LOS NUTRIENTES INORGÁNICOS: El agua

    El componente más abundante de los organismos vivos es el agua. Una persona de 70 kg de masa corporal tienen alrededor de 45 kg de agua, es decir que el 65% de su cuerpo es agua. Por ese motivo, esta sustancia es también un componente de suma importancia en la dieta humana.

    

    El agua disuelve casi toda las sustancias que llegan a las células y las que desde ellas se eliminan. Por eso, la sangre, que contiene un gran porcentaje de agua, es un eficaz medio de transporte de todo lo que va y viene hacia y desde las células. Del mismo modo, el agua del interior de las células permite que se realicen todas las reacciones químicas que constituyen la vida celular. Además, este líquido interviene en los mecanismos que permiten mantener constante la temperatura interna de nuestro cuerpo, gracias a que tiene la capacidad de absorber el calor que eliminan las células como producto de su incesante trabajo.

    La cantidad total de agua en un individuo se mantiene constante debido a que las pérdidas de se compensan con el ingreso. A diario incorporamos, aproximadamente, 750 ml de agua con los alimentos sólidos y 1.500 ml en forma de bebidas. Además, alrededor de 200 ml se producen en distintas reacciones químicas celulares. Estas cantidades permiten reponer los 1.500 ml que perdemos diariamente con la orina, los 100 ml que se eliminan con el sudor, los 200 ml que forman parte de la materia fecal y los 600 ml que se pierden aproximadamente a través de las vías respiratorias y de la piel. Por la vía respiratoria sale vapor de agua mezclado con el aire que eliminamos, mientras que la piel, a través de su amplia superficie, ofrece otras notoria vía de salida de agua, que no percibimos pero que ocurre constantemente.

    Debido a las funciones que cumple el agua en el organismo, si su eliminación es mucho mayor que su ingreso, la subsistencia de la persona en peligro. Sin embargo, ante situaciones que implican pérdidas importantes de agua, como en un ejercicio interno, en el organismo se activan mecanismos que permiten retenerla o repararla. Por ejemplo, se elimina menos agua por la orina y se tiene sed: una señal que nos lleva a beber. 

Texto extraído de Ciencias Naturales y Tecnología 8 EGB

Editorial AIQUE

SISTEMAS MATERIALES

TIPOS DE SISTEMAS MATERIALES

Para estudiar los sistemas materiales, podemos clasificarlos considerando distintos criterios, es decir, según donde centremos nuestra observación:

a. según los cambios de materia y energía con el medio ambiente;

b. según las propiedades intensivas de la materia.

Clasificación de los sistemas materiales según su intercambio de materia o energía con el medio ambiente

Este criterio permite distinguir entre sistemas abiertos, cerrados y aislados.

Un sistema material es abierto cuando permite el intercambio de materia y energía con el medio ambiente. Por ejemplo, si colocamos agua fresca en un recipiente destapado, al cabo de un tiempo, el agua se va evaporando y pasa al medio que la rodea, es decir que se produce un intercambio de materia con el medio. Además varía su temperatura (adquiere la temperatura del ambiente) debido a que intercambia energía con el medio.

Un sistema material es cerrado cuando solamente puede intercambiar energía con el medio ambiente. Por ejemplo, si el recipiente con agua estuviera tapado, el agua no puede evaporarse al medio, ya que se lo impide la tapa (no intercambia materia). Pero sí adquiere la temperatura del ambiente (intercambia energía).

Un sistema material es aislado cuando no intercambia materia ni energía con el medio ambiente. Por ejemplo, si se coloca agua en un termo.

La realidad no siempre responde estrictamente a la definición. No existen paredes absolutamente aislantes, que impidan totalmente el intercambio de energía con el medio. 

Clasificación de los sistemas materiales según sus propiedades intensivas

¿Recuerda cuando estudiamos las propiedades intensivas de la materia? Entonces, ¿podría completar su definición?

Las propiedades intensivas son:

…………………………………………………………………………….

Si consideramos estas propiedades, podemos realizar otra clasificación de sistemas materiales. De esta manera, distinguiremos sistemas homogéneos y heterogéneos.

