UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

2015BIOLOGIA GENERAL

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

INTRODUCCION

El protoplasma es el material viviente en la clula, es decir todo el interior de la clula (tambin el ncleo y el citoplasma). Est formado por los elementos y sustancias qumicas que se encuentran en la naturaleza.Para que la clula funcione eficientemente debe mantenerse en el mismo ambiente estable conocido como homestasis. Para mantener este equilibrio existen mecanismos para el transporte selectivo de materiales hacia el interior o exterior de la clula. Las membranas de la clula son selectivamente permeables, permitiendo el paso de algunas sustancias o partculas (molculas, tomos, o iones) e impidiendo el paso de otras. Esta selectividad se debe a la capa doble de fosfolipidos de la membrana. La manera en que las molculas pasan por la membrana depende en parte de la polaridad de las mismas. Las molculas hidrofobicas , o no polares , pasan con relativa libertad a travs de la capa de lpidos mientras que las molculas hidrofilicas , o polares incluyendo el agua y las molculas de mayor tamao pasan a travs de canales formados por protenas transportadoras. La regulacin del transporte de las molculas o la direccin en que se mueven depende de su gradiente concentracin (diferencia en concentracin entre dos lugares).El objetivo por lo general es demostrar experimentalmente el comportamiento de la membrana celular de una clula vegetal ante una solucin hipertnica y tambin dar a conocer la difusin y la osmosis que son importantes para la clula.

Organizacin fsicaEl protoplasma

El protoplasma es un trmino introducido por jan evangelista para referirse a la sustancia viva de la clula. Se subdivide en dos partes: el citoplasma y el cario plasma, el citoplasma se encuentra desde la membrana celular hasta el ncleo y es el lugar donde ocurre el metabolismo celular, y el carioplasma , el lquido intranuclear , es el sitio donde ocurre el metabolismo de los cidos nucledos.CTOPLASMASustancia gelatinosa (semi liquido viscoso) se encuentra en entre el ncleo y la membrana plasmtica.Componentes H2O. sales , protenas , lpidos, azucares, molculas orgnicas ( bio o macro molculas).cidos nucledos (ADN-ARN)ESTRUCTURACitosol: Porcin liquida del citoplasmaAgua: Componente principal En el agua estn disueltos los minerales, molculas orgnicas.Entre el liquido y el slido (plasma, jalea, clara de huevo, vidrio , citosol)El nucleoplasma o carioplasma es el medio interno semilquido del ncleo celular, en el que se encuentran sumergidas las fibras de ADN cromatina y fibras de ARN conocidas como nuclolos.

SISTEMAS DISPERSOS Selesconsideranaaquellassustanciasqueestn mezcladas, es decir, dos o ms sustancias que estn unidas fsicamente pero que tambin se puedan separar por medio de mtodos qumicos y que al mezclarse no pierdan ningunode sus componentes ambas sustancias. Muchos de estos se encuentran en el entorno en donde nos desarrollamos entre ellos estn, el aire, agua de los mares y los lagos, la leche y lo que se deriva de ella: comoloeselqueso,lamantequilla,etc.,losproductosdelimpieza, medicinas, los lquidos que se encuentran en nuestro cuerpo, y los muebles fabricados con latn.

CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS DISPERSOS:

Las mezclas estn compuestas por una sustancia, que es el medio, en el que seencuentranunaomssustanciasenmenorproporcin.Sellamafase dispersante al medio y fase dispersa a las sustancias que estn enl.a) De acuerdo al tamao de las partculas de la fase dispersa, las mezclas pueden ser homogneas o heterogneas.

Mezclas homogneas:

Son aquellas cuyos componentes no son identificables asimple vista, es decir,seapreciaunasolafasefsica.Ejemplo:Elaguapotableesunamezclahomogneadeagua(fasedispersante) y varias sales minerales (fase dispersa). Sin embargo, no vemos las sales queestn disueltas; slo observamos la fase lquida. Entre las mezclas homogneas se distingue una de gran inters: la solucin o disolucin qumica.

