Tema 1 - La composició dels éssers vius (sencer)

la composició dels éssers vius

Comencem

índex tema 1

02.nivells organit.

01.la vida

03.comp. química

06.sals minerals

04.bioelements

05.biomolècules

08.exercicis

07.dissolucions

LA BIOLOGIA I ELS ÉSSERS VIUS

01

La biologia és la ciència que estudia la vida (estructural i funcionalment). La vida és el conjunt de tres qualitats que només presenten uns éssers vius determinats.

1.1. Les característiques dels éssers vius

Els éssers vius són éssers complexos, constituïts per una (unicel·lulars) o més cèl·lules (pluricel·lulars), que duen a terme les tres funcions vitals. La seva estructura es deu a la informació biològica continguda en els seus gens, els quals, són hereditaris.

Nutrició

Relació

Reproducció

NIVELLS D'ORGANITZACIÓ

02

Nivells d'organització

Quan s'observa la matèria s'hi poden distingir diversos graus de complexitat estructural, que són els anomenats nivells d'organització de la matèria. Cada nivell té unes propietats que no tenen els nivells inferiors.

veure

Nivells d'organització

Nivells biòtics

Nivells abiòtics

Estructura funcional de matèria viva.

4. Cel·lular

Part més petita d'un element químic.

2. Atòmic

Estructures per més cèl·lules.

5. Pluricel·lular

Unió de dos o més àtoms.

3. Molecular

Partícules més petites matèria.

1. Subatòmic

2.1. Nivells abiòtics

Nivell subatòmic. Comprèn les partícules més petites de la matèria, que constitueixen els àtoms: protons, neutrons i electrons. Nivell atòmic. Està format pels àtoms, que són la part més petita d'un element químic, és a dir, substàncies que no es poden descompondre, com un àtom de ferro (Fe).

més info...

2.1. Nivells abiòtics

Nivell molecular. El formen les molècules, que es defineixen com a unitats materials formades per la unió de dos o més àtoms. La força que manté aquesta unió rep el nom d'enllaç químic. Com a exemple tenim la molècula d'aigua (H2O). Les molècules que constitueixen als éssers vius s'anomenen biomolècules.

més info...

2.1.1. Subnivells del nivell molecular

Orgànuls cel·lulars

Macromolècules

Complexos supramoleculars

2.2. Nivells biòtics

Nivell cel·lular. La cèl·lula es pot definir com la unitat bàsica funcional de la matèria viva (fa les 3 funcions). Es compon d'una membrana, un citoplasma i un material genètic que onté la informació sobre la seva estructura i el seu funcionament. N'hi ha de dos tipus: les cèl·lules eucariotes i les cèl·lules procariotes.

més info...

tipus de cèl·lules

cèl·lula procariota

• No tenen nucli diferenciat.
• Material genètic no està protegit per un embolcall nuclear.
• El podem trobar en organismes com els bacteris.

+ info

tipus de cèl·lules

cèl·lula eucariota

• Tenen nucli diferenciat.
• Material genètic està protegit per un embolcall nuclear.
• Algunes s'ajunten formant colònies com les algues vòlvox.
• Com per exemple la vegetal i animal.

+ info

2.2. Nivells biòtics

Nivell pluricel·lular. Comprèn les estructures que estan constituïdes per més d'una cèl·lula. Dins d'aquest es distingeixen els següents subnivells:

• Tal·lus
• Teixits
• Òrgans
• Aparells
• Sistemes

més info...

2.2.1. Subnivells del nivell pluricel·lular

Tal·lus

Òrgans

Sistemes

Teixits

Aparells

2.3. Nivells població i ecosistema

Nivell població. El conjunt d'individus de la mateixa espècie que viuen en una mateixa zona i en un mateix temps. Nivell ecosistema. Conjunt de poblacions de diferents espècies que viuen interrelacionades, format pel biocenosi (part viva) i biòtop (part no viva). El conjunt d'ecosistemes de tot el planeta formen la biosfera.

més info...

COMPOSICIÓ QUÍMICA

03

3.1. Conceptes químics

Element químic o substància simple. És una substància que no es pot descompondre en d'altres mitjançant reaccions químiques. Està constituïda per un sol tipus d'àtoms. Per exemple, són els elements químics de la taula periòdica, com seria el carboni (C) o el nitrogen (N).

més info...

