Biomolècules: Sals minerals

A part de l'aigua, com a principis immediats tenim les sals minerals. Aquestes són compostos inorgànics constituents dels éssers vius que no poden ser produïdes ni degradades per ells. El seu origen és el sòl ja que constitueixen els minerals, formant part de les roques, o es troben dissoltes en aigua en forma d'ions que les plantes, a través de les arrels, incorporen a la cadena alimentaria.
Normalment les sals minerals es poden trobar a la natura en tres formes diferents:

• Precipitades en estructures sòlides: Constitueixen estructures insolubles en aigua i amb funció esquelètica, proporcionant sosteniment i/o protecció de les parts toves. Per exemple el carbonat càlcic es present en closques i conquilles de mol·luscs, el fosfat càlcic als ossos i col·lagen, la sílice als exosquelets de les diatomees, etc.

• Com a sals dissoltes dins dels components líquids de l'organisme. Quan una sal es dissol es dissocia en els seus anions i cations. Aquests poden interferir en el grau de salinitat de l'organisme o en el grau d'acidesa del mateix, afavorint o interferint en les reaccions químiques pròpies de l'ésser viu.

• Formant part de biomolècules, com per exemple els fosfolípids o les fosfoproteïnes.

Alguns dels processos en els que intervenen són:

• Transmissió de l'impuls nerviós, com el potassi o el sodi que generen potencial elèctric a les neurones.
• Contracció muscular: el catió calci (Ca2+) controla les contraccions de les fibres musculars.
• Síntesis de molècules orgàniques com la clorofil·la, l'hemoglobina o la hemocianina.

Quan es tracta de funcions, si revisem on trobem les diferents sals minerals en els éssers vius podem deduir la majoria:

• Funció estructural en closques, exosquelets i esquelets interns.
• Funció reguladora de la salinitat o efecte osmosi. És el pas del dissolvent a través d'una membrana semipermeable situada entre dos compartiments de concentració salina diferent de manera que el dissolvent passa de la dissolució menys saturada cap a la dissolució més saturada amb la finalitat d'igualar les concentracions. El medi més concentrat s'anomenaria hipertònic i el menys concentrat hipotònic.
• Funció amortidora o reguladora de l'acidesa. Alguns ions de les sals minerals poden reaccionar amb els ions o cations de l'aigua de manera que mantenen constant el grau d'acidesa dins l'organisme. Aquesta funció anomenada funció tampó, es vital per a realitzar la majoria de reaccions químiques.
• Necessàries per a algunes activitats enzimàtiques en les que sense la presència d'uns ions determinats no serien possibles.
• Afavoreixen la solubilitat de substàncies insolubles i per tant el seu transport mitjançant l'aigua, com es el cas de les immunoglobulines.

El mapa i perfil topogràfic

Un mapa topogràfic és la representació, en pla, del relleu d'una zona concreta.

Però, com es fa? A partir de centenars de mesures de les alçades del terreny es dibuixen les anomenades corbes de nivell. Aquestes indiquen quines zones del mapa estan a la mateixa altura respecte el nivell del mar, de manera que si una corba te una cota de 100m, vol dir que per on passa aquella corba està tot a 100m d'alçada.

Aquesta representació sorgeix de la idea de tallar el relleu per una sèrie de plans paral·lels a alçades equidistants, és a dir, mantenint sempre la mateixa distància, tal i com podem veure en el dibuix de sobre.

Com dos corbes de nivell representen dos alçades diferents, aquestes mai es poden creuar, ja que això voldria dir que en un punt del relleu tenim dos alçades diferents.
D'altra banda les corbes ens poden donar molta informació de com és el relleu sense haver de realitzar un alçat.
Com podem veure en la imatge de la dreta, si les corbes estan molt separades entre sí, voldrà dir que el relleu és molt planer. Així mateix, si estan molt juntes, vol dir que el relleu és molt escarpat.


Però en un mapa topogràfic no sols trobem corbes de nivell. Sense una llegenda, l'escala i la situació del nord, aquest mapa no tindria cap sentit ni significació.

• Escala: Indica a quant equival 1cm del mapa respecte de la realitat. Per exemple, si tenim una escala de 1:25000 voldrà dir que 1cm del mapa equival a 25000cm a la realitat.

• Llegenda: Descriu què significa cada símbol representat en el mapa. Aquí és on veurem com es representaran rius, carreteres, camins, pics, zones mineres, cases, etc.