Sistema homogéneo. Se denomina así cuando las propiedades y composición de la materia son iguales en cualquier punto del sistema. No presenta superficie de separación. Por ejemplo: aire; alcohol disuelto en agua.

Sistema heterogéneo. Se denomina así cuando las propiedades y composición de la materia no son iguales en cualquier punto del sistema. Está formado por dos o más porciones diferentes, separadas por superficies definidas, a través de las cuáles las propiedades cambian bruscamente. Por ejemplo: aceite y agua; piedra y arena.

Un sistema puede ser homogéneo a simple vista y heterogéneo si lo observamos detalladamente a través del microscopio. Por ejemplo, si observamos la sangre humana con un microscopio vemos que tiene glóbulos rojos diferenciados del suero.

Por lo tanto, la homogeneidad y heterogeneidad de un sistema será establecida mediante el microscopio óptico. Con este instrumento se visualizan partículas muy pequeñas (de hasta 10-4 cm de diámetro).

Fases y componentes de un sistema material

Si observamos un sistema heterogéneo formado por sal común y arena como el del siguiente dibujo,

vemos que hay porciones que tienen las mismas propiedades: las porciones formadas por sal o aquellas formadas únicamente por arena.Y otras que tienen distintas propiedades: la sal tiene propiedades distintas a la arena.

Las porciones que tienen las mismas propiedades, por definición, son sistemas homogéneo, y se las denomina fases del sistema. En el ejemplo que estamos analizando, el sistema tiene dos fases, una formada por la sal y la otra por la arena. De esta manera, podemos decir que las fases de un sistema material son las distintas porciones homogéneas que lo forman.

Los componentes del sistema son las distintas sustancias que lo constituyen. Siguiendo con el ejemplo, el sistema tiene dos componentes: la sal y la arena.

Si tenemos un recipiente cerrado con agua en estado líquido, solido (hielo) y gaseoso (vapor de agua)

¿Cuántas fases hay en este sistema?

¿Cuántos componentes tiene?

Este sistema esta formado por tres fases: agua líquida, hielo y vapor de agua. En cambio, posee un solo componente: la sustancia agua.

Considerando el numero de fases de un sistema material, podemos decir:

Sistema homogéneo: es aquel formado por una sola fase.

Sistema heterogéneo: es aquel formado por dos o más fases.

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

Los atributos o cualidades de las sustancias, conocidos con el nombre de propiedades se pueden clasificar en dos grupos:

a.   Algunas de las propiedades de las sustancias tales como el color, sabor, el olor, la sensación al tacto, la emisión de sonidos se puede apreciar por medio de los sentidos y por eso se denominan caracteres organolépticos Estas propiedades si bien son fáciles de percibir, presentan el inconveniente de que, en muchos casos no permiten distinguir claramente dos sustancias, pues no hay diferencias apreciables entre ellas. Así, como la sal y el azúcar tienen color blanco, son inodoras y de brillo parecido, a pesar de ser sustancias distintas. Otras propiedades, tales como la densidad, la solubilidad, el punto de fusión; el índice de refracción, el calor específico, etc deben ser determinadas a través de mediciones experimentales que cuando son obtenidas en las mismas condiciones tienen valores definidos y constantes para cada sustancia y suelen denominarse propiedades experimentales. Estas propiedades, también llamadas constantes físicas, permiten diferenciar las distintas sustancias con mucha mayor certeza.

Los caracteres organolépticos y las constantes físicas reciben el nombre de PROPIEDADES INTENSIVAS O ESPECIFICAS. Estas propiedades no dependen de la masa del que se dispone, puesto que para una misma sustancia son iguales, tanto en una pequeña porción como en una cantidad mayor. Así 10g de agua pura, a 4°C, tienen una densidad de 1g/ml, igual que 100g en las mismas condiciones.

b.     En cambios hay otras propiedades, tales como el volumen el peso, la superficie, la capacidad calórica, que si dependen de la masa y a las cuales se les da el nombre PROPIEDADES EXTENSIVAS. Estas no permiten identificar una sustancia diferenciándolas de otras. Resulta obvio que por el peso, el volumen o la superficie, no se puede decir de que sustancia se trata, pues se puede tener el mismo volumen de agua que de alcohol, o igual peso de sal que de cal, o la misma superficie de hierro que de madera, a pesar de ser sustancias diferentes.

