2. Agua en el Organismo:
El agua es elemento químico constitutivo más importante del
cuerpo humano. En un sujeto adulto sano puede representar
casi el 60% del peso corporal total. Así, en una persona de
unos 70 kg de peso, el agua corporal total representa
alrededor de 40 litros. Otros factores que hay que tomar en
cuenta además del peso, está la edad, el sexo y la cantidad
de tejido adiposo. En el recién nacido por ejemplo, el agua
representa el 75% del peso corporal total y luego existe una
reducción de esa tendencia con el desarrollo y crecimiento
del niño. En general, en condiciones semejantes de peso,
existe una menor proporción de agua en las mujeres que en
los hombres, relacionada probablemente con una mayor
cantidad de grasa subcutánea en la mujer. Dado que el tejido
graso es el de más bajo contenido en agua, el volumen total
de ésta varía inversamente con el grado de obesidad del
sujeto. De igual manera, la cantidad de agua varía de unos
tejidos a otros, oscilando entre 80% de contenido en riñones
y 10% en tejido adiposo.
El agua es elemento químico constitutivo más importante del cuerpo humano. En un sujeto adulto sano puede representar casi e
3. Compartimientos de Líquidos
El agua se puede considerar distribuida en dos grandes compartimientos: El Extracelular y el Intracelular. El agua extracelular, represe
El agua se puede considerar distribuida en dos grandes compartimientos: El Extracelular
y el Intracelular. El agua extracelular, representa cerca del 35 a 40 % del agua corporal
total. El agua intracelular, representa cerca del 60 a 65 % del agua corporal total. Estos
dos compartimientos están subdivididos a su vez, en diversos sub-compartimientos
descritos a continuación.
El agua se puede considerar distribuida en dos grandes compartimientos: El Extracelular y el Intracelular. El agua extracelular, represe
Compartimiento extracelular: Este compartimiento incluye dos subcompartimientos
importantes: el plasma sanguíneo que representa cerca del 5 % de la masa corporal, y
el líquido intersticial que representa cerca del 15 % de la masa corporal. Además de
éstos, existen otros subcompartimientos menores, tales como la linfa, que representa
cerca del 2% de la masa corporal.
Compartimiento Intracelular: Está constituido por la suma del volumen líquido
existente en la totalidad de las células del cuerpo aunque, en realidad, es una
suma de multitud de subcompartimientos individuales. Representa cerca del 30 al
40 % del peso corporal. En una persona de unos 70 kg de peso, sana, el agua
corporal total sería de unos 40 litros, el líquido intracelular representando unos 25
litros y el líquido extracelular unos 15 litros. El volumen plasmático sería de unos
2,5 a 3 litros.
4. Medición de los compartimientos líquidos: El principio básico utilizado para medir los volúmenes
de los diferentes compartimientos líquidos del organismo, es el principio de dilución. Un cálculo
sencillo nos permite establecer que: Volumen Total del Compartimiento = Cantidad sustancia añadida
- cantidad de sustancia excretada Concentración por mililitro de la solución problema Para utilizar
este principio para medir los compartimientos de líquidos, las sustancias utilizadas deben reunir una
serie de propiedades, como la de ser no tóxicas para el organismo, difundir de manera rápida y
uniforme en el compartimiento a analizar y permanecer en el mismo.
Medida del agua corporal total: Volumen de agua corporal total= Cantidad inyectada por vía
endovenosa – cantidad pérdida por orina. Concentración en plasma.
Medida del líquido extracelular: Para medir este volumen es preciso emplear marcadores que
tengan la propiedad de difundirse por todas las partes del compartimiento extracelular, es decir,
atraviesen al endotelio vascular, pero no a las membranas celulares. Entre las más usadas están, los
iones de sodio, cloro, tiocianato y tiosulfato, y sustancias no metabolizantes como la inulina.
Medida del Volumen Plasmático. Se emplea generalmente el colorante Azul de Evans o la proteína
Albumina marcada radioactivamente.
Medida del líquido intersticial. No se conoce a la actualidad sustancia alguna que se distribuya
exclusivamente en líquido extracelular, por lo que no es posible aplicar aquí el principio de la dilución.
Sin embargo, se puede determinar calculando el volumen de líquido extracelular y el volumen
plasmático. Así, el volumen de líquido intersticial será igual al volumen de líquido extracelular menos
el plasmático.