• Nord: Tots els mapes estan orientats al nord i normalment s'indica amb una fletxa. En el cas que no aparegui la orientació, es pressuposarà que està en la part alta del mapa.

Un cop sabem que és un mapa topogràfic, cal explicar què és i com es fa un perfil topogràfic.


Un perfil topogràfic es la representació en dos dimensions dels canvis d'alçada que fa un recorregut determinat d'un mapa. És a dir, es tracta de posar altura a un camí en línia recta entre dos punts tallant les corbes transversalment.










I cóm es fa?
Bé, el primer hem de marcar una línia recta en el mapa que vagi del punt A al punt B.

Un cop tenim la línia marcada, posem un paper sobre la línia que ens servirà per copiar les dades, tal i com podem veure en el dibuix.

Sobre aquest paper auxiliar, marcarem per on les corbes de nivell tallen la línia dibuixada, procurant marcar també a quina alçada es troba cada corba.

Un cop les tinguem totes marcades, posarem el paper en la línia horitzontal d'uns eixos que prèviament haurem dibuixat en un paper mil·limetrat.
Ara, haurem de copiar tant la posició de les corbes com l'alçada de cadascuna en l'eix horitzontal del nostre gràfic. D'aquesta manera podrem relacionar l'alçada amb la posició.

Ara només ens queda graduar l'alçada del nostre gràfic en l'eix vertical i relacionar cada alçada amb la seva corba corresponent.

Per últim, haurem d'unir els punts situats en el gràfic per tal d'obtenir el perfil de la zona estudiada.

Com veieu realitzar un perfil topogràfic és molt fàcil i mecànic.

Qui s'anima a intentar-ho?

Biomolècules inorgàniques: Aigua

L'aigua és el compost fonamental de la vida ja que aquesta es desenvolupa en aquest medi. Si fem una ullada a la quantitat d'aigua present en els éssers vius, podem arribar a la conclusió que com més activitat fisiològica presenti aquest ésser més quantitat d'aigua contindrà. Així les algues presenten més del 90% d'aigua en la seva estructura mentre que les llavors i espores en presenten menys d'un 10%.
A partir d'això podem esmentar tres arguments que recolzen la seva importància per a la vida:

• És el medi primitiu en la qual es va originar i desenvolupar la vida.
• És el component més abundant de la matèria viva.
• Constitueix l'espai vital intern de tots els éssers vius, ja siguin terrestres o aquàtics.

A nivell estructural, l'aigua està formada per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen. Tal i com vam comentar en el post anterior, forma dos enllaços covalents que li confereixen gran estabilitat una qualitat única: la dipolaritat. Aquest dipol permanent, fa que les molècules d'aigua s'atreguin entre sí formant els anomenats ponts d'hidrogen o enllaç d'hidrogen. Aquesta és la causa de que tot i ser una molècula amb un pes específic molt baix, l'aigua presenti un estat líquid a temperatura ambient a diferència d'altres molècules amb les mateixes característiques.


D'altra banda, quan la temperatura baixa dels 0ºC i l'aigua es solidifica, les molècules s'ordenen formant hexàgons, que són estructures més grans i presenten més espais entre els àtoms. Aquest fet explica perquè el gel és menys dens i flota sobre l'aigua líquida, un altre característica primordial i que va afavorir el desenvolupament de la vida en el nostre planeta.
A part de les propietats anteriors, la característica estructura molecular de l'aigua també li confereix certes propietats fonamentals:

• Elevada força de cohesió: La integritat estructural de l'aigua deguda als enllaços de pont d'hidrogen en el seu estat líquid, fa que sigui un líquid gairebé incompressible i per tant, perfecte per a donar volum a les cèl·lules i provocar turgència a les plantes. Així mateix, aquest fenomen, també explica la seva elevada tensió superficial. Això fa que la seva superfície oposi una gran resistència a trencar-se i per tant hi hagi certs organismes que viuen associats a aquesta pel·lícula superficial. La capil·laritat es una altre propietat associada a la força de cohesió. Aquesta propietat permet que l'aigua pugui ascendir per conductes estrets, tan sols per la seva capacitat d'adherir-se a les parets.

• Elevada calor específica: La calor específica és la quantitat de calor que es necessita per augmentar un grau centígrad la temperatura d'un cos. El fet que l'aigua líquida estigui formada mitjançant enllaços d'hidrogen, fa que es necessiti molta energia per tal de trencar-los i agitar les molècules (aquesta vibració és la que determina la calor que posseeix la substància). Això la converteix en un fantàstic estabilitzador tèrmic que protegeix l'organisme davant dels canvis bruscos de temperatura.