Fuente: Quimica 4, José M. Mautino

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LA SENSIBILIDAD Y LA AUTORREGULACION

El ambiente que rodea a los seres vivos se haya en continuo cambio; pero el interior de los organismos no puede variar tanto, porque los procesos químicos que ocurren dentro de las células no podrían realizarse. Para que un ser vivo pueda mantener constante sus condiciones externas, tiene que poder recibir información de los cambios del ambiente y de los que ocurran en su interior. La capacidad que poseen todos los seres vivos de captar esos cambios o estímulos se denomina sensibilidad o irritabilidad. Por ejemplo, un araña es sensible cuando detecta una mosca atrapada en su tela.

En los animales, por ejemplo, en los insectos, como la mariposa y en los anfibios, como la rana, los cambios internos o externos son captados por células nerviosas llamadas neuronas receptoras. Estas células poseen prolongaciones a modos de antenas que perciben estímulos como la luz, el sonido, la presión, los olores y los sabores. Los olores son percibidos por células quimioreceptoras (quimio: "sustancia química") ubicada en las antenas de la mariposa. Las células mecanoreceptoras (mecano: "movimiento"), conectadas con los pelos que recubren su cuerpo detectan las corrientes de aire. Los sonidos son captados por células fonoreceptoras (fono: "sonido") ubicadas en el abdomen. De todos los insectos, las mariposas tienen la mejor vista debido al gran desarrollo de sus células fotoreceptoras (foto: "luz"). Del mismo modo, la rana es sensible al rozamiento con los objetos a través de las células mecanoreceptoras de su piel. La enorme membrana timpánica transmite a las células fonoreceptoras del oido interno las vibraciones del croar del macho que la llama. Las células fotoreceptoras de sus ojos le proporciona suficiente información como para convertirla en una hábil cazadora.

La sensibilidad permite a los seres vivos la autorregulación, es decir, mantener constante sus condiciones externas frente a los cambios del exterior y tambien frente a los cambios que ocurren en su interior.

LA REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA EN LOS ANIMALES

Uno de los factores del ambiente que se modifican constantemente es la temperatura. La mayoría de los organismos se desarrollan a temparatura que varían entre 0°C y 50°C. Las temperaturas muy bajas congelan el agua interna y las muy altas las evaporan y afectan la materia orgánica de las células. ¿Cómo pueden los seres vivos soportar el frío?. Los seres vivos generan calor por medio de la respiración celular y también por la exposición a los rayos solares. Las aves y todos los mamíferos mantienen siempre la misma temperatura corporal, a pesar de las variaciones térmicas del ambiente, y lo hacen mediante mecanismos internos; por eso se dicen que son endotérmicos (endo: significa "de dentro" y térmico: "relativo a la temperatura").

Los animales pequeños como los insectos y las arañas, poseen cuerpo de poco volumen en relación con la gran superficie corporal que exponen al ambiente. Por lo tanto, ellos ganan y pierden calor corporal rápidamente, a través de su superficie. Esta característica dificulta el mantenimiento de la temperatura corporal en forma estable; por eso, durante el invierno, las larvas de los escarabajos y también la de los otros animales se protejen del frío entrando en un sueño profundo o letargo.

Entre los vertebrados los peces, los anfibios y los reptiles mantienen su temperatura corporal utilizando el calor del medio exterior. Por eso se dicen que son exotermicos (exo: significa "externo"). Para los animales exotermicos acuáticos es más fácil controlar su temperatura que para los terrestres debido a que en el agua las variaciones de temperatura son menores. Por el contrario la temperatura del ambiente aeroterrestre es muy inestable. Por ejemplo, una serpiente y una tortuga terrestre elevan y descienden su temperatura corporal tomando sol y protegiendose en su refugio respectivamente. También estos animales entran en letargo durante el invierno.