Medida del líquido intracelular. Tampoco se ha descubierto sustancia alguna que se distribuya sólo
en este compartimiento. Por lo tanto la medición es indirecta. 6.-Unidades de medida de
concentración: Hay numerosas medidas para expresar las concentraciones de solutos presentes en
un líquido. Generalmente, se expresan en unidades que toman en cuenta su fuerza osmótica, carga
eléctrica, número de moles presentes, entre otros.
5. Materia:
La materia como tal, desempeña un rol esencial en el
mundo viviente, todos los seres vivos están
compuestos de materia. La exteriorización de la
producción y el consumo de energía, por parte de la
materia viva, es lo que se denomina “La Vida”. Cuando
cesa la liberación y la utilización de energía, se dice
que ha ocurrido la muerte del organismo. Definición: La
materia se puede definir como todo aquello que posee
masa y ocupa un lugar en el espacio; además,
impresiona nuestros sentidos y es inter -convertible en
energía.
El agua, los gases, las rocas, las plantas, los animales,
el hombre, todos están compuestos de materia.
Cuando la materia se presenta provista de forma y
tamaño, se le denomina Cuerpo. Ejemplos: un anillo,
una moneda, un vaso, un libro, etc. El cuerpo es
entonces, toda porción limitada de materia en el
espacio.
6. Átomo:
Los átomos son las unidades
básicas de la materia y, la
estructura que define a los
elementos. Los átomos están
compuestos por tres partículas: los
protones, los neutrones y los
electrones.”
Los protones y los neutrones son
más pesados que los
electrones. Residen en el centro del
átomo, que recibe el nombre
de núcleo. Los electrones son
extremadamente ligeros,
permaneciendo en una nube que
orbita el núcleo. La nube de
electrones tiene un radio 10.000
veces más grande que el del
núcleo.
Los protones y los neutrones tienen,
aproximadamente, la misma masa. Sin
embargo, un protón pesa más que 1.800
electrones. Los átomos siempre tienen el
mismo número de protones y de electrones, y
el número de protones y neutrones
normalmente suele ser el mismo también.
Añadir un protón a un átomo da lugar a un
nuevo elemento, mientras que si añadimos un
neutrón forma un isótopo, una versión más
pesada de un átomo.
7. Cuáles son las partes de un átomo:
La mayoría de átomos cuentan con tres
partículas subatómicas diferentes dentro de
ellos: los protones, los neutrones y los
electrones. Los protones y neutrones están
empaquetados juntos en el centro del
átomo (conocido como el núcleo) y
los electrones, que tienen un tamaño
mucho más pequeño, zumban alrededor
por la parte externa.
Cuando las personas dibujan a los átomos,
suelen mostrarlos como si fueran satélites
orbitando alrededor de la Tierra. De hecho,
los electrones se mueven tan rápidamente
que nunca sabemos exactamente dónde se
encuentran. Imagina que son coches de
carreras que viajan a toda velocidad, tan
rápidamente que crean nubes borrosas;
este es el motivo por lo que muchas veces
los electrones aparecen dibujados como
áreas nebulosas conocidas como orbitales.
Lo que diferencia a un átomo de oro de un
átomo de hierro es el número de protones,
neutrones y electrones que se encuentran
dentro de él.
Si separaras un átomo de hierro encontrarías 26 protones y 30
neutrones agrupados todos juntos en el núcleo, así como 26
electrones zumbando alrededor, por la parte externa. Sin
embargo, un átomo de oro es más grande y pesado. Ábrelo y
encontrarás 79 protones y 118 neutrones en su núcleo, así
como 79 electrones a su alrededor.
Los protones, neutrones y electrones de los átomos de hierros y
oro son idénticos – solamente se diferencian por el número que
los componen. En teoría, podrías convertir el hierro el oro
tomando los átomos de hierro y añadiendo 53 protones, 88
neutrones, y 53 electrones en cada uno. No obstante, si fuera
tan fácil, todos los químicos del mundo se hubieran vuelto ricos.
Vamos a suponer que pudieras convertir unos tipos de átomos
en otros, de forma muy simple. ¿Cómo harías los primeros
elementos químicos? Comenzarías por el átomo más simple de
todos, el hidrógeno (símbolo H), que cuenta con un protón y un
electrón, pero no tiene ningún neutrón. Si añades otro protón,
otro electrón, y dos neutrones, habrás conseguido el átomo del
helio (símbolo He). Si añadieras otro protón, otro electrón, y dos
neutrones más, conseguirías el átomo del metal del litio
(símbolo Li). Añadir otro protón, otro neutrón, y otro electrón
daría lugar al átomo de berilio (símbolo Be).