• Elevada calor de vaporització: El calor de vaporització és la quantitat de calor que s'ha de donar a una substància per tal que s'evapori, és a dir, es doni a terme el canvi d'estat de líquid a gas. En el cas de l'aigua, per tal de fer aquest pas, cal que es trenquin tots els enllaços d'hidrogen, per tant es necessària una gran quantitat d'energia. Això fa que sigui un bon refrigerant mitjançant la transpiració.

• Elevada densitat de l'estat líquid respecte del seu estat sòlid: Tal com hem comentat abans, l'estructura de l'aigua en estat sòlid implica més espais entre els àtoms i per tant quan les molècules d'aigua s'ordenen aquestes ocupen més espai que en estat líquid. Això fa que el gel pesi menys que l'aigua líquida i per tant floti formant una capa termoaïllant que permet la vida a sota. Si el gel fos més dens que l'aigua líquida, aquest s'enfonsaria i acabaria per congelar-se tota l'aigua.

• Elevada constant dielèctrica: El fet d'estar constituïda per molècules dipolars fa que sigui un gran dissolvent de compostos iònics i dels compostos covalents polars. Les molècules d'aigua envolten les molècules polars fins al punt de separar-les en anions i cations. Aquest procés s'anomena solvatació iònica. Aquesta capacitat de dissolució i la seva abundància en el medi natural fa que sigui el medi idoni per al desenvolupament de les reaccions químiques i també com a vehicle de transport de substàncies. Segons la solubilitat en aigua les substàncies es classifiquen en: 
• Hidròfiles: Substàncies polars o iòniques que en aigua es dissolen amb facilitat però en substàncies apolars o dissolvents orgànics no.
• Hidròfobes: Substàncies apolars, insolubles en aigua però solubles en dissolvents orgànics.
• Amfipàtiques: Una part de la molècula es polar i per tant soluble en aigua, mentre que l'altre part és apolar i no soluble en aigua. Això fa que la molècula en entrar en contacte amb l'aigua es disposi en capes o micel·les de manera que la part polar queda envoltada d'aigua i la part apolar queda aïllada de la mateixa. Si aquesta substància entrés en contacte amb dissolvents orgànics, la micel·la es situaria al revés, la part apolar en contacte amb l'hidrocarbur i la part polar aïllada. Aquesta propietat es fonamental en l'estructura de la membrana plasmàtica de les cèl·lules.

 

• Baix grau d'ionització: La ionització és la capacitat que té una molècula per transformar-se en ions. Sols 1 molècula de cada 10.000 es troba ionitzada i això fa que el seu pH sigui de 7. En aquest sentit, la seva capacitat d'ionitzar-se s'utilitza com a referent per a determinar si una substància és àcida, és a dir pH menor de 7 o bàsica, pH major de 7. Així mateix, té la capacitat d'actuar com una base molt dèbil o com un àcid molt dèbil, per tant pot arribar a influir en les reaccions químiques que es donin en el seu medi.

A partir d'aquestes característiques podem determinar una sèrie de funcions de l'aigua en els éssers vius:

• Funció dissolvent i de transport de substàncies.
• Funció bioquímica, ja que l'aigua intervé en nombroses reaccions químiques, com per exemple la hidròlisi (ruptura d'enllaços amb la intervenció de l'aigua).
• Funció estructural: L'aigua dóna volum i turgència a les cèl·lules.
• Funció mecànica amortidora: en els vertebrats, entre les articulacions, hi ha bosses de líquid sinovial que evita el fregament entre els ossos.
• Funció termoreguladora: Deguda a la seva elevada calor específica, molt important en el cas dels animals homeoterms (aquells que poden mantenir la seva temperatura estable).

Biomolècules

En el post anterior vam estar parlant dels bioelements que existeixen en el nostre planeta i quines són les seves funcions principals dins de la matèria viva. Però que passa quan aquests interaccionen entre sí? es formen les biomolècules o Principis immediats.
Aquestes estructures es poden classificar segons sigui la seva complexitat:
Biomolècules simples: fa referència a totes aquells molècules petites i senzilles que són presents a la matèria viva i que estan formades per àtoms del mateix tipus. Com a exemple tenim l'oxigen molecular (O2) o el nitrogen molecular (N2).
Biomolècules compostes: Es refereix a quan s'han format molècules amb més d'un tipus d'àtom i presenten més complexitat. Aquí diferenciem entre les anomenades biomolècules inorgàniques i les biomolècules orgàniques.

