Pdf Helena Curtis

Sección 1. La unidad de la vida

Nuestro Universo comenzó, según teorías actuales, con una gran explosión o "Big Bang" que llenó

todo el espacio. Cada partícula de materia formada se alejó violentamente de toda otra partícula. A

la temperatura en el momento de la explosión, toda la materia estaba en forma de partículas

elementales subatómicas que colisionaban y se aniquilaban unas a otras, formando partículas nuevas

y liberando más energía.

A medida que el Universo se expandía y se enfriaba, gradualmente se formaron los primeros

átomos. Es a partir de estos átomos que se plasmaron y evolucionaron los sistemas vivos.

Iniciaremos el estudio de los seres vivos analizando la estructura de los átomos y las moléculas que

forman al combinarse, en el capítulo 1.

El agua es el componente principal en peso de todos los seres vivos. En el capítulo 2,

profundizaremos sobre el agua y sus propiedades que surgen de su estructura molecular y son

responsables de su papel central en los sistemas vivos.

En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas, que analizaremos

en el capítulo 3.

En algún momento de la historia de este planeta apareció la vida. Las propiedades que caracterizan

al fenómeno que conocemos como vida emergen en el nivel de organización celular, mundo al que

nos nos introduciremos en el capítulo 4.

En el capítulo 5 transitaremos por la unidad y la diversidad de las células. Existe una sorprendente

diversidad de tipos celulares que, sin embargo, llevan a cabo casi exactamente los mismos procesos.

En todos los sistemas vivos la regulación del intercambio de sustancias con el mundo inanimado

ocurre a través de las membranas celulares a nivel de las células individuales. En el capítulo 6

analizaremos los mecanismos por lo cuales entran y salen sustancias de las células.

Esta explosión en el cielo, una supernova en términos de los astrónomos, fue causada por la muerte de una estrella.

Hace aproximadamente 170 mil años, esta estrella, que por entonces tenía 10 millones de años,

agotó su combustible. Durante su vida, las reacciones termonucleares, tales como las que ahora

tienen lugar en nuestro Sol, habían convertido el hidrógeno en helio y el helio en carbono y oxígeno,

que a su vez se fusionaron en elementos aun más pesados. La estrella, que alguna vez tuvo un

tamaño veinte veces mayor que el Sol, se enfrió, y por la fuerza de la gravedad sufrió una implosión.

De esta forma, todos los átomos que constituyen a nuestro planeta y a sus habitantes tuvieron sus

comienzos en la muerte de las estrellas. Esta supernova, la primera que se registró en 383 años, fue

vista inicialmente el 24 de febrero de 1987 por astrónomos de un observatorio de Chile.

Capítulo 1. Átomos y moléculas

La materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por

combinaciones de elementos. En la Tierra, existen unos 92 elementos. Muchos son muy conocidos,

como el carbono, que se encuentra en forma pura en el diamante y en el grafito; el oxígeno,

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abundante en el aire que respiramos; el calcio, que utilizan muchos organismos para construir

conchas, cáscaras de huevo, huesos y dientes, y el hierro, que es el metal responsable del color rojo

de nuestra sangre. La partícula más pequeña de un elemento es el átomo. Los átomos, a su vez, están

constituidos por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones.

En la actualidad, los físicos explican la estructura del átomo por medio del modelo orbital. Los

átomos son las piezas fundamentales de toda la materia viva y no viva. Aun así, son muy pequeños y

constituyen un espacio eminentemente vacío. Los electrones se mueven alrededor del núcleo a una

gran velocidad -una fracción de la velocidad de la luz- siendo la distancia entre el electrón y el

núcleo, en promedio, unas 1.000 veces el diámetro del núcleo.

En un átomo, existe una íntima relación entre los electrones y la energía. En un modelo

simplificado, la distancia de un electrón al núcleo está determinada por la cantidad de energía

potencial -o "energía de posición"- que posee el electrón. Así, los electrones tienen diferentes

cantidades de energía de acuerdo a su ubicación con respecto al núcleo y, a su vez, su número y

distribución determina el comportamiento químico de un átomo.