¿QUÉ SON LOS TAXISMOS Y LOS TROPISMOS?

Para cada tipo de estímulo, la mariposa y la rana elaboran una respuesta. Las respuesta de los animales frente a los estímulos se llama taxismos y se manifiestan como movimientos de locomoción de acercamiento o de alejamiento del estímulo.

Respecto de los organismos unicelulares, también se utiliza el termino taxismo para indicar las respuestas de acercamiento y de alejamiento de todas las células hacia la humedad, la luz, la concentración de sales, de oxígeno y de alimentos. Cuando la ameba por ejemplo, se acerca a su alimento se dice que tiene quimitaxismo positivo y quimitaxismo negativo si se aleja de él.

En las plantas, las reacciones frente a los diferentes estímulos como la luz, la gravedad y la humedad se llaman tropismos. Los tropismos se manifiestan como el crecimiento de una parte de la planta acercándose o alejándose del estímulo que lo originó. 

Si la planta se curva hacia el estímulo se dice que tiene tropismo positivo; si se orienta en la dirección contraria el tropismo es negativo. Si el estímulo es la luz la respuesta se denomina fototropismo (foto: "luz"); si el estímulo desencadenante es el agua, la respuesta se llama hidrotropismo y si es la gravedad que ejerce la Tierra se conoce como geotropismo.

Los seres vivos se nutren.

      La nutrición es la característica de los seres vivos que les permite captar, transformar y utilizar la materia y la energía de los materiales del ambiente. En los animales de organización más compleja, diferentes sistemas de órganos intervienen en éste proceso.

     Los materiales que los seres vivos obtienen del ambiente que los rodean son los nutrientes. Una clase de nutrientes por ejemplo,  el agua, las sales minerales y el gas oxígeno- son materias inorgánicas y proporcionan a los seres vivos los átomos y moléculas con las cuales construyen su organismo. El otro tipo de nutrientes son sustancias orgánicas: por ejemplo, los hidratos de carbono o azúcares, las grasas, las proteínas y los ácidos nucleicos. A estas sustancias orgánicas las llamamos alimentos porque además de materia para la composición del cuerpo, le brindan energía para su funcionamiento. Los azúcares o hidratos de carbono son alimentos básicos de la célula, ya que le brindan energía. Algunas azúcares de moléculas muy complejas, como por ejemplo la celulosa, forman las paredes de la célula de las plantas. De las grasas y las proteínas, la célula también obtiene energía pero, además, con esas sustancias se forman estructuras celulares, por ejemplo, las membranas celular y nuclear.

     Como resultado del proceso de la nutrición, las células de un organismo generan residuos o desechos que son eliminados al exterior.

Consumidores y productores.

        A los organismos como los animales, los hongos y algunos microorganismos, que se alimentan de otros seres o de sus restos, se los denomina consumidores o heterótrofos (hetero=diferente; trofos: alimento, heterótrofo quiere decir "que toman su alimento de otros seres distintos de ellos").

         Algunas bacterias, las algas unicelulares y pluricelulares y también las plantas solo incorporan del ambiente nutrientes inorgánicos, como el agua, las sales minerales y el gas dióxido de carbono. Pero con la energía de la luz, que es captada por un pigmento verde llamado clorofila, transforman los nutrientes inorgánicos en un hidrato de carbono complejo: la glucosa. Esta sustancia orgánica es entonces su alimento. El proceso de elaboración del alimento, mediante la acción de la luz (fotos en griego significa "luz") es la fotosíntesis. A los seres vivos que realizan la fotosíntesis se los llama productores o autótrofos (auto: "propio": trofos: "alimento"). A partir de las moléculas de glucosa y con algunos nutrientes inorgánicos, los productores fabrican todas las otras sustancias orgánicas que forman su organismo.

Nutrición heterótrofa

El hongo obtiene los nutrientes de la fruta que descompone.

El hongo obtiene los nutrientes de desechos de otros seres vivos

El conejo es la fuente de energía para el puma

Las plantas son la fuente de energía de la langosta

El pez proporciona a la garza la energía que el ave necesita.

