Resumen - Lectura

Todos los seres vivos mantienen con el medio ambiente un desequilibrio que los aleja de la muerte. Sólo al morir se destruyen las barreras que separan unos compartimentos de otros, la estructura de órganos, tejidos, células, etc. ¿Cómo es que se mantiene este orden que representa la vida? Hay, en primer lugar, una complicadísima serie de instrucciones y mecanismos gracias a los cuales todos los organismos vivos cuentan con la información, no sólo para mantenerla, sino para perpetuarla, transmitiéndola a su descendencia. Esa información, a su vez, debe transformarse primero en la realidad de numerosas moléculas y estructuras que son los ejecutores, o los objetos de tales instrucciones.

El fenómeno de la vida, para mantenerse, requiere una gran cantidad de energía; de dónde viene la energía; en un principio viene del Sol y nosotros la aprovechamos, y aunque muchos sabemos que son las plantas las encargadas de esto aunque hay enormes cantidades de algas, muchas de ellas microscópicas, y bacterias que también pueden capturar la energía del Sol. Toda función implica energía.

Fuerza

Es aquello capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo. Ésta puede ser desde la desarrollada por una mesa que sostiene pasivamente un cuerpo, como una máquina de escribir o un cuaderno, hasta la representada por el empuje de un tractor, o la de un músculo que mueve a la vez un hueso, a manera de palanca, para desplazar o levantar un cuerpo.

El trabajo y la energía. Éstos son dos términos equivalentes. El trabajo resulta de aplicar una fuerza sobre un cuerpo y de producir su movimiento a lo largo de un espacio cualquiera, se cuantifica tomando en cuenta la magnitud de la fuerza y el espacio recorrido. La energía es la capacidad, aunque no se haya ejercido, de hacer trabajo; por ejemplo, un coche en movimiento lleva una cantidad de energía que le permite, si se encuentra con algún objeto, moverlo en cierta forma, según la velocidad y la masa o peso que tenga. Ese mismo coche, si yendo a cierta velocidad se topa con un objeto en su camino, realiza trabajo, el cual se puede cuantificar de manera precisa.

Potencia

La potencia de una máquina, por ejemplo, es la capacidad que tiene ésta de realizar cierto trabajo, pero en relación con otra dimensión; el tiempo. Así, un coche que es capaz de subir una cuesta en cinco minutos es mucho más potente que otro que tarda 10 o 15 minutos.

Finalmente, si los conceptos fuerza, trabajo-energía y potencia son diferentes, hay también diferencias en las unidades en que se expresan. Nosotros utilizaremos las unidades de energía-trabajo, las cuales, aunque pueden ser muy diversas, se expresan más comúnmente en el Joule y la caloría. La última representa la cantidad de calor que se requiere para elevar en un grado la temperatura de un gramo de agua. La primera es igual a poco más de cuatro calorías, y fue así denominada en honor al gran científico James Joule, quien realizó un trabajo extraordinario en el campo de la energía. Está además la kilocaloría, caloría grande, o Caloría (con C mayúscula), que es igual a 1 000 calorías pequeñas. Es necesario aclarar, asimismo, que ésta es la unidad que se utiliza sin conocimiento al hablar del valor calórico de los alimentos en la vida diaria.

Es de gran importancia señalar que hay una ley (la cual corresponde a una realidad) que establece que la energía de un sistema no se crea ni se destruye, sino que se transforma.

Son, pues, muchísimas las formas que puede tomar la energía, y de ellas enlistarnos algunas a continuación:

Ø Energía química

Ø Energía eléctrica

Ø Energía mecánica

Ø Energía calorífica

Otra de las transformaciones de energía que no vemos, pero que se realiza con gran intensidad en los organismos vivos, está dada por el movimiento de sustancias a través de membranas. Uno de los casos obvios es el paso de los materiales nutritivos por la pared del intestino para ser aprovechados por nosotros; pero hay también movimientos de esas sustancias al interior de las células. Todas ellas deben nutrirse y desechar aquello que no quieren o no necesitan. Todos los organismos utilizan buena parte de la energía de los materiales de que se alimentan en este proceso de transporte continuo y muy activo de sustancias de unos lugares a otros y hacia dentro o hacia fuera de las células.

Se trata de la renovación constante de las moléculas que los componen; al fin de cuentas todas se cambian constantemente por moléculas nuevas. Aun las moléculas que forman parte de nuestro cerebro, y que se nos antojarían inmutables, están renovándose continuamente.

Pero la renovación significa por una parte que las moléculas grandes o complejas deben ser destruidas, o convertidas en componentes más sencillos. Lo habitual es entonces que, al romperlas, la energía química de sus enlaces se transforme en calor, al menos en su mayor parte. La otra fase de la renovación, la síntesis (formación) de las moléculas nuevas, requiere de otra forma de energía diferente al calor, la cual debe provenir de los alimentos y sus transformaciones.

En suma, las grandes funciones en que se realizan las principales transformaciones de energía en los seres vivos, al menos desde el punto de vista de su cantidad, son:

a) el movimiento,

b) el transporte de nutrientes, y

c) la síntesis de nuevas moléculas.