• Inorgàniques: Són aquelles que es poden trobar tant a la matèria viva com a la matèria inerta. Com a exemples tenim l'aigua (H2O), el diòxid de carboni (CO2) i les sals minerals com la sal comuna (NaCl) o el carbonat càlcic (CaCO3).

• Orgàniques: Són les molècules exclusives de la matèria viva. Estan formades per polímers de carboni i hidrogen. És en aquest grup on trobem els glúcids, el lípids, les proteïnes i els àcids nucleids.

Bioelements

Si analitzem els elements químics dels que està constituïda la matèria viva ens adonarem que prop del 97% del total és un grup de sis elements: oxigen (O), carboni (C), hidrogen (H), nitrogen (N), fòsfor (P) i sofre (S). El 3,8% restant són elements secundaris però indispensables que formen part dels prop de setanta elements més estables de la terra. A tots els elements químics que constitueixen la matèria orgànica els anomenem bioelements.
Però perquè es basa en aquests elements i no en altres?

• Les reaccions químiques que es donen dins les cèl·lules i que impliquen una gran diversitat d'estructures moleculars grans i complexes són viables i estables en un medi aquós, per tant l'hidrogen i l'oxigen són indispensables.
• Aquests elements (C, N, O, H, P i S) formen enllaços covalents que proporcionen gran estabilitat a les molècules.
• També poden formar enllaços dobles i triples que donen gran variabilitat a les estructures moleculars.

Algunes de les funcions generals que poden exercir els bioelements en els éssers vius són:

• Estructural: S'encarreguen d'elaborar les estructures cel·lulars.
• Catalítica: Faciliten les reaccions químiques.
• Osmòtica: regulen la distribució de l'aigua entre els compartiments cel·lulars.
• Elèctrica: Generen el potencial elèctric necessari per a facilitar els impulsos nerviosos.

Els bioelements es poden classificar segons la seva abundància en la matèria viva en bioelements primaris, bioelements secundaris i oligoelements.

Bioelements primaris:
Els bioelements primaris són el carboni (C), el nitrogen (N), l'oxigen (O), l'hidrogen (H), el fosfor (P) i el sofre (S). Aquests són els components fonamentals de la matèria viva, ja que les biomolècules (Lípids, glúcids, proteïnes i àcids nucleids) estan formats per aquestes elements.
Algunes de les seves propietats són:

• Massa atòmica relativament baixa, això ajuda a que els enllaços covalents siguin molt estables.
• Característiques de l'àtom de carboni: 
• Té quatre electrons en la perifèria, aspecte que li permet formar enllaç amb l'hidrogen de manera que constitueix una estructura apolar, és a dir, insoluble en l'aigua. Es capaç de construir cadenes llargues d'hidrocarburs. Així mateix també pot formar enllaços dobles o triples i enllaçar-se amb altres elements que li confereixen altres propietats, com la dipolaritat.

• L'àtom d'hidrogen: La seva presència es indispensable doncs forma part de la molècula d'aigua.
• L'àtom d'oxigen: Gràcies a que aquest element és molt electronegatiu, quan s'enllaça amb estructures apolars formades per hidrogen i carboni incorpora pols elèctrics a la molècula i per tant pot aportar solubilitat a la molècula.
• L'àtom de nitrogen: Es troba formant els grups amino (-NH2) dels aminoàcids i les bases nitrogenades dels àcids nucleics.
• L'àtom de sofre: forma el radical sulfhidril (-SH) indispensable en moltes proteïnes ja que manté la seva estructura.
• L'àtom de fòsfor: Es troba constituint el grup fosfat (PO4)3- component principal del cicle de l'ATP i per tant de necessari per a emmagatzemar i alliberar energia d'ús immediat.

Bioelements secundaris:
La seva abundància es inferior al 1% i la seva funció es regular els processos fisiològics. Són presents en tots els éssers vius principalment en forma d'ió. Són els:

• Sodi (Na+) i el potassi (K+). Són fonamentals en la transmissió de l'impuls nerviós.
• Magnesi (Mg 2+) es fonamental en molts enzims i indispensable en la clorofil·la.
• Calci (Ca) es present en totes les estructures òssies i en les les closques dels mol·luscos. Així mateix també es present en forma d'ió (Ca 2+), indispensable en moltes reaccions.
• Clor (Cl): intervé en el manteniment del grau de salinitat dins de les cèl·lules i en l'equilibri de les càrregues elèctriques.