Nutrición Autótrofa

Las plantas producen su propio alimento

Ciclo celular

     Las células eucariotas en división pasan por una secuencia regular, respectiva de crecimiento celular y división conocida como ciclo celular. Este ciclo consta de cinco fases principales: G1,  S, G2, mitosis y citosinesis. La finalización del ciclo requiere un cierto tiempo en que va de unas cuantas horas a varios días, dependiendo del tipo de células y del tipo de factores externos como temperatura y nutrientes disponibles.

     Antes de que la célula pueda iniciar la mitosis y se divida, debe duplicar su ADN, sintetizar más proteínas  asociadas al ADN en los cromosomas, producir mayor numero de orgánulos para las dos células hijas, y montar las estructuras necesarias para llegar a un buen término la mitosis y la citosinesis. Los procesos preparatorios se producen durante la fase G1, S, G2 que colectivamente se denominan interfases.

     El proceso clave de la duplicación del ADN se produce en la fase S (etapa de síntesis) del ciclo celular, momento en que muchas proteínas asociadas al ADN se sintetizan también, la fase G ("gap", separación) preceden y siguen a la fase S. 

     En la fase G1, que precede la etapa S, hay un periodo de intensa actividad bioquímica. Las células duplican su tamaño, y sus enzimas, ribosomas, mitocondrias  y otras moléculas y estructuras citoplasmáticas aumentan también de numero. La célula debe sintetizar algunas estructuras completamente de nuevo, desde el principio. Esta incluye: microtúbulos, filamentos de actina y ribosomas que están compuestos al menos en partes, por subunidades de proteínas. Las estructuras membranosas como los complejos de Golgi, lisosomas, vacuolas y vesículas, se derivan todas, aparentemente, del retículo endoplasmatico, que se renueva y agranda por la síntesis de lipidos y proteínas.

     En la célula que tiene centriolo (es decir, la mayoría de las células eucarioticas, excepto las plantas con flores), los dos centriolos empiezan a separarse y duplicarse. Las mitocondrias y cloroplastos, que solo se forman a partir de otra mitocondria y cloroplasto preexistente, también se duplican. Cada mitocondria y cloroplasto tiene su propio cromosoma que esta organizado de forma muy parecida al cromosoma circular de la célula bacteriana. Durante la fase G2 que sucede a la fase S precede a la mitosis, aparece los mismos preparativos para la división celular. Los cromosomas ya duplicados que están dispersos por el núcleo en forma de filamentos de cromatina, empiezan a enrollarse y a combinarse en estructura más compacta.

La duplicación del centriolo se termina, con los dos pares de cetriolos maduros dispuestos cerca del envoltorio nuclear algo separados entre si. Durante este periodo, la célula empiezan el montaje de estructura necesaria durante la mitosis para repartir un numero exacto de cromosomas a cada célula hija y durante la citosinesis para la separación de las dos células hijas.

La división celular en los eucariotas

     El problema de la división del material hereditario es las células eucariotas es mucho más complejo. Una célula eucariota típica contiene unas 1000 veces más ADN que una célula procariota, y este ADN es lineal, formando un determinado número de cromosomas. Por ejemplo, la especie humana contiene 46 cromosomas en cada célula del cuerpo, siendo cada cromosoma diferente a los otros. Cuando esta célula se divide, cada célula hija debe recibir una copia completa, y sólo una, de cada uno de los 46 cromosomas. 

     La resolución de este problema es ingeniosa y compleja. En la mitosis, es una serie de etapas sucesivas, cada célula hija recibe un juego completo de cromosomas de su progenitor.      La mitosis va seguida normalmente por la citosinesis, proceso por el cual la célula se divide en dos nuevas células. Cada célula hija no solo contiene los núcleos con el numero cromosómico completo sino que, contiene también aproximadamente la mitad del citosol y orgánulos de la célula progenitora.

      Aunque la mitosis y la citosinesis son las partes  culminante de la reproducción celular, solo representan dos etapas de un proceso mas prolongado.