Asimismo, es necesario insistir en que en toda transformación de energía hay una parte de ella que necesariamente se convierte en calor.

Lavoisier, quien a finales del siglo XVIII observó que si se quemaba glucosa en presencia de aire, se producía calor. Pensando que comemos, o que podemos comer glucosa, y que nuestro organismo produce calor, este sabio imaginó y propuso luego que en nuestro organismo también se utiliza la glucosa por un camino que lleva finalmente a su oxidación y a la producción de bióxido de carbono y agua, pero que la energía del azúcar es de alguna forma aprovechada, o transformada, en alguna otra forma de energía aprovechable por el organismo.

A finales de 1933, un alemán, Fritz Lohman, descubrió el adenosintrifosfato (ATP); pero en ese momento no se tuvo idea de su importancia como la "moneda" energética de las células ni de su distribución universal en los seres vivos, sino hasta cinco o diez años después de su descubrimiento. Hay que tener en cuenta que el mundo científico de aquellos años era sumamente reducido.

Otro de los grandes descubrimientos fue el de la molécula conocida como nicotín adenin dínucleótido (NAD) y la definición de su estructura por el científico alemán Otto Warburg. A lo largo de varios años se aclaró también que esta molécula participa además en las transformaciones de energía de los seres vivos, en un proceso conocido como óxido-reducción, semejante a aquel por el cual los acumuladores de corriente o las pilas eléctricas producen electricidad, y que es un proceso en el cual está implicada una cantidad importante de energía. Se supo así que hay un esquema general, el cual se muestra en la figura 2, que es válido para casi todos los organismos vivos, y según el cual, cuando las moléculas como la glucosa, los ácidos grasos o las proteínas se degradan, se produce energía en la forma de ATP, o como el llamado poder reductor, que no es otra cosa que moléculas como el NAD, que pueden reducirse con la incorporación de átomos de hidrógeno para dar lo que se identifica en la jerga bioquímica como NADH y reoxidarse cuando estos hidrógenos se pierden. Ésta es otra forma de transformar energía.

Para tener una idea de la energía que traen consigo estos cambios de óxido-reducción, baste saber que si dos hidrógenos (en realidad los electrones de estos hidrógenos) del NADH pasan hasta el oxígeno, la cantidad de energía que resulta es de aproximadamente 56 kilocalorías por cada mol. El mol es una unidad de medida igual al peso molecular de un compuesto tomado en gramos. Para el ATP, la energía de cada enlace de fosfato es de sólo 7.5 kilocalorías.

Resulta así un esquema metabólico que ha sido integrado por miles de investigadores a lo largo de varios decenios, y el cual permite tener una idea bastante cercana de los cambios de energía que se dan durante las transformaciones de los diferentes metabolitos en las células o, para ser más precisos, en las mitocondrias.

En 1948, dos investigadores, Schneider y Hogeboom, describieron un método que se antojaba extraordinario, y que abrió enormes posibilidades para la investigación en el mundo de la bioenergética: mediante el uso de una solución adecuada de azúcar común, sacarosa, se podía moler el hígado de una rata de laboratorio preservando la estructura y la función de las mitocondrias, y luego, por centrifugación, separarlas de los otros componentes celulares. Este procedimiento, que en la actualidad se antoja trivial, fue un avance trascendental en la investigación de las transformaciones de la energía. Aunque no se sabía que estos organelos celulares eran los responsables de las transformaciones de la energía, el hecho de tenerlos aislados ofreció a los científicos curiosos la posibilidad de estudiarlos y de definir sus funciones. Pronto (en unos dos decenios) se encontró que eran ellas las responsables de la respiración de las células (que es lo que realmente supone el consumo de oxígeno) y, más aún, que al mismo tiempo que respiraban, realizaban la síntesis del ATP a partir del ADP y el fosfato inorgánico. Se descubrieron los componentes moleculares del sistema que transporta los electrones provenientes originalmente del NADH hacia el exígeno, y los mecanismos generales de formación del agua en este complicado proceso. Sin embargo, el mecanismo de la transformación de la energía propiamente dicho se resistió durante muchos años más a ser aclarado, pese a que fue notable el aumento que hubo de grupos de investigadores interesados en el problema.

De la misma forma, aislaron los cloroplastos de las plantas, que son el equivalente de las mitocondrias de las células animales, y se demostró que estos otros "organelos" son los responsables, y el sitio en el cual se lleva a cabo, de la "captura" de la energía del Sol y los procesos que la acompañan, y que llevan finalmente a la síntesis de la glucosa y otros azúcares utilizando bióxido de carbono, agua y energía luminosa.

TERMODINÁMICA

La termodinámica (de las palabras griegas «calor» y «potencia») es el estudio del calor, el trabajo, la energía y los cambios que provocan en los estados de los sistemas. En un sentido más amplio, la termodinámica estudia las relaciones entre las propiedades macroscópicas de un sistema. La temperatura es una propiedad esencial en la termodinámica, y por eso se define a veces la termodinámica como el estudio de la relación entre la temperatura y las propiedades macroscópicas de la materia.