¿Ves como funciona? En todos los átomos, el número de
protones y el número de electrones es siempre el mismo. La
cantidad de neutrones es, aproximadamente, la misma que la
de protones, pero a veces es mayor. El número de protones en
un átomo se conoce con el nombre de número atómico y nos
cuenta qué tipo de átomo es. El número atómico de 1 significa
que el átomo es hidrógeno, el número atómico 2 significa helio,
el 2 litio, el 4 berilio, y así continua.
8. El Núcleo y los Protones:
Electrones y Neutrones:
El número total de protones y neutrones en
conjunto es conocido como la masa atómica
relativa. El hidrógeno tiene una masa atómica
relativa de 1, mientras que el helio contiene una
masa atómica relativa de 4 (porque hay dos
protones y dos neutrones en su interior). En otras
palabras, un átomo de helio es cuatro veces más
pesado que un átomo de hidrógeno, mientras
que un átomo de berilio pesa nueve veces más.
El núcleo Fue descubierto en 1911, aunque sus partes no
fueron identificadas hasta el año 1932.Virtualmente toda la
masa del átomo reside en el núcleo. Este se mantiene
compacto por la “fuerza fuerte”, una de las cuatro fuerzas
básicas de la naturaleza.
La fuerza existente entre los protones y los neutrones
sobrepasa a la fuerza eléctrica de repulsión, según las
reglas de la electricidad, empujando a los protones en
dirección contraria.
Los protones Están cargados con partículas positivas y se
encuentran situados en el núcleo del átomo. Fueron
descubiertos en los experimentos realizados por Ernest
Rutherford entre 1911 y 1919.
El número de protones que existen en un átomo definen el
elemento que es. Por ejemplo, los átomos de carbono
tienen seis protones, los átomos de hidrógeno tienen uno,
mientras que los átomos de oxígeno cuentan con ocho. El
número de protones que hay en un átomo se conoce como
el número atómico de un elemento. De la misma forma,
esta cantidad determina el comportamiento químico de un
elemento; la tabla periódica de los elementos los
organiza a medida que el número atómico va en aumento.
Los electrones Tienen una carga negativa y se encuentran
atraídos de forma eléctrica hacia los protones que están
cargados positivamente. Están situados alrededor del
núcleo atómico en las vías denominadas orbitales. Los
orbitales internos que rodean el átomo son esféricos pero
los que se encuentran en los orbitales externos son mucho
más complicados.
La configuración electrónica indica la manera en que los
electrones se estructuran o se modifican en un átomo de
acuerdo con el modelo de capas electrónicas. Utilizando la
configuración del electrón y los principios de la física, los
químicos pueden predecir las propiedades de un átomo,
como su estabilidad, su punto de ebullición y su
conductividad.
Los neutrones son partículas sin carga que se encuentran
dentro del núcleo atómico. La masa de un neutrón es
ligeramente un poco más grande que la de un protón. Al
igual que estos, los neutrones están formados por
quarks. Esta partícula fue descubierta en 1931 por James
Chadwick.
9. Molécula:
La molécula es la partícula más pequeña que
presenta todas las propiedades físicas y químicas de
una sustancia, y se encuentra formada por dos o
más átomos. Los átomos que forman las moléculas
pueden ser iguales (como ocurre con la molécula de
oxígeno, que cuenta con dos átomos de oxígeno) o
distintos (la molécula de agua, por ejemplo, tiene dos
átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).
Las moléculas se encuentran en
constante movimiento, y esto se conoce
como vibraciones moleculares (que pueden ser de
tensión o de flexión). Sus átomos se mantienen
unidos gracias a que comparten o intercambian
electrones.
Cabe destacar que las moléculas pueden
ser neutras o presentar carga eléctrica. En este
último caso, se las denomina ion-molécula o ion
poliatómico.
La química orgánica o química del carbono es una
rama de la química que se encarga de analizar
aquellas moléculas que contienen carbono y que
forman enlaces covalentes carbono-carbono o
carbono-hidrógeno, que también reciben el nombre
de compuestos orgánicos.