Oligoelements:
L'abundància dels oligoelements es inferior al 0,1% en la matèria viva i inclou gran quantitat d'elements diferents. Alguns, com són el ferro, el coure, el zinc, el manganès i el cobalt són presents en tots els éssers vius. La resta, fins a setanta elements, tenen una presència variable en funció dels grups taxonòmics. Tot i així són imprescindibles en gran quantitat de processos fisiològics.
Les funcions d'alguns oligoelements importants són:

• Ferro (Fe): intervé en el transport de l'oxigen formant part de l'hemoglobina, es necessari per a que els neutròfils matin els bacteris amb la fagotització i es imprescindible en la fosforilació.
• Coure (Cu): es requereix per a la formació de l'hemocianina, el pigment respiratori de molts invertebrats aquàtics. També intervé en la transformació dels ions del ferro, per tant la seva carència pot produir anèmia.
• Seleni (Se): destrueix els peròxids i per tant en redueix la seva toxicitat.
• Zinc (Zn): s'associa a la formació de la insulina. Així mateix es present en l'ARN i ADN polimerasa. La seva carència produeix mala cicatrització en les ferides, disminució en la percepció dels sabors, i en els nens deficiències en el desenvolupament sexual.
• Crom (Cr): La seva carència origina una disminució de l'efectivitat de la insulina.
• Fluor (F): es present en l'esmalt de les dents.
• Bor (B): present en la formació dels ossos.
• Iode (I): indispensable per a la formació de l'hormona Tiroxina, responsable del metabolisme energètic.
• Manganès (Mn): actua com a factor de creixement.
• Liti (Li): intervé en la secreció de neurotransmissors.
• Silici (Si): dóna rigidesa a les tiges de les gramínies.

Enllaços químics d'importància biològica

Un enllaç químic és la unió entre un o més àtoms per tal de formar una substància nova amb propietats diferenciades.
Es coneixen tres tipus d'enllaços diferents, però tan sols dos d'ells tenen una importància biològica remarcable: l'enllaç iònic i l'enllaç covalent. Així mateix, entre les molècules, ha d'existir algun tipus d'enllaç que permeti la formació d'estructures més complexes com són les forces de Van der Walls i l'enllaç de pont d'hidrogen.
Abans de començar a descriure en què consisteixen cadascun d'aquests enllaços val la pena esmentar alguns aspectes sobre la configuració electrònica bàsica que permetin comprendre perquè els àtoms actuen d'aquesta manera.
Com ja sabeu els àtoms posseeixen electrons, que tenen càrrega negativa, protons que tenen càrrega positiva i neutrons que no tenen càrrega. Normalment els àtoms tenen sempre la mateixa quantitat de protons que d'electrons, això fa que tinguin una càrrega elèctrica neutra. Però es pot donar el cas que un àtom perdi o guanyi electrons. Mai perdrà o guanyarà protons mantenint el número d'electrons estable. Les forces que mantenen el nucli unit són molt més intenses que les que mantenen els electrons orbitant al seu voltant.
Així doncs, suposem que tenim un àtom d'hidrogen:

Té un protó al nucli i un electró orbitant. Si per algun motiu perdés aquest electró, es quedaria el protó sol i per tant ens trobaríem amb un àtom amb càrrega positiva, és a dir, un catió.
Aquest electró pot anar a parar a un element que necessiti aquest protó per a completar la seva última capa. Com a exemple tenim el fluor que té 7 electrons en la última capa. Hem de pensar que els àtoms tendeixen sempre a omplir aquesta última capa amb 8 electrons. És en aquesta situació quan els àtoms són més estables.
Si l'electró de l'hidrogen anés a parar a un àtom de fluor, aquest tindria més electrons que protons per tant quedaria amb càrrega negativa, és a dir, un anió.

Aquests dos ions que resulten: el catió hidrogen i l'anió fluor com tenen càrregues contraries s'atrauran, és a dir, formaran un enllaç degut a la diferencia de càrregues. Aquest és l'enllaç iònic.

• Enllaç iònic: és l'enllaç que resulta de l'atracció de ions de càrregues contraries degut a que un àtom ha cedit un electró a l'altre àtom.