Sistemas termodinámicas.

En la termodinámica, a la parte macroscópica del universo objeto de estudio se le llama sistema. A las partes del universo que pueden interaccionar con el sistema se les denomina alrededores.

Por ejemplo, para estudiar la presión de vapor del agua en función de la temperatura, podríamos poner un recipiente cerrado con agua (donde se haya eliminado el aire) en un baño a temperatura constante, y conectar un manómetro al recipiente para medir la presión.

En este caso, el sistema está compuesto por el agua líquida y el vapor de agua dentro del recipiente, y los alrededores son el baño a temperatura constante y el mercurio del manómetro.

Un sistema abierto es aquel en el que se puede transferir materia entre el sistema y los alrededores. Un sistema cerrado es aquel en el que no es posible tal transferencia de materia. Un sistema aislado es el que no interacciona de ninguna forma con sus alrededores. Obviamente, un sistema aislado es un sistema cerrado, pero no todos los sistemas cerrados son aislados. Por ejemplo, en el sistema de agua líquida más vapor en el recipiente sellado es un sistema cerrado (ya que no puede entrar ni salir materia), pero no aislado (pues puede calentarse o enfriarse con el baño que le rodea, y puede comprimirse o expandirse por medio del mercurio). En un sistema aislado no puede darse transferencia de materia ni de energía entre el sistema y los alrededores. En un sistema cerrado es posible transferir energía, pero no materia, entre el sistema y los alrededores. En uno abierto pueden intercambiarse tanto materia como energía.

Un sistema termodinámico es abierto o cerrado y es aislado o no aislado. La mayor parte de las veces trataremos con sistemas cerrados.

Paredes

Un sistema puede estar separado de sus alrededores por varios tipos de paredes (el sistema está separado del baño por las paredes del recipiente.). Una pared puede ser rígida o no rígida (es decir, móvil). Puede ser permeable o impermeable, donde el término «impermeable» significa que no permite el paso de materia a su través. Por último, una pared puede ser adiabática o no adiabática. En lenguaje corriente, una pared adiabática es la que no conduce en absoluto el calor, mientras que una pared no adiabática conduce el calor.

Propiedades termodinámicas.

¿Qué propiedades utiliza la termodinámica para caracterizar un sistema en equilibrio? Claramente, debe especificarse la composición. Esto puede hacerse estableciendo la masa de cada una de las especies químicas presentes en cada fase. El volumen V es una propiedad del sistema. La presión P es otra variable termodinámica. La presión se define como la magnitud de la fuerza perpendicular por unidad de área ejercida por el sistema sobre sus alrededores:

P = F / A

donde F es la magnitud de la fuerza perpendicular ejercida sobre una pared separadora de área A. El símbolo = indica una definición. . La presión es un escalar, no un vector. Para un sistema en equilibrio mecánico, la presión en todo el sistema es uniforme e igual a la presión de sus alrededores.

Una propiedad termodinámica extensiva es aquella cuyo valor es igual a la suma de los valores correspondientes a diferentes partes del sistema. Así, si dividimos un sistema en partes, la masa del sistema es igual a la suma de las masas de cada una de las partes; la masa es una propiedad extensiva. Lo mismo pasa con el volumen. Las propiedades que no dependen de la cantidad de materia en el sistema se denominan intensivas. La densidad y la presión son ejemplos de propiedades intensivas. Podemos tomar una gota de agua o una piscina llena de agua, y ambos sistemas tendrán la misma densidad.

Primera ley de la termodinámica (Ley de la conservación de la energía)

Con el descubrimiento hecho por Joule acerca del equivalente mecánico de calor, se demostró que la energía mecánica se convierte en energía térmica cuando por fricción aumenta la energía interna de un cuerpo; y que la energía térmica se puede convertir en energía mecánica si un gas encerrado en un cilindro se expande y mueve un émbolo.

“La variación en la energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ellos, en forma de calor y trabajo, por lo que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.”

Matemáticamente, la primera Ley de la termodinámica se expresa como:

Segunda ley de la termodinámica

La energía térmica no fluye en forma espontánea de un sistema frío a otro caliente. Sólo cuando se tienen dos sistemas con diferentes temperaturas se puede utilizar la energía térmica para producir trabajo.

El calor fluye espontáneamente del sistema caliente al frío hasta que se igualan las temperaturas. Durante este proceso, parte del calor se transforma en energía mecánica a fin de efectuarse un trabajo, pero no todo el calor puede ser convertido en trabajo mecánico. Sin embargo, la energía no se pierde, sólo es no utilizable.

La segunda ley de la termodinámica establece:

1.- El calor sólo puede pasar de un cuerpo a otro por medio de un agente externo.

2.- No es posible construir una máquina térmica que transforme todo el calor en trabajo.