3.1. Conceptes químics

Àtom. És la part més petita d'un element químic. Constituïts per electrons, protons i neutrons. En general hi ha el mateix nombre de protons, de neutrons i electrons, a excepció de l'hidrogen que no té neutrons.

més info...

3.1. Conceptes químics

Molècula. És la unió de dos o més àtoms. La molècula més coneguda és la de l'aigua (H2O). Poden tenir àtoms del mateix tipus (O2) o diferents (NaCl). En el cas d'estar formada per diferents tipus d'àtoms, formarien una substància composta.

més info...

3.2. Enllaços químics

S'anomena enllaç químic la unió entre àtoms, molècules o ions (àtom o molècula amb càrrega elèctrica). En la matèria viva, els principals tipus d'enllaços són:

• Enllaç iònic
• Enllaç covalent
• Enllaços intermoleculars

més info...

3.2.1. Enllaç iònic

Es dona quan un dels àtoms capta electrons de l'altre. L'àtom que capta es transforma en ió negatiu o anió, i el que dóna en positiu o catió. Aquests s'atreuen per atracció electrostàtica. Un exemple molt conegut seria el NaCl (sal comuna). Es dóna entre àtoms d'electronegativitat molt diferent.

més info...

3.2.2. Enllaç covalent

Es dona quan dos àtoms comparteixen electrons. Cada parell d'electrons compartits, que són electrons que giren al voltant dels dos nuclis atòmics, forma un enllaç covalent. Si uns àtoms atrauen més cap a si els electrons, es forma un dipol (com l'H2O). És un enllaç molt fort.

més info...

3.2.2. Enllaços intermoleculars

Enllaços febles que es produeixen entre molècules i els permeten mantenir una estructura funcional:

• Pont d'hidrogen: hidrogen amb àtom electronegatiu, en molècules dipolars (H2O, NH3, H2S...). Dèbil.
• Forces de Van der Waals. Per atraccions electrostàtiques (dipol instantani). Dèbil. Contra més gran la molècula, més fort l'enllaç.
• Ponts disulfur: entre dos grups -SH. Important en plegament de proteïnes. Fort.
• Interaccions hidròfobes: molècules apolars que no es dissolen en aigua. En membranes. Dèbil.

BIOELEMENTS

04

Els bioelements

Són els elements químics que es troben en la matèria viva, els quals, es poden classificar en dos tipus diferents segons la quantitat present en l'organisme:

Bioelements primaris

Bioelements secundaris

4.1. Bioelements primaris

• Constitueixen el 96,2% del total de la matèria viva: l'oxigen (O), el carboni (C), l'hidrogen (H), el nitrogen (N), el fòsfor (P) i el sofre (S).

• Indispensables per a la formació de les biomolècules orgàniques (glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics).

• No és possible la matèria viva sense aigua.

més info...

Propietats dels bioelements primaris

Les propietats més importants d'aquest tipus de bioelements són:

• Tenen una massa atòmica relativament petita, cosa que afavoreix que es combinin i estableixin enllaços estables.

4.2. Bioelements secundaris

Són la resta dels bioelements. En aquest grup se'n poden distingir dos tipus:

• Bioelements secundaris variables. Són els que sí que poden faltar en alguns organismes, com: el brom (Br), el zinc (Zn) i el titani (Ti).
• Bioelements secundaris indispensables. Són els que no poden faltar perquè són imprescindibles per a la vida de la cèl·lula i que, es troben en casi tots els éssers vius, com: el calci (Ca), el sodi (Na), el potassi (K), el magnesi (Mg) i el clor (Cl).

més info...

Propietats dels bioelements secundaris

Els més abundants són el Na, el K, el Mg i el Ca. Els ions Na+, K+ i Cl- són els més abundants en els medis interns i, a l'interior de les cèl·lules, intervenen en el manteniment del grau de salinitat i en l'equilibri de càrregues elèctriques a una banda i l'altra de la membrana plasmàtica.

BIOMOLÈCULES

05

Principis immediats o biomolècules

Són les substàncies separades que componen la matèria viva. Les podem obtenir gràcies a mètodes com: evaporació, filtració, destil·lació, diàlisi, cristal·lització, electroforesi i centrifugació. N'hi ha de dos tipus:

• Simples: quan les molècules estan formades per àtoms del mateix tipus.
• Compostos: quan hi ha àtoms de diferents elements.
• Inorgànics: aigua (H2O), diòxid de carboni (CO2), sals minerals...
• Orgànics: polímers de carboni i hidrogen, com els glúcids i lípids.