Aquest enllaç només es possible si un dels dos àtoms té un o dos electrons a l'última capa i l'altre àtom en necessita un o dos electrons per completar l'orbital. Aquestes molècules tindrien carregues elèctriques localitzades a l'espai, cosa que afavoreix que la molècula sigui dipolar, és a dir, tenir dos pols elèctrics. Aquest fet dóna certes propietats a la matèria com es la solubilitat en aigua, una propietat molt interessant des del punt de vista de la matèria orgànica.

L'altre enllaç de gran interès biològic és l'anomenat enllaç covalent.
Hem comentat que per a formar un enllaç iònic cal un àtom tingui disponibles electrons per cedir i l'altre espai a l'orbital per acollir aquests electrons, però que passa quan l'àtom no es vol desempallegar d'electrons?
És el cas d'elements que tot i no tenir complerta la última capa, hi ha encara prou electrons com per a que l'àtom no els pugui, o vulgui deixar-los anar. És el cas del Carboni o l'Oxigen. En aquestes situacions en lloc de cedir electrons aquests es comparteixen:

D'aquesta manera tots dos àtoms tindrien complerta la última capa i per tant serien molt més estables.

Aquestes molècules no presentarien carregues elèctriques diferenciades i per tant no serien solubles en aigua, és el que anomenem substàncies apolars.

Perquè diem que una molècula dipolar es soluble en aigua i una molècula apolar no ho és? Això té a veure amb l'estructura molecular de l'aigua:

Si observem la molècula, veiem que s'han format dos enllaços covalents amb l'oxigen però que l'atracció de l'oxigen respecte els electrons és tan forta que aquests tendeixen a estar més aprop de l'oxigen que no pas dels hidrògens. Això fa que la molècula d'aigua tendeixi a acumular càrregues negatives en una banda i càrregues positives en un altre. Com la molècula es dipolar, la part negativa atraurà la part positiva d'una altre molècula i part positiva atraurà la part negativa d'una altre molècula. Així doncs, quan una molècula dipolar entra en contacte amb aigua, aquesta tendeix a barrejar-se a nivell molecular amb el dipol i per tant en canvia les seves propietats. És a dir, es dissol. I la solubilitat és una propietat molt i molt important en la química de la vida.
A més de tot això, es important comentar que l'enllaç covalent permet una gran variabilitat de molècules i una gran estabilitat en molècules grans i complexes pròpies dels éssers vius.

Bé, per finalitzar el post, val a dir que les molècules ja siguin formades per enllaç iònic o enllaç covalent, s'han d'unir entre sí per formar una matèria tangible. Són els anomenats enllaços intermoleculars:
Enllaç de pont d'hidrogen: Aquest enllaç està relacionat de forma directa amb la polaritat de la molècula de l'aigua. Com l'aigua té càrregues positives i negatives si aquesta molècula s'apropa a un altre molècula d'aigua, aquestes dues es situaran de forma que les càrregues positives i negatives de les dos molècules s'atreguin entre sí. Així doncs, les molècules d'aigua s'atreuen dèbilment però suficient per dotar d'integritat a la matèria aigua.

Forces de Van der Walls: Aquest enllaç es forma entre molècules apolars, és a dir, sense pols elèctrics. La idea és que en una massa de molècules apolars es poden formar de forma espontània dipols instantanis. Aquests dipols s'atrauran entre sí i mantindrà la integritat de la matèria. Si la molècula es molt gran, la quantitat de dipols serà superior per tant l'enllaç serà encara més fort. Per tant com més gran sigui la molècula més fort es l'enllaç de Van der Walls.

Bé, amb això finalitzem el post dedicat als enllaços. Ara ja estem en disposició de profunditzar en les biomolècules.