Bibliografía

1. Levine, N. (2004) Fisicoquimica. Vol1. 5ta edición. Ed. McGraw-Hill. España.
2. Lopez, F. (2001) Física. 1ra edición. Ed. CBTis. México
   

Biofisica

Cuestonario

Cuestionario

1.- ¿Que es el agua?
El agua es el liquido más común de la superficie de la superficie terrestre, también es el principal componente en peso de todos los seres vivos (aproximadamente el 70% de su peso total); ya que el agua es el componente más abundante de la célula.

2.- Describa la molécula del agua
La estructura de la molécula de agua esta formada por 2 átomos de hidrogeno y un átomo de oxígeno que se mantienen unidos por enlaces covalentes (se forma cuando 2 átomos comparten electrones, el cual es un enlace muy fuerte)

3.- Mencione las propiedades químicas del agua
• Calor específico: el agua contribuye a estabilizar la temperatura del organismo en función de su elevado calor específico.
• Cohesión: fuerza implicada en mantener la unión de moléculas de la misma sustancia.
• Tensión superficial: resistencia a la penetración de la superficie de un líquido causado por la cohesión de sus moléculas (como por ejemplo el mercurio). Ayuda para el transporte del agua.
• Conductividad térmica: el agua influye en la termorregulación corporal, al conducir fácilmente el calor y por tanto iguala con rapidez la temperatura de todos los sectores del medio interno y de las células.
• Capilaridad: la acción capilar es la elevación espontánea de un líquido dentro de un tubo angosto, Esta acción es resultado de las fuerzas de cohesión dentro del líquido y de las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes del recipiente. Si las fuerzas entre el líquido y el recipiente son mayores que las que hay dentro del líquido del mismo, éste subirá por las paredes del recipiente.
• Constante dieléctrica: por tener moléculas polares las cuales se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, es decir el soluto queda rodeado de moléculas de agua; este fenómeno se denomina solvatación iónica

4.- ¿Qué porcentaje de agua se encuentra en el organismo en relación con el peso total?
El organismo humano está constituido por una cantidad de agua varia del 60 al 80% de su peso corporal.

5.- ¿Qué es una solución?
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y esta presente generalmente en pequeña cantidad en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. En cualquier discusión de soluciones, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes.

6.- Menciona las propiedades de las soluciones.
a) Su composición química es variable.
b) Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.
c) Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro: la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.

7.- Que es la solubilidad
La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura.

8.- Defina Molaridad (M)
La molaridad de una solución se define como la cantidad de soluto disuelto en moles por un litro de solución.

9.- ¿Que es la Molalidad (m)?
La principal ventaja de este método de medidarespecto a la molaridad es que como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está enfunción del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión. Es menos empleada que la molaridad pero igual de importante.
Para preparar soluciones de una determinada molalidad en un disolvente, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor.
La molalidad (m) es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente.

10.- Defina fracción molar.
Se define como la relación entre las moles de un componente y las moles totales presentes en la solución.

Xsto + Xste = 1

11.- Que son las propiedades colegativas
Muchas de las propiedades de las disoluciones verdaderas se deducen del pequeño tamaño de las partículas dispersas. En general, forman disoluciones verdaderas las sustancias con un peso molecular inferior a 104 dalton. Algunas de estas propiedades son función de la naturaleza del soluto (color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad eléctrica, etc.). Otras propiedades dependen del disolvente, aunque pueden ser modificadas por el soluto (tensión superficial, índice de refracción, viscosidad, etc.). Sin embargo, hay otras propiedades más universales que sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas son las llamadas propiedades coligativas.
Las propiedades coligativas no guardan ninguna relación con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos.
Son función sólo del número de partículas y son resultado del mismo fenómeno: el efecto de las partículas de soluto sobre la presión de vapor del disolvente.


12.- Cuales son las propiedades colegativas
Entre las propiedades coligativas figuran el descenso de la presión de vapor, la elevación del punto de ebullición, el descenso del punto de congelación y la presión osmótica. Las medidas de estas propiedades en una disolución acuosa diluida de un soluto no ionizado, como la urea o la glucosa, pueden permitir determinar con precisión las masas moleculares relativas.

13.- ¿Que es la presión osmótica?
Es la propiedad coligativa más importante por sus aplicaciones biológicas, pero antes de entrar de lleno en el estudio de esta propiedad es necesario revisar los conceptos de difusión y de ósmosis. Difusión es el proceso mediante el cual las moléculas del soluto tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, lo que se alcanza al cabo de cierto tiempo En Biología es especialmente importante el fenómeno de difusión a través de membranas, ya que la presencia de las membranas biológicas condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras celulares.

14.- ¿Menciona que estructuras celulares presentan sistemas de membranas?
- Membrana plasmática
- Retículo endoplasmático granular y liso
- Aparato de Golgi
- Lisosomas
- Peroxisomas
- Mitocondrias
- Plastos
- Vacuolas
- Envoltura nuclear

15.- ¿Cuáles son las principales funciones de las biomembranas?
- separación física entre compartimientos.
- transporte de sustancias, involucradas, por ejemplo, en el metabolismo.
- recepción de estímulos [hormonas, transmisión de impulsos nerviosos, etc.], y muchas veces también su reconocimiento.
- conducción de impulsos nerviosos.
- interacciones célula-célula.