Mezclas heterogneas:

Sonaquellascuyoscomponentessepuedendistinguirasimplevista, aprecindose ms de una fase fsica.Ejemplo: Agua con piedra, agua con aceite.Caractersticadelamezcla:2fases(difsico)2componentes(aguayaceite) Sistema binario (existen 2componentes)

b) Las mezclas heterogneas se pueden agrupar en: emulsiones, suspensionesycoloides.

Emulsiones:Conformada por 2 fases lquidas inmiscibles. El dimetro de las partculasdelafasedispersaesaproximadamente0.005mm.Ejemplo:aguayaceite,leche,mayonesa.

Suspensiones:Conformadaporunafaseslidainsolubleenlafasedispersantelquida,porlocualtieneunaspectoopaco.Laspartculasdispersassonrelativamentegrandes.Ejemplo:Arcilla,tintachina(negrodehumoyagua),pinturasalagua, cemento.

Coloides o soles:Es un sistema heterogneo en donde el sistema disperso puedeser observadoatravsdeunultramicroscopio,eltamaodelaspartculas del sistema disperso est entre 10 y 1000 A

La fase dispersa esta constituido por partculas llamadas MICELAS , las cuales se hallan en continuo movimiento , siguiendo trayectorias de zig-zag , a este fenmeno se le denomina movimiento Browniano. Una propiedad ptica de los coloides consiste en la difraccin de los rayos de luz que pasan a travs de una disolucin coloidal (efecto Tyndall). Esto no ocurre si el rayo de luz atraviesa una solucin verdadera. c) Segn el grado de divisin de las partculas dispersas los sistemas se pueden clasificar Dispersiones macroscpicas o groseras: Son sistemas heterogneos en el que se observan las partculas a simple vista. Por ejemplo: el granito (formado por cuarzo mica y feldespato) .arena con agua , etc. Dispersiones finas: Son sistemas heterogneos visibles al microscopio y pueden tomar los nombres de emulsin o dispersin segn el caso (ver ese tpico). Dispersiones o sistemas coloidales: En estas dispersiones las fases son observadas nicamente con el microscopio electrnico y son las que marcan en la realidad si un sistema es homogneo o heterogneo.Por ejemplo: la gelatina Soluciones verdaderas: en estos sistemas las partculas dispersas son molculas o iones. Son verdaderos sistemas homogneos y sus partculas no son visibles aun con el microscopio electrnico. Por ejemplo: azcar disuelta en agua, una solucin de sal y agua. Se estudiarn en la prxima unidad.

Desde el punto de vista estructural Sistemas incoherente Sistemas coherentesLos sistemas incoherentes estn formados por dos fases bien definidas, una de ellas la fase dispersante, externa o continua, y la otra la fase dispersa, interna o discontinua. Esta ltima fase puede encontrarse en forma de partculas slidas como en las dispersiones coloidales y suspensiones o en forma de gotitas en el caso de las emulsiones.Los sistemas coherentes estn formados por dos fases entremezcladas y estabilizadas por mecanismos fsico-qumicos como sucede en los geles. Las partculas dispersadas se contactan entre s formando una estructura tridimensional en las que ambas fases se nter penetran proporcionando al sistema propiedades fsico-qumicas y geolgicas especificas.

De acuerdo al estado fsico de la materia

Pueden existir sistemas dispersos de:

Lquido en gas: aerosoles lquidos, nebulizaciones, niebla.Slido en gas: aerosoles slidos, humos.Gas en lquidos: espuma.Lquido en lquido: emulsiones.Slido en lquidos: dispersiones coloidales, suspensiones.Gas en slido: espumas slidasSlido en slido: oro coloidal.Cristales lquidos: estado intermedio entre slido cristalino y lquido.