5.1. L'aigua

És la substància química més abundant en la matèria viva, és 63% del pes total en humans adults. La podem trobar en forma de:

• Aigua circulant, com la sang o la saba.
• Aigua intersticial, entre les cèl·lules com en el teixit conjuntiu.
• Aigua intracel·lular, al citosol i a l'interior dels orgànuls cel·lulars.

Els éssers humans l'aconsegueixen pel medi extern o per mitjà de reaccions químiques.

més info...

Característiques de l'aigua

• A temperatura ambient és líquida (molècula dipolar).
• Entre les molècules d'aigua es formen enllaços d'hidrogen (aparença fluid).
• Elevada força de cohesió entre molècules (per enllaços d'hidrogen).
• Elevada tensió superficial (animals per sobre aigua).
• Capil·laritat (puja aigua per conductes).
• Elevada calor específica (estabilitzador tèrmic - a canvis bruscos de Tª).
• Elevada calor de vaporització (acció refrigerant - suor).
• Elevada constant dielèctrica (acció dissolvent).
• Densitat més alta en estat líquid que sòlid.

funcions de l'aigua

funcions de l'aigua

Les més importants són:

• Funció dissolvent i de transport de les substàncies.
• Funció termoreguladora.
• Funció mecànica amortidora.
• Funció bioquímica.
• Funció estructural (cèl·lules).

+ info

LES SALS MINERALS

06

Les sals minerals en els éssers vius

Les sals minerals es poden trobar en els éssers vius de tres formes: precipitades, dissoltes o associades a substàncies orgàniques.

Precipitades

Dissoltes

Associades a substàncies orgàniques

DISSOLUCIONS I DISPERSIONS

07

Les dissolucions i dispersions col·loïdals

Els líquids que hi ha en els éssers vius contenen molts tipus de molècules disperses o soluts i un sol tipus de fase dispersant o dissolvent, que és l'aigua. Els soluts poden ser macromolècules (PM alt) o micel·les (agrupació molècules PM baix).

• Les dispersions de soluts de PM baix --> dissolucions.
• Les dispersions de soluts de PM elevat --> dispersions col·loïdals.

7.1. Propietats de les dissolucions

Les propietats de les dissolucions amb més interès en biologia són: la difusió, l'osmosi i l'estabilitat del grau d'acidesa o pH.

Difusió

Osmosi

Reguladora de pH

7.1.1. Difusió

És la repartició homogènia de les partícules d'una dissolució, pel moviment continu aleatori de les mateixes, per omplir el volum disponible, des de zones d'alta concentració a baixa concentració. Ex: l'absorció o dissolució d'oxigen a l'aigua.

més info...

7.1.2. Osmosi (I)

És el pas del dissolvent entre dues solucions de concentració diferent a través d'una membrana semipermeable que impedeix el pas de les molècules de solut. En el cas del animals, l'aigua es mou des de la dissolució més diluïda fins a la més concentrada, ja que el percentatge de molècules d'aigua és més alt en la més diluïda. Apareix així un impuls d'aigua cap a la més concentrada, l'anomenada pressió osmòtica.

més info...

7.1.2. Osmosi (II)

La membrana citoplasmàtica és semipermeable i dona lloc a diferents respostes davant de la pressió osmòtica del medi extern.

7.1.3. Estabilitat del grau d'acidesa o pH

Els valors del pH oscil·len entre 0 i 14. Així, segons si superen o no el valor mitjà de 7, podem distingir els tipus de dissolucions següents:

• Si el pH > 7: dissolució bàsica.
• Si el pH = 7: dissolució neutra.
• Si el pH < 7: dissolució àcida.

7.1.3. Estabilitat del grau d'acidesa o pH

Tots els éssers vius mantenen constant el pH del seu medi intern. Això s'aconsegueix, sobretot, gràcies a les sals minerals dissoltes, que constitueixen les dissolucions tampó. Si el pH variés, moltes reaccions químiques canviarien el sentit, i molts enzims precipitarien, amb la qual cosa, es provocarien trastorns greus i, fins i tot, la mort.

7.2. Propietats de les dispersions

La major part dels líquids dels éssers vius són dispersions col·loïdals; per això és tan important estudiar-ne les seves propietats.

Estat de gel

Poder adsorbent

Sedimentació

Viscositat

Efecte Tyndall

EXERCICIS

08

Efecte Tyndall

Poden ser transparents i clares. Però si s'il·luminen lateralment i sobre fons fosc, s'hi observa una certa opalescència provocada per la reflexió dels rajos lluminosos. Si la il·luminació és frontal, la pols ja no resulta apreciable.