16.- ¿Como esta constituida una membrana?
Las membranas funcionales están compuestas de lípidos y proteínas. Cierta porción glucídica detectable forma en realidad parte de las otras sustancias mencionadas, integrando glucoproteínas y glucolípidos. Los lípidos constituyen la matriz o base estructural. Las proporciones entre los distintos componentes es muy variable. Las proteínas forman la parte funcional de las membranas. La variedad es muy grande, de acuerdo a las muchas funciones que pueden desempeñar: receptores, transportadores para entrada y/o salida de sustancias, enzimas, antígenos de superficie, etc. La proporción entre lípidos y proteínas también es variable.

17.- Menciona las propiedades de la estructura del mosaico fluido.
a)- Fluidez: permite un movimiento muy libre tanto de lípidos como de proteínas, al menos dentro de cada una de las capas.
b)- Asimetría: la composición lipídica y la proteica [esta más aún] son diferentes entre ambas capas.
c)- Resistencia eléctrica: si a uno y otro lado de la membrana se hallan sendas soluciones con distinta carga neta, aquella es perfectamente apta para mantener la diferencia de potencial eléctrico que se produce, la cual se denomina potencia de membrana.
18.- En liste los diferentes tipos de transporte a través de la membrana
- Transporte activo
- Transporte pasivo
- Transporte pasivo simple
- Difusión facilitada

19.- Describa el transporte activo.
Cuando el transporte se realiza en contra de un gradiente químico (de concentración) o eléctrico. Para este tipo de transporte se precisan transportadores específicos instalados en la membrana, siempre proteínas, que, mediante un gasto de energía en forma de ATP, transportan sustancias a través de ésta. Con este tipo de transporte pueden transportarse, además de pequeñas partí culas, moléculas orgánicas de mayor tamaño, siempre en contra del gradiente de concentración o eléctrico.

20.- En que consiste la endocitosis
Las sustancias entran en la célula envueltas en vesículas formadas a partir de la membrana plasmática. Cuando lo que entra en la célula son partículas sólidas o pequeñas gotitas líquidas el transporte se realiza por mecanismos especiales e incluso se hace perceptible. Estos mecanismos implican una deformación de la membrana y la formación de vacuolas. Este tipo de transporte puede ser de gran importancia en ciertas células, como por ejemplo, en los macrófagos y en las amebas. Distinguiremos dos tipos de endocitosis: la fagocitosis y la pinocitosis.

Membranas plasmaticas

Muchas estructuras de la célula están formadas por membranas. Las membranas biológicas constituyen fronteras que permiten no sólo separar sino también poner en comunicación diferentes compartimentos en el interior de la célula y a la propia célula con el exterior.
La estructura de todas las membranas biológicas es muy parecida. Las diferencias se establecen más bien al nivel de la función particular que tienen los distintos orgánulos formados por membranas; función que va a depender de la composición que tengan sus membranas. Este tipo de membranas se denomina, debido a esto, unidad de membrana o membrana unitaria. La
membrana plasmática de la célula y la de los orgánulos celulares está formada por membranas unitarias.

ORGÁNULOS Y OTRAS ESTRUCTURAS FORMADOS POR MEMBRANAS UNITARIAS
- Membrana plasmática
- Retículo endoplasmático granular y liso
- Aparato de Golgi
- Lisosomas
- Peroxisomas
- Mitocondrias
- Plastos
- Vacuolas
- Envoltura nuclear

CARÁCTER ANFIPÁTICO DE LOS LÍPIDOS.
Ciertos lípidos, y en particular los fosfolípidos, tienen una parte de la molécula que es polar: hidrófila y otra (la correspondiente a las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos) que es no polar: hidrófoba. Las moléculas que presentan estas características reciben el nombre de anfipáticas. A partir de ahora representaremos la parte polar (hidrófila) y la no polar (hidrófoba) de los lípidos anfipáticos.

FORMACIÓN DE BICAPAS LIPÍDICAS
Si se dispersa por una superficie acuosa una pequeña cantidad de un lípido anfipático, se puede formar una capa de una molécula de espesor: monocapa. Esto es debido a que las partes hidrófilas se disponen hacia el interior y los grupos hidrófobos hacia el exterior de la superficie acuosa. Pueden también formarse bicapas, en particular entre dos compartimentos acuosos.
Entonces, las partes hidrófobas se disponen enfrentadas y las partes hidrófilas se colocan
hacia la solución acuosa. Los lípidos anfipáticos forman este tipo de estructuras espontáneamente. Las bicapas pueden formar compartimentos cerrados denominados
liposomas. Las bicapas lipídicas poseen características similares a las de las membranas
celulares: son permeables al agua pero impermeables a los cationes y aniones y a las grandes moléculas polares. En realidad, las membranas celulares son, esencialmente, bicapas lipídicas.