Estos sistemas dispersos tienen un importante inters galnico, porque pueden constituir por si mismos formas farmacuticas, o bien emplearse como componentes de las mismas. Las dispersiones coloidales se utilizan como agentes reolgicos para aumentar la estabilidad de suspensiones y emulsiones.

Dependiendo del tamao de las partculas, los sistemas dispersos se clasifican en:

Soluciones (las partculas disueltas soluto- tienen tamao molecular o inico, lo cual hace prcticamente imposible observarlas a simple vista)Coloides (las partculas dispersas son de mayor tamao que las de soluto en una solucin y menores que en las suspensiones)Suspensiones (son dispersiones en las cuales el tamao de sus partculas es mayor de 100 nm (1 nm = 10-9 m) razn por la cual se sedimentan en reposo)Caractersticas de las Soluciones: El soluto disuelto tiene tamao molecular o inico. Cuando son lquidas son transparentes y no dispersan la luz. El soluto permanece distribuido uniformemente en la solucin y no se sedimenta con el tiempo. Los medios fsicos por los cuales se pueden separar sus componentes son generalmente destilacin y evaporacin. Las soluciones se clasifican dependiendo del estado fsico de las sustancias que las van a formar. La solucin tiene el estado fsico del solvente. Las soluciones ms comunes son acuosas.

Ejemplos de Soluciones:

SolutoSolventeSolucinEjemplo

GasGasGasAire (O2 en N2 )

GasLiquidoLiquidoRefrescos (CO2 en agua)

LiquidoLiquidoLiquidoVino ( etanol en agua)

LiquidoSlidoSlidoEmpastes dentales (mercurio liquido en plata slida)

SlidoLiquidoLiquidoSalmuera (NaCl en agua)

SlidoSlidoSlidoAcero ( carbono en hierro)

La solubilidad es una medida de la cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de solvente en condiciones especficas.DISOLUCIONES

Las disoluciones presentan las siguientes caractersticas:

Es una mezcla homognea. Las sustancias dispersas se encuentran en estado de divisin molecular o inica. No posee una composicin cuantitativa definida. Sus componentes slo pueden separase mediante cambios de estado de agregacin.

Las disoluciones se pueden clasificar teniendo en cuenta el estado fsico en slidas, lquidas y gaseosas. En Qumica Analtica las disoluciones lquidas son las ms comunes.

Una disolucin est compuesta por el soluto y el disolvente. El soluto es el componente que cambia el estado fsico al formarse la disolucin y el disolvente el que lo mantiene. Ejemplo: en una disolucin de NaCl en agua, el soluto es el NaCl y el disolvente es el agua. Si todas las sustancias que forman la disolucin mantienen su estado fsico original, el soluto ser entonces el componente que est en menor proporcin.

PROPIEDADES DE LOS COLOIDESEl medio interno celular tiene carcter coloidal, y presenta las siguientes propiedades:

* Efecto Tyndall.Las dispersiones coloidales son transparentes y claras, aunque presentan cierta turbidez cuando se iluminan de forma transversal. Este fenmeno es debido a a la dispersin de la luz provocada por partculas coloidales de gran tamao.

* Movimiento browniano.Las partculas coloidales presentan un movimiento arbitrario y desordenado provocado por las molculas de la fase dispersante, cuyo estado fsico implica un continuo movimiento de sus componentes moleculares.

* Sedimentacin.Las partculas coloidales se mantienen en suspensin, pero es posible su sedimentacin (floculacin) cuando se someten a un fuerte campo gravitatorio.

* Elevada viscosidad.Las dispersiones coloidales son muy viscosas porque contienen molculas de gran tamao; su viscosidad se incrementa a medida que aumenta la masa molecular o el nmero de partculas coloidales.

* Elevada adsorcin.La adsorcin es la capacidad de atraccin que ejerce la superficie de un slido sobre las molculas de un lquido o un gas. El poder adsorbente de las partculas coloidales facilita la verificacin de reacciones qumicas.