Los fullerenos complejos:
A principios del año 2013, un grupo de científicos
del Instituto de Astrofísica de Canarias encontró
evidencias sin precedentes de moléculas cuya
complejidad superaba lo observado hasta ese
momento en el cosmos: los fullerenos complejos,
conocidos también con el peculiar nombre de
“cebollas de carbono”. Dicho descubrimiento
repercute considerablemente en los campos de la
química y la física del Universo.
Se trata de moléculas de tres dimensiones que presentan una gran
estabilidad y resistencia. Con respecto a su constitución, se
encuentran formadas solamente por átomos de carbono,
principalmente por C60 y C70; en los fullerenos que poseen átomos
del primer tipo, se observan formas hexagonales y pentagonales,
mientras que en el segundo se ven diseños ovalados, de una
superficie más suave y menos angulosa.
Además, las moléculas halladas por estos investigadores son de un
tamaño considerable y presentan diversas capas complejas, con
más tipos de carbono de los mencionados anteriormente, como
ser C240 y C540. Otro dato interesante que arroja la investigación,
para la cual el proceso de observación astronómica fue
necesariamente combinado con conocimientos teóricos de física,
es que los fullerenos C60 (los más comunes) han sido encontrados
alrededor de dos nebulosas planetarias de la vía láctea, lo que
puede significar que estas moléculas con formas tan características
sean más normales y abunden más de lo que se creía.
Con respecto al nombre de los fullerenos, derivan del apellido de
Richard Buckmister Fuller, quien creó la cúpula geodésica (parte de
una esfera formada por figuras geométricas bidimensionales).
Su descubrimiento data de los años 80 y fue meritorio de un premio
Nobel para los dos profesionales involucrados, pero recién pasada
la primera década de este milenio la NASA descubrió su presencia
en nuestra galaxia, dato que les devolvió la vigencia, ya que su
estudio puede revelar información fundamental acerca del origen
de nuestra propia existencia.
Justamente, existe una teoría que compara los fullerenos con
“jaulas” que transportan otras moléculas y átomos, y se cree que
han sido ellos quienes trajeron al planeta Tierra las sustancias que
dieron comienzo a la vida tal y como la conocemos hoy en día.
10. Macromolécula:
Es una molécula muy grande creada comúnmente por
la polimerización de subunidades más pequeñas (monómeros). Por lo
general se componen de miles, o más, de átomos. Pueden ser
tanto orgánicas como inorgánicas y las más comunes
en bioquímica son biopolímeros (ácidos
nucleicos, proteínas, carbohidratos y polifenoles) y grandes
moléculas no poliméricas (como lípidos y macrociclos). Son
macromoléculas sintéticas los plásticos comunes y las fibras
sintéticas, así como algunos materiales experimentales, como
los nanotubos de carbono.
El término macromolécula se refería originalmente a las moléculas
que pesaban más de 10.000 dalton de masa atómica. Aunque
pueden alcanzar millones de UMAs.
El término «macromolécula» (macro-+ molécula) fue acuñado por
el premio Nobel Hermann Staudinger en la década de 1920, aunque
su primera publicación relevante en este campo sólo mencionaba
«compuestos de alto peso molecular» (por encima de 1.000
átomos). En ese momento el término «polímero», como había sido
introducido por Berzelius en 1833, tenía un significado diferente al
de hoy: solamente era otra forma de isomerismo, por ejemplo, con
benceno y acetileno y tenía poco que ver con el tamaño.
El uso del término para describir moléculas de gran tamaño varía
según las disciplinas. Por ejemplo, mientras que en biología se
refieren a macromoléculas como las cuatro grandes moléculas que
comprenden los seres vivos, en química, el término puede referirse
a los agregados de dos o más moléculas unidas por fuerzas
intermoleculares en lugar de enlaces covalentes, pero que no se
disocian fácilmente.
De acuerdo con la definición estándar de la IUPAC, el
término «macromolécula» tal como se utiliza en la
ciencia de los polímeros se refiere sólo a una única
molécula. Por ejemplo, una molécula polimérica
sencilla se describe apropiadamente como una
"macromolécula" o "molécula de polímero" en lugar de
un "polímero", lo que sugiere una sustancia
compuesta de macromoléculas.