FUNCIONES

Las biomembranas son estructuras nuy importantes a nivel celular, y también
sumamente abundantes: en células eucarióticas pueden alcanzar hasta un 80% del peso
seco.
Principales funciones:
a]- separación física entre compartimientos
b]- transporte de sustancias, involucradas, por ejemplo, en el metabolismo
c]- recepción de estímulos [hormonas, transmisión de impulsos nerviosos, etc.], y
muchas veces también su reconocimiento
d]- conducción de impulsos nerviosos
e]- interacciones célula-célula

BASE ESTRUCTURAL: BIOMEMBRANAS ELEMENTALES
Los fosfolípidos tienden a agruparse espontáneamente en micelas. Son pequeñas aglomeraciones esferoidales donde las colas, apolares, se dirigen todas hacia el centro, libre de agua, y las cabezas, polares se orientan hacia la periferia, ofreciendo una superficie afín con el agua. El interior de estos esferoides es hidrofóbico, mientras que su exterior es hidrofílico, de acuerdo al comportamiento dual [antipático] de este tipo de lípidos.
cabeza
polar
cola
no polar

COMPOSICIÓN DE LAS BIOMEMBRANAS

Las biomembranas funcionales están compuestas de lípidos y proteínas. Cierta porción
glucídica detectable forma en realidad parte de las otras sustancias mencionadas, integrando glucoproteínas y glucolípidos. Los lípidos constituyen la matriz o base estructural. Las proporciones entre los distintos componentes es muy variable. Las proteínas forman la parte funcional de las biomembranas. La variedad es muy grande, de acuerdo a las muchas funciones que pueden desempeñar: receptores, transportadores para entrada y/o salida de sustancias, enzimas, antígenos de superficie, etc. La proporción entre lípidos y proteínas también es variable.

ESTRUCTURA EN MOSAICO FLUIDO
La bicapa lipídica es la matriz en la cual las moléculas proteicas son como islas. Esta estructura recibe el nombre de mosaico fluido, pues la matriz posee baja viscosidad y las proteínas pueden ser consideradas semejantes a trozos de piedras dispersos en un mosaico. Dichas moléculas de proteínas se encuentran más o menos inmersas en la matriz lipídica, proteínas intrínsecas o integradas; o bien como solamente apoyadas sobre las cabezas de los fosfolípidos [son mantenidas por interacciones electrostáticas], a ambos lados de la membrana, proteínas extrínsecas o periféricas. La posición que ocupa una proteína determinada en la matriz depende siempre de interacciones de los grupos laterales de ciertos restos de aminoácidos componentes con las moléculas lipídicas.

PROPIEDADES DE ESTE TIPO DE ESTRUCTURA:

a)- Fluidez: permite un movimiento muy libre tanto de lípidos como de proteínas, al menos dentro de cada una de las capas.
b)- Asimetría: la composición lipídica y la proteica [esta más aún] son diferentes entre ambas capas.
c)- Resistencia eléctrica: si a uno y otro lado de la membrana se hallan sendas soluciones con distinta carga neta, aquella es perfectamente apta para mantener la diferencia de potencial eléctrico que se produce, la cual se denomina potencia de membrana.

TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA
La célula necesita sustancias para su metabolismo. Como consecuencia de éste se van a producir sustancias de desecho que la célula precisa eliminar. Así pues, a través de la membrana plasmática se va a dar un continuo transporte de sustancias en ambos sentidos. Según la dirección de este y el tipo de sustancia tendremos:
- Ingestión:Es la entrada en la célula de aquellas sustancias necesarias para su
metabolismo.
- Excreción: Salida de los productos de desecho.
- Secreción: Si lo que sale no son productos de desecho sino sustancias
destinadas a la exportación.

Aunque vamos a referirnos únicamente al transporte a través de la membrana plasmática, deberá tenerse en cuenta que los fenómenos de transporte que estudiaremos a continuación se dan también a través de las membranas biológicas de los orgánulos formados por membranas: retículo, aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas, mitocondrias y plastos.
Mediante estos fenómenos la célula asegura un medio interno diferente y funciones distintas en cada uno de los orgánulos formados por membranas.

A)EL TRANSPORTE DE SUSTANCIAS EN FORMA MOLECULAR A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS
En el caso de sustancias disueltas, según se consuma o no energía, distinguiremos los siguientes tipos de transporte:

I) Transporte pasivo. Se trata de un transporte a favor del gradiente de concentración, por lo que no requiere un aporte de energía. Puede ser:


a) Transporte pasivo simple o difusión de moléculas a favor del gradiente.
i) Difusión a través de la bicapa lipídica. Pasan así sustancias lipìdicas como las hormonas
esteroideas, los fármacos liposolubles y los anestésicos, como el éter. También sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico y algunas moléculas polares muy
pequeñas como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina.
ii) Difusión a través de canales protéicos. Se realiza a través de proteínas canal. Proteínas que
forman canales acuosos en la doble capa lipídica. Pasan así ciertos iones, como el Na+ , el K+ y el Ca+ + .


b) Transporte pasivo facilitado (difusión facilitada). Las moléculas hidrófilas (glúcidos,
aminoácidos...) no pueden atravesar la doble capa lipídica por difusión a favor del
gradiente de concentración. Determinadas proteínas de la membrana, llamadas
permeasas, actúan como "barcas" para que estas sustancias puedan salvar el obstáculo
que supone la doble capa lipídi ca. Este tipo de transporte tampoco requiere un consumo
de energía, pues se realiza a favor del gradiente de concentración.