Las partículas formadas por dos o más átomos se conocen como moléculas que se mantienen juntas

por medio de enlaces químicos. Dos tipos comunes son los enlaces iónicos y los enlaces covalentes.

Las reacciones químicas involucran el intercambio de electrones entre los átomos y pueden

representarse con ecuaciones químicas. Tres tipos generales de reacciones químicas son:

a. la combinación de dos o más sustancias para formar una sustancia diferente,

b. la disociación de una sustancia en dos o más, y

c. el intercambio de átomos entre dos o más sustancias.

Las sustancias formadas por átomos de dos o más elementos diferentes, en proporciones definidas y

constantes, se conocen como compuestos químicos.

Los seres vivos están constituidos por los mismos componentes químicos y físicos que las cosas sin

vida, y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Seis elementos (C, H, N, O, P y S)

constituyen el 99% de toda la materia viva. Los átomos de estos elementos son pequeños y forman

enlaces covalentes estables y fuertes. Con excepción del hidrógeno, todos pueden formar enlaces

covalentes con dos o más átomos, dando lugar a las moléculas complejas que caracterizan a los

sistemas vivos.

En los seres vivos la materia se ordena en los llamados niveles de organización biológica. Cada

nivel, desde el subatómico hasta el de la biosfera, tiene propiedades particulares -o emergentes- que

surgen de la interacción entre sus componentes.

Los átomos

El núcleo de un átomo contiene protones cargados positivamente y -a excepción del hidrógeno,

(1H)- neutrones, que no tienen carga. El número atómico es igual al número de protones en el

núcleo de un átomo. El peso atómico de un átomo es, aproximadamente, la suma del número de

protones y neutrones existentes en su núcleo. Las propiedades químicas de un átomo están

determinadas por sus electrones (partículas pequeñas, cargadas negativamente), que se encuentran

fuera del núcleo. El número de electrones en un átomo es igual al número de protones y determina el

número atómico.

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Todos los átomos de un elemento determinado tienen el mismo número de protones en su núcleo. En

algunas ocasiones, sin embargo, diferentes átomos del mismo elemento contienen diferentes

números de neutrones. Estos átomos que, por lo tanto, difieren entre sí en sus pesos atómicos, pero

no en sus números atómicos, se conocen como isótopos del elemento.

Los núcleos de los diferentes

isótopos de un mismo elemento

contienen el mismo número de

protones, pero diferente número

de neutrones. Así, los isótopos

de un elemento tienen el mismo

número atómico, pero difieren en

sus pesos atómicos.

La mayoría de los elementos

tienen varias formas isotópicas.

Las diferencias en peso, aunque

son muy pequeñas, son lo

suficientemente grandes como

para ser detectadas por los

aparatos modernos de

laboratorio. Además, si bien no

todos, muchos de los isótopos menos comunes son radiactivos. Esto significa que el núcleo del

átomo es inestable y emite energía cuando cambia a una forma más estable. La energía liberada por

el núcleo de un isótopo radiactivo puede estar en forma de partículas subatómicas que se mueven

rápidamente, de radiación electromagnética o en ambas formas. Pueden detectarse con un contador

Geiger o con una película fotográfica

Electrones y energía

Los electrones más próximos al núcleo

tienen menos energía que los más alejados y,

de esta manera, se encuentran en un nivel

energético más bajo. Un electrón tiende a

ocupar el nivel energético más bajo

disponible, pero con el ingreso de energía

puede ser lanzado a un nivel energético más

alto. Cuando el electrón regresa a un nivel

de energía más bajo, se libera energía.

En un modelo simplificado, la distancia de

un electrón al núcleo está determinada por la

cantidad de energía potencial (llamada

frecuentemente "energía de posición") que

posee el electrón.

Variación en la energía potencial de un objeto según su altura.

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La siguiente analogía puede ser útil. Una roca que descansa en un terreno plano no gana ni pierde

energía potencial. La energía usada para empujar la roca hasta la cima de una colina se transforma

en energía potencial, almacenada en la roca cuando reposa en la cima de la colina. Esta energía

potencial se convierte en energía cinética (o energía de movimiento) cuando la roca rueda cuesta

abajo. Parte

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