Complexos supramoleculars

Són el resultat de la unió de diverses macromolècules. Per exemple, les glicoproteïnes que hi ha a la membrana citoplasmàtica, formades per unió entre glúcids i proteïnes.

Cèl·lula eucariota

Cèl·lula procariota

Elevat poder adsorbent

És l'atracció que exerceix la superfície d'un sòlid sobre les molècules d'un líquid o d'un gas, és a dir, l'adhesió de les molècules d'un fluid a una superfície sense penetrar-la. Com el cas de contacte enzim-substrat.

Òrgans

Estructures constituïdes per diversos teixits que realitzen una funció de forma conjunta. Per exemple el cor té teixit muscular, epitelial i nerviós.

El citosol que hi ha a la perifèria de la cè·lula (ectoplasma) presenta estat de gel, mentre que l'interior (endoplasma) presenta estat de sol. El pas de gel a sol --> formació de pseudòpodes. A nivell pluricel·lular, els gels, com retenen l'aigua, permeten mantenir humides estructures en el medi aeri, com per exemple: la pell dels cargols terrestres.

Sals precipitades

Constitueixen estructures sòlides, insolubles, amb funció esquelètica. Per exemple, el carbonat càlcic de les closques dels mol·luscs o el que es diposita sobre col·lagen que formen els ossos.

Sistemes

Conjunts d'òrgans semblants, ja que estan formats pels mateixos teixits, però que fan actes que poden estar completament independents. Com per exemple el sistema mucular.

Tal·lus

Estructura pluricel·lular en què totes les cèl·lules són iguals entre si i, per tant, totes poden dur a terme les tres funcions. Aquestes es troben per exemple en algues i fongs pluricel·lulars.

Capacitat de presentar-se en estat de gel

Les dispersions col·loïdals es poden presentar en dos estats:

• Forma de sol: fase dispersa és un sòlid i la dispersant és un líquid.
• Forma gel: fase dispersa és un líquid i la dispersant és un conjunt de fibres entrellaçades entre les quals queden retingudes molècules del líquid.

Es pot passar de sol a gel, però no sempre és reversible.

Elevada viscositat

És la resistència interna que presenta un líquid al moviment relatiu de les molècules. Les dispersions col·loïdals són molt viscoses perquè contenen molècules o agrupacions de molècules molt grans.

Sals associades

Aquestes estan associades a substàncies orgàniques, que se solen trobar juntament amb proteïnes, com les fosfoproteïnes; amb lípids, com els fosfolípids, i també amb glúcids, com l'agar.

Sals minerals dissoltes

Donen lloc a anions i cations. Els més importants són els següents:

• Cations: Na+, K+, Ca2+ i Mg2+.
• Anions: Cl-, SO42-, PO43-, CO32-, HCO3- i NO3-.

Aquests ions mantenen un grau de salinitat constant dins de l'organisme, i també l'ajuden a mantenir constant el grau d'acidesa (pH). Aquest succés s'anomena efecte tampó, fet que tot i que s'afegeixin alguns àcids o bases, aquestes sals s'ionitzen per contrarestar el seu efecte.

Sedimentació

Les dispersions col·loïdals són estables en condicions normals; però si se sotmeten a forts camps gravitatoris, es pot aconseguir que les seves partícules sedimentin.

Orgànuls cel·lulars

Estan formats per la unió de complexos supramoleculars. No es consideren éssers vius perquè no fan les funcions vitals. Ex: lisosomes, aparell de Golgi, ribosomes...

Sals associades

Aquestes estan associades a substàncies orgàniques, que se solen trobar juntament amb proteïnes, com les fosfoproteïnes; amb lípids, com els fosfolípids, i també amb glúcids, com l'agar.

Teixit

Són conjunts de cèl·lules molt semblants entre si, especialitzades a fer la mateixa activitat i que comparteixen un mateix origen embriològic. Per exemple el teixit epitelial.

Aparells

Conjunts d'òrgans que poden ser molt diferents els uns dels altres, però els actes dels quals estan coordinats per dur a terme una funció. Per exemple l'aparell digestiu.

Macromolècules

Són el resultat de la unió d moltes molècules orgàniques petites. Cadascuna d'aquestes molècules simples s'anomena monòmer, i la macromolècula el polímer. Ex: moltes glucoses formen el glucogen.