II)Transporte activo: Cuando el transporte se realiza en contra de un gradiente quími co
(de concentración) o eléctrico. Para este tipo de transporte se precisan transportadores específi cos instalados en la membrana, siempre proteí nas, que, mediante un gasto de energía en forma de ATP, transportan sustancias a través de ésta. Con este tipo de transporte pueden transportarse, además de pequeñas partí culas, moléculas orgánicas de mayor tamaño, siempre en contra del gradiente de concentración o eléctrico.

B) Tranporte químico

Permite la entrada o la salida de la célula de partículas o grandes moléculas envueltas en una membrana. Se trata de un mecanismo que sólo es utilizado por algunos tipos de células, por
ejemplo: amebas, macrófagos o las células del epitelio intestinal.

I) ENDOCITOSIS. Las sustancias entran en la célula envueltas en vesículas formadas a
partir de la membrana plasmática. Cuando lo que entra en la célula son partículas sólidas o pequeñas gotitas líquidas el transporte se realiza por mecanismos especiales e incluso se hace perceptible. Estos mecanismos implican una deformación de la membrana y la formación de vacuolas. Este tipo de transporte puede ser de gran importancia en ciertas células, como por
ejemplo, en los macrófagos y en las amebas. Distinguiremos dos tipos de endocitosis:
la fagocitosis y la pinocitosis

a) Fagocitosis: Es la ingestión de grandes partí culas sólidas (bacterias, restos celulares)
por medio de seudópodos. Los seudópodos son grandes evaginaciones de la
membrana plasmática que envuelven a la partí cula. Ésta pasa al citoplasma de la célula en forma de vacuola fagocítica. Este tipo de ingestión la encontramos, por ejemplo, en las amebas o en los macrófagos.

b) Pinocitosis. Es la ingestión de sustancias disueltas en forma de pequeñas gotitas
líquidas que atraviesan la membrana al invaginarse ésta. Se forman así pequeñas
vacuolas llamadas vacuolas pinocíticas que pueden reunirse formando vacuolas de
mayor tamaño.

II) EXOCITOSIS: Consiste en la secreción o excreción de sustancias por medio de vacuolas,
vesículas de exocitosis, que se fusionan con la membrana plasmática abriéndose al
exterior y expulsando su contenido. Las vacuolas provienen de los sistemas de membranas o de la endocitosis. La membrana de la vacuola queda incluida en la membrana celular, lo que es normal teniendo en cuenta que ambas membranas poseen la misma estructura.
En todos los mecanismos de endocitosis hay una disminución de la membrana plasmática al introducirse ésta en el citoplasma. Esta disminución es compensada por la formación de membranas por exocitosis. La membrana plasmática está en estas células en un continuo proceso de renovación. En un macrófago, por ejemplo, toda su membrana es ingerida en 30 min.

Propiedades coligativas

Muchas de las propiedades de las disoluciones verdaderas se deducen del pequeño tamaño de las partículas dispersas. En general, forman disoluciones verdaderas las sustancias con un peso molecular inferior a 104 dalton. Algunas de estas propiedades son función de la naturaleza del soluto (color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad eléctrica, etc.). Otras propiedades dependen del disolvente, aunque pueden ser modificadas por el soluto (tensión superficial, índice de refracción, viscosidad, etc.). Sin embargo, hay otras propiedades más universales que sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas son las llamadas propiedades coligativas.
Las propiedades coligativas no guardan ninguna relación con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos.
Son función sólo del número de partículas y son resultado del mismo fenómeno: el efecto de las partículas de soluto sobre la presión de vapor del disolvente.

Propiedades de las disoluciones que dependen del número de partículas en un volumen de disolvente determinado, y no de la masa de dichas partículas ni de su naturaleza. Entre las propiedades coligativas figuran el descenso de la presión de vapor, la elevación del punto de ebullición, el descenso del punto de congelación y la presión osmótica. Las medidas de estas propiedades en una disolución acuosa diluida de un soluto no ionizado, como la urea o la glucosa, pueden permitir determinar con precisión las masas moleculares relativas. En el caso de solutos ionizados, las medidas pueden llevar a una estimación del porcentaje de ionización que tiene lugar. Las modificaciones debidas a solutos gaseosos son despreciables.

PRESION DE VAPOR
La presión de vapor de un liquido depende de la facilidad con la cual las moléculas pueden
escapar de la superficie del mismo.
La relación entre la presión de vapor de la disolución y la del solvente esta dada por la
siguiente relación, conocida como “ LEY DE RAOULT “.

ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN ( soluto no volátil y no disociable)
El punto de ebullición de una disolución es la temperatura a la cual su presión de vapor iguala
la presión atmosférica.