Les característiques del éssers vius

En el post anterior vam estar parlant sobre el marc d'estudi de la biologia i vam elaborar una primera definició de vida, però quines són les característiques dels éssers vius?
Observem la definició que vam fer:
"Un ésser viu és una estructura química complexa que es relaciona amb el seu entorn intercanviant matèria i energia per tal de modificar la seva estructura interna i reproduir-se"
D'una banda tenim el fet que ha de tractar-se d'una estructura complexa. A nivell químic, els éssers vius han d'estar constituïts per múltiples molècules ja que aquests interactuen amb l'exterior mitjançant reaccions químiques diferents i a la vegada regulen el seu funcionament químic intern. Aquesta característica està íntimament lligada amb la funció de nutrició pròpia dels éssers vius. Nodrir-se vol dir ser capaç d'intercanviar matèria i energia amb l'exterior per tal d'utilitzar-la en benefici propi.
La següent característica de la que parlem en la definició és que un ésser viu ha de ser capaç de relacionar-se amb l'exterior, és a dir, captar estímuls i emetre respostes adequades.
El últim aspecte del que es parla en la definició es la reproducció. Un ésser viu aprofita part de la matèria i energia que intercanvia amb l'exterior per tal d'originar nous individus iguals o molt semblants als seus progenitors.
Amb això ja hem comentat quatre de les característiques dels éssers vius. Les tres funcions vitals que ja coneixíem i el fet de ser una estructura complexa. Però encara faltarien més aspectes a tenir en compte.
Segons la definició actual d'ésser viu, aquest ha de ser un ésser cel·lular, és a dir, han d'estar constituïts per una cèl·lula, éssers unicel·lulars, o més cèl·lules, éssers pluricel·lulars. Per això es considera que el nivell cel·lular és el primer nivell biòtic.
Bé, ja tenim cinc característiques dels éssers vius:

• Éssers complexos
• Éssers cel·lulars
• Es nodreixen
• Es relacionen 
• Es reprodueixen.

En relació a aquestes cinc característiques ja podem definir tres conceptes propis de tots els éssers vius:
Un ésser viu posseeix metabolisme: El metabolisme és el conjunt de reaccions químiques que es donen a l'interior d'un ésser viu i que li permeten obtenir energia i construir les seves pròpies estructures moleculars a partir de la matèria que aconsegueix de l'exterior.
Així mateix, ha de posseir informació biològica que codifica la seva estructura i que ha de ser possible transmetre-la als seus descendents. A aquesta informació li anomenem gen.
Per últim un ésser viu ha de poder mantenir el seu medi intern relativament estable, és a dir, independentment de les variacions que es donin en l'exterior, l'ésser viu ha de poder continuar amb les seves funcions vitals. És el que anomenem homeòstasi.

Biologia: nivells d'organització de la matèria

La biologia es la ciència que estudia els éssers vius. La paraula prové del grec "bios" vol dir vida mentre que "logos" vol dir estudi.
Quan parlem de vida hem de tenir en compte que no sols parlem d'éssers pluricel·lulars com les plantes i els animals. Quan parlem de vida estem parlant de "tota aquella estructura química complexa que es relaciona amb el seu entorn intercanviant matèria i energia per tal de modificar la seva estructura interna i reproduir-se". És a dir, un ésser viu es una estructura química capaç d'executar les tres funcions vitals: relació, nutrició i reproducció.
Si fem una mirada als nivells d'organització de la matèria, des de l'estructura més simple que coneixem, ens adonem que en teoria, la biologia tindria un marc d'estudi relativament limitat:

• Partícules elementals: Són aquelles partícules de les que no es coneixen components i que la unió de les mateixes dóna lloc a les partícules subatòmiques. Alguns exemples són: quarks, leptons, neutrins i bosons.(L'estudi d'aquestes partícules correspon al camp de la física quàntica)
• Nivell subatòmic: Està constituït per les partícules subatòmiques que són aquelles partícules que componen l'àtom i que estan formades per les partícules elementals. Són els neutrons, els protons i els electrons.
• Nivell atòmic: Està format pels àtoms que són una estructura formada per la unió de les partícules subatòmiques en una proporció concreta per tal de donar lloc als anomenats elements químics. Recordem que els elements químics són aquelles substàncies que no es poden descompondre en altres més senzilles ja que deixarien de ser aquella substància. A la Terra s'han trobat un centenar d'àtoms amb diferents característiques i propietats, i per tant un centenar d'elements químics diferents.
• Nivell molecular: Les propietats electròniques de les partícules subatòmiques confereixen als àtoms una sèrie de propietats que els hi permeten establir unions entre ells per tal de formar diferents estructures més o menys complexes anomenades molècules. La força que manté units els àtoms entre sí s'anomena enllaç químic del qual hi ha diferents tipus (iònic, metàl·lic, covalent, forces de van der walls, ...) Depenent de quins siguin els elements que constitueixen aquests enllaços i quina sigui la seva complexitat trobem dos tipus de molècules:
•  Orgàniques: Tota  la matèria orgànica ja siguin éssers vius o no, està constituïda per molècules de tipus orgànic. A la Terra aquestes molècules es basen principalment en estructures complexes i grans formades per la unió d'àtoms de Carboni i Hidrogen amb altres elements. Com a exemple tenim la Glucosa (C6H12O6).
• Inorgàniques: La major part de les molècules que trobem al nostre planeta són d'aquest tipus. Solen ser estructures senzilles que poden incloure de dos a quatre àtoms diferents. alguns exemples són l'aigua (H2O) o la sal comuna (NaCl). Algunes d'aquestes molècules interactuen amb la matèria vida i per tant són també anomenades biomolècules inorgàniques.