A causa de su tamaño, las macromoléculas no se
pueden describir convenientemente solo en términos
de estequiometría. La estructura de las
macromoléculas simples, tales como los
homopolímeros, se puede describir en términos de la
subunidad monómerica individual y con la mas
molecular total. Las biomacromoléculas complicadas,
por otro lado, requieren una descripción estructural de
múltiples facetas, tal como la jerarquía de estructuras
utilizada para describir las proteínas. En inglés
británico, el término "macromolécula" tiende a ser
llamado "alto polímero" (high polymer)
11. Proteínas:
Las proteínas se clasifican según la función fisiológica
que realizan. Las principales categorías de proteínas son
las que se describen a continuación.
Proteínas de transporte:
Se encuentran en la sangre y su función consiste en
transportar moléculas específicas de un órgano a otro.
Por ejemplo, la hemoglobina, presente en los glóbulos
rojos, se combina con el oxígeno cuando la sangre pasa
a través de los pulmones, y lo transporta a los tejidos
periféricos. Una enfermedad genética, la talasemia, está
causada por un defecto genético en la estructura de esta
proteína.
Las lipoproteínas, por su parte, transportan
los lípidos ingeridos con la dieta desde el hígado hasta
otros órganos por medio de la sangre.
Proteínas alimenticias y de reserva:
La ovoalbúmina se encuentra en la albúmina de los
huevos y sirve para el desarrollo del embrión de
las aves, mientras que la caseína está presente en la
leche (3% de su peso) y tiene un gran valor nutritivo para
los mamíferos.
Proteínas para el movimiento
La actina y la miosina son proteínas filamentosas que se
hallan en las células musculares esqueléticas
permitiendo su contracción y con ello el movimiento.
Proteínas estructurales:
Existen muchas proteínas que sirven de soporte a la
estructura de los organismos. El colágeno, por ejemplo,
es una proteína con una gran capacidad elástica,
presente en tejidos tales como los tendones, los
cartílagos y la dermis. Otra proteína estructural es la
elastina, que se encuentra en los ligamentos. Las
plumas de las aves, las uñas, las pezuñas y los cabellos
están constituidos en su mayor parte por queratina, una
proteína muy resistente e insoluble en agua.
Proteínas de defensa:
Existe una categoría de proteínas cuya función consiste en proteger el
organismo de daños eventuales. Los linfocitos de los vertebrados producen
anticuerpos, proteínas altamente especializadas, capaces de reconocer y
destruir los agentes patógenos externos, tales como virus y bacterias.
El fibrinógeno y la trombina son, en cambio, proteínas que regulan la
coagulación e impiden una copiosa pérdida de sangre cuando se lesiona el
sistema vascular. También las proteínas tóxicas, como la bungarotoxina del
veneno de cobra, tienen una función defensiva.
Proteínas de regulación:
Regulan la actividad de las células e incluyen varias hormonas, como la
insulina, que regula el metabolismo de la glucosa y cuyo déficit provoca la
diabetes, o la hormona del crecimiento, que estimula el alargamiento de
los huesos.
Enzimas
Son proteínas de muy distintos tipos, cuya función consiste en acelerar
(catalizar) las reacciones químicas que tienen lugar en la célula. Se conocen
más de dos mil enzimas, cada una de las cuales es capaz de catalizar una
reacción distinta. Sin las enzimas, las reacciones se producirían igualmente
pero en tiempos excesivamente largos, incompatibles con la vida celular: de
hecho, la pérdida de una enzima que regula una función importante de la
actividad de la célula produce la muerte de ésta. Hay enzimas que catalizan
la síntesis de las proteínas (las sintetasas) y otras que causan su
degradación (proteasas).
Fecundación y las enzimas:
La fecundación es otro acontecimiento biológico que requiere la acción de
una enzima: cuando el espermatozoo se adhiere al óvulo, segrega una
proteasa que perfora la membrana de este último, lo que facilita la
penetración.
Durante el último período de gestación, en las glándulas mamarias
femeninas se sintetiza la lactosa, el azúcar de la leche, gracias a la acción de
una enzima denominada galactosiltransferasa. En el intestino, inversamente,
la enzima lactasa digiere la lactosa ingerida con la dieta en sus dos
componentes más simples, la galactosa y la glucosa, que pueden ser
utilizadas por la célula como fuentes de energía. Las enzimas tienen, pues,
una función esencial en la supervivencia de los organismos y son
imprescindibles en todas las reacciones químicas del metabolismo celular.
Algunas enfermedades genéticas del hombre están inducidas por una
enzima defectuosa: los albinos, por ejemplo, son incapaces de sintetizar
melanina, el pigmento que confiere el color oscuro a la piel y a los ojos.