Kb = Constante de elevación del punto de ebullición o constante ebulloscópica. Depende del
solvente y su valor se encuentra

DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN
Cuando se agrega un soluto no volátil a un solvente puro, el punto de congelación de éste disminuye.
Pto. Cong. solución < Pto. Cong. solvente puro

PRESIÓN OSMÓTICA
Es la propiedad coligativa más importante por sus aplicaciones biológicas, pero antes de entrar de lleno en el estudio de esta propiedad es necesario revisar los conceptos de difusión y de ósmosis.
Difusión es el proceso mediante el cual las moléculas del soluto tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, lo que se alcanza al cabo de cierto tiempo En Biología es especialmente importante el fenómeno de difusión a través de membranas, ya que la presencia de las membranas biológicas condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras celulares

La presión osmótica (π) de una disolución es la presión que se requiere para detener la
osmosis del disolvente puro hacía una disolución. La presión osmótica de una disolución esta
dada por:

Bibliografía

http://mx.encarta.msn.com/encnet/refpages/search.aspx?q=propiedades+colegativas

http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm#dc

Soluciones

Una solución es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y esta presente generalmente en pequeña cantidad en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. en cualquier discusión de soluciones, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes.

La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente.

Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan :

1. Su composición química es variable.
2. Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.
3. Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro : la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.

PRINCIPALES CLASES DE SOLUCIONES

SOLUBILIDAD
La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura.
Los factores que afectan la solubilidad son:

• a) Superficie de contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez ( pulverizando el soluto).


• b) Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución


• c) Temperatura: Al aument6ar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose.


• d) Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional
  
  

MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES
La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. Los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas. Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se usan sistemas como los siguientes:

Porcentual

• a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.


• b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.


• c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.
  
  

Molaridad
Este método es muy útil para expresar concentraciones cuando se utiliza equipo volumétrico tales como probetas, buretas o pipetas, sólo se necesita pesar cierta cantidad de soluto que corresponda a la concentración deseada y se adiciona suficiente disolvente hasta completar un
volumen determinado en un matraz volumétrico aforado.

La molaridad de una solución se define como la cantidad de soluto disuelto en moles por litro de solución.

Molalidad
La principal ventaja de este método de medidarespecto a la molaridad es que como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de lapresión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está enfunción del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión. Es menos empleada que la molaridad pero igual de importante.

Para preparar soluciones de una determinada molalidad en un disolvente, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor.

La molalidad (m) es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente.

Fracción molar (Xi)

Se define como la relación entre las moles de un componente y las moles totales presentes en la solución.

Xsto + Xste = 1

Bibliografía

http://www.cespro.com/Materias/MatContenidos/Contquimica/QUIMICA_INORGANICA/soluciones.htm
http://www.scribd.com/doc/13763538/UNIDADESQUIMICAS1?autodown=pdf

Agua

El agua es el liquido más común de la superficie de la superficie terrestre, también es el principal componente en peso de todos los seres vivos (aproximadamente el 70% de su peso total); ya que el agua es el componente más abundante de la célula.

La estructura de la molécula de agua esta formada por 2 átomos de hidrogeno y un átomo de oxígeno que se mantienen unidos por enlaces covalentes (se forma cuando 2 átomos comparten electrones, el cual es un enlace muy fuerte).

El agua es una molécula polar ya que tiene partes o áreas con propiedades contrastantes u opuestas, como cargas positivas y cargas negativas; de las cuales formarán enlaces débiles.

Estos enlaces, en los que se unen un átomo de hidrógeno con carga positiva débil que forma parte de otra molécula, con un átomo de oxígeno (ó N ó F) que posé una carga negativa débil y que pertenece a otra molécula, se le conoce como “puente de hidrogeno” o “enlace de hidrogeno”.

Los puentes de hidrogeno determinan muchas propiedades del agua como son:

• Calor específico: el agua contribuye a estabilizar la temperatura del organismo en función de su elevado calor específico.
• Cohesión: fuerza implicada en mantener la unión de moléculas de la misma sustancia.
• Tensión superficial: resistencia a la penetración de la superficie de un líquido causado por la cohesión de sus moléculas (como por ejemplo el mercurio). Ayuda para el transporte del agua.
• Conductividad térmica: el agua influye en la termorregulación corporal, al conducir fácilmente el calor y por tanto iguala con rapidez la temperatura de todos los sectores del medio interno y de las células.
• Capilaridad: la acción capilar es la elevación espontánea de un liquido dentro de un tubo angosto, Esta acción es resultado de las fuerzas de cohesión dentro del líquido y de las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes del recipiente. Si las fuerzas entre el líquido y el recipiente son mayores que las que hay dentro del líquido del mismo, éste subirá por las paredes del recipiente.
• Constante dieléctrica: por tener moléculas polares las cuales se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, es decir el soluto queda rodeado de moléculas de agua; este fenómeno se denomina solvatación iónica.
  
  

Propiedades físicas del agua

BIBLIOGRAFÍA
Hein Morris. (1997), Fundamentos de Química. International Thomson Editores, México, pp 289-299.