9).

Figura 9. Estructura de la molécula de clorofila, donde el Mg2+ ocupa una posición central; en la molécula de hemoglobina, en dicha posición se sitúa un Fe 2+, que posee dos enlaces de coordinación más, uno con una proteína y otro con una molécula de oxígeno.

Funciones de las sales inorgánicas •

Función estructural.

Los principales tejidos de sostén están formados por depósitos de sales sobre una matriz; también en algunos organismos vegetales existen sales que al precipitar entre los polisacáridos de la pared dan mayor consistencia al tejido vegetal. Las sales precipitadas forman un soporte rígido sobre el que se pueden desarrollar los distintos órganos y tejidos. •

Regulación del pH.

La mayor parte de las estructuras biológicas son estables gracias a un delicado equilibrio de cargas eléctricas que se mantienen en este estado debido a la presencia de una concentración constante de iones H+. Dicha concentración se cuantifica mediante el pH. Cada sistema biológico desarrolla su actividad a un determinado valor de pH, el cual se mantiene constante gracias a determinadas sustancias que corrigen los desequilibrios en la concentración de H+. Tales mecanismos se denominan sistemas tampón o buffer. •

Formación de potenciales eléctricos

Las sales en solución son partículas cargadas eléctricamente (iones). Por lo tanto, pueden ser utilizadas para crear diferencias de potencial. De este modo, en la mayor parte de las células las concentraciones de sales como Cl -, Na+ o K+ a ambos lados de la membrana son distintas, de tal modo que el número de cargas positivas en el exterior es superior al de negativas en el medio intracelular. Con esta diferencia en la distribución de iones se forma una diferencia de potencial eléctrico. Ejemplo: células nerviosas y musculares. Las membranas son impermeables a los iones, por lo que su concentración fuera y dentro de la célula está regulada por dos tipos de estructuras: bombas, que incorporan o sacan iones de la célula, y canales que al abrirse esporádicamente dejan pasar a los iones, que según su gradiente de concentración pueden salir o entrar.

•

Papel de las sales en la actividad enzimática

En un organismo vivo, la mayoría de las reacciones químicas ocurren por la existencia de unas sustancias que las catalizan, denominadas enzimas. Sin estos catalizadores, dichas reacciones se desarrollarían a velocidades tan bajas que apenas rendirían cantidades apreciables del producto. Muchas enzimas necesitan para su funcionamiento la presencia de algunas sales: éstas pueden influir en la actividad enzimática de dos maneras: estabilizando el sustrato (reactante) o regulando la actividad de la enzima. •

Regulación del volumen celular y osmosis

Los medios con concentraciones de sales muy elevadas, denominados hipertónicos, provocan la salida de agua del citoplasma, colapsando las células (se denomina crenación en células animales y plasmólisis en células vegetales). Por el contrario, los medios con una concentración de sales muy baja, hipotónicos, producen la entrada de agua a la célula animal, que se hincha y se revienta (citólisis), en cambio esto no se observa en las células vegetales y bacterianas que están protegidas por la pared celular. 15

El movimiento de agua a través de membranas semipermeables se conoce como osmosis y la presión que ejerce el agua sobre la membrana durante este proceso osmótico para equilibrar las concentraciones intra y extracelular se conoce como presión osmótica. Un sistema tiende siempre al equilibrio iónico, por lo que cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana, ya sea el agua, o los solutos, atraviesan dicha membrana en un sentido u otro hasta equilibrar ambas concentraciones.

•

Otras funciones (Tabla 2)

Otro ion, el Fe2+, forma el núcleo de la hemoglobina, proteína encargada de transportar el oxígeno en la sangre. Es precisamente el Fe 2+ el que se une al O 2 en los pulmones. El Mg 2+ se encuentra en el núcleo central de la molécula de clorofila (figura 9), responsable de la absorción de energía luminosa en la fotosíntesis. El hierro puede estar en dos formas iónicas: Fe2+ y Fe3+; en la hemoglobina sólo la forma Fe2+ (ferroso) es capaz de transportar O2.

Tabla 2. Algunos Minerales Esenciales en la Nutrición Humana Macrominerales Calcio ( Ca2+ ) Fósforo ( PO43- ) Sodio ( Na+ ) Potasio (K+) Cloro (Cl-) Magnesio (Mg2+)

Funciones Constituyente de huesos y dientes; participa en la regulación de la actividad nerviosa y muscular; factor de coagulación. Constituyente de: huesos, dientes, ATP, intermediarios metabólicos fosforilados y ácidos nucleicos. Catión principal del medio extracelular. Regula volemia, balance ácido/base, función nerviosa y muscular, bomba Na+, K+-ATPasa. Catión principal del medio intracelular, función nerviosa y muscular, bomba Na+, K+-ATPasa. Balance de electrolitos, constituyente del jugo gástrico. Constituyente de huesos y dientes; cofactor enzimático.

Microminerales Iodo ( I- )

Constituyente de hormonas tiroídeas (tiroxina).

Fluor ( F- )

Incrementa dureza de huesos y dientes.

Hierro (Fe2+ )

Presente en la hemoglobina para el transporte de O2.