• Nivell de macromolècules i complexos supramoleculars: Les molècules orgàniques relativament senzilles, anomenades monòmers, poden unir-se entre sí per tal de formar molècules més complexes, generalment allargades i en forma de cadena anomenades polímers o macromolècules. Per exemple el midó és el polímer resultant de la unió de moltes molècules de glucosa. D'altra banda els complexos supramoleculars són el resultat de la unió de diverses macromolècules.

• Nivell d'orgànuls cel·lulars: Quan diverses macromolècules i complexos supramoleculars s'uneixen entre sí poden arribar a formar estructures anomenats orgànuls cel·lulars. Aquestes estructures són capaces d'executar diverses funcions dins de la cèl·lula que li permeten realitzar les funcions vitals.

• Nivell cèl·lular: Les cèl·lules són les unitats funcionals i estructurals dels éssers vius. A nivell funcional es tracta de la unitat autònoma més petita dels éssers vius, és a dir, capaç d'executar les tres funcions vitals: reproduir-se, nodrir-se i relacionar-se i per tant es considera que és el primer nivell biòtic ja que existeixen éssers vius unicel·lulars. A nivell estructural està formada principalment per una membrana, un citoplasma i un material genètic. Existeixen principalment dos tipus:
• Cèl·lula procariota: Són aquelles que tenen el material genètic escampat per el citoplasma cel·lular. Són les cèl·lules més primitives.
• Cèl·lula eucariota: Són aquelles que tenen el material genètic tancat dintre d'una estructura cel·lular anomenada nucli i diferenciat per una membrana.

• Nivell de teixit: Les agrupacions de cèl·lules del mateix tipus que executen una funció comuna dintre de l'ésser viu pluricel·lular s'anomena Teixit. Exemple el teixit ossi, el teixit nerviós o el teixit muscular.
• Nivell d'òrgan: La unió de diversos teixits per tal de formar una estructura complexa, pròpia dels éssers vius superiors i amb una funció concreta anomenada acte són els òrgans. Exemple: el cor, un múscul o un ull.
• Nivell de sistema: El conjunt d'òrgans semblants formats, generalment, per el mateix tipus de teixit però que poden executar actes diferents s'anomenen sistemes. Exemple: Sistema nerviós o sistema muscular.
• Nivell d'aparell: Reben el nom d'aparell el conjunt d'organs i teixits diferents amb funcions diferents que actuen de forma coordinada per executar una funció concreta.
• Nivell d'organisme pluricel·lular: Són els éssers vius formats per moltes cèl·lules i constituïts per teixits, òrgans i aparells. Solen posseir propietats biològiques complexes que poden implicar, instint, sentits i intel·ligència.
• Nivell de població: S'anomena població al conjunt d'éssers vius de la mateixa especie que viuen en un àrea determinada i en un període concret.
• Nivell de comunitat: Una comunitat es un conjunt de poblacions de diferents tipus que coexisteixen en el mateix medi i interaccionen entre ells.
• Nivell d'ecosistema: Consisteix en la interacció entre diverses comunitats d'individus amb els factors abiòtics del medi.
• Nivell de biosfera: Estudia la relació entre tots els éssers vius que viuen en la superfície de la terra.

Bé, des del punt de vista de la biologia, en teoria només hauria de ser objecte d'estudi des del primer nivell biòtic, és a dir, des del nivell cel·lular, però això limitaria molt el camp d'estudi doncs no tindria en compte les interaccions de matèria i energia amb el medi. Així doncs, sempre que es parla de molècules orgàniques o biomolècules es parla de biologia.
D'altra banda, com la biologia no es immutable en el temps també cal tenir en compte aquest factor.

Per tant, la biologia s'encarrega d'estudiar l'origen i evolució de la vida, a més de la seva estructura química i la seva interacció amb el medi.