* Dilisis. Es el proceso de separacin de las molculas que integran una dispersin coloidal en funcin de su tamao a travs de una membrana semipermeable. Esta membrana permite el paso de molculas de pequeo tamao (sales minerales, iones) y de agua, e impide el de las macromolculas o partculas coloidales. La membrana celular acta como una membrana de dilisis que permite el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular, e impide la salida de las macromolculas que quedan en el interior.Los coloides se caracterizan por presentar las siguientes propiedades:a) Sus partculas se encuentran en constante movimiento, al que denomina browniano, en honor al cientfico que lo observo por primera vez.b) Todas las partculas poseen carga elctrica pero del mismo signo, y por eso su rechazo y movimiento.c) La fase dispersante puede disminuir y entonces el coloide toma un aspecto ms o menos solido o de GEL, o tambin puede aumentar tomando el coloide un aspecto ms o menos liquido o de SOL. El protoplasma puede pasar de Gel a sol o de Sol a Gel.

Debido a estas propiedades de las partculas, las sustancias que forman la fase dispersa o sea los hidratos de carbono, lpidos y protenas, no precipitan y forman una solucin coloidal estable.

PROPIEDADES FISICAS EN FUNCION DE LA MEMBRANALas membranas biolgicas, tanto de clulas eucariticas como de las procariticas poseen una serie de propiedades fsicas notables: 1. Son estructuras laminares, de 6 a 10 nm de espesor, muy extensas: se pueden considerar bidimensionales. Singer y Nicolson (1972): Las membranas estn constituidas por una bicapa lipdica de 6 a 10 nm de espesor, compuesta por: fosfolpidos, glucolpidos y esteroles, que acta como una barrera de permeabilidad, en la cual se insertan a intervalos irregulares protenas globulares que se mantienen unidas a la bicapa por interacciones hidrofbicas entre los lpidos y los dominios hidrofbicos de las protenas.2. Estn compuestas por slo dos capas de molculas: bicapa (hoja citoslica, hoja externa)La distribucin de los lpidos de las dos monocapas de la bicapa lipdica en muchas membranas es diferente. Como se haba descrito anteriormente, la distribucin de los diferentes fosfolpidos en la bicapa van a determinar la asimetra de la membrana. De igual manera, cada tipo de protenas integrales y perifricas de membrana tienen una orientacin nica y especfica con respecto a las caras exoplasmticas y citoslicas de la membrana celular, es decir, la presencia de glucolpidos exclusivamente en la hoja exoplasmtica tambin contribuye a la asimetra de la membrana. 3. Son flexibles: permiten cambios de forma, crecimiento y movimiento celulares. 4. Separan la clula del medio extracelular (membrana plasmtica), forman compartimentos cerrados, diferencian espacios.5. Son autosellantes: permiten la fusin entre membranas (endocitosis, exocitosis, divisin celular) La endocitosis es el movimiento de materiales hacia adentro de la clula, por la va de vesculas de membrana. La exocitosis es el movimiento de materiales para afuera de la clula, por la va de vesculas membranosas.Estos procesos permiten arreglos en la membrana para fluir de compartimiento en compartimiento, y requiere pensar a la clula como algo dinmico y no como una estructura esttica.6. Son selectivamente permeables a los solutos polares: retienen ciertos compuestos o iones dentro de las clulas y excluyen otrosLa permeabilidad de las membranas es la facilidad de las molculas para atravesarla. Esto depende principalmente de la carga elctrica y, en menor medida, de la masa molar de la molcula. Pequeas molculas y molculas con carga elctrica neutra pasan la membrana ms fcilmente que elementos cargados elctricamente y molculas grandes. La membrana es selectiva, lo que significa que permite la entrada de unas molculas y restringe la de otras. La permeabilidad depende de los siguientes factores: Solubilidad en los lpidos: Las sustancias que se disuelven en los lpidos (molculas hidrfobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que est compuesta en su mayor parte por fosfolpidos. Tamao: La mayor parte de las molculas de gran tamao no pasan a travs de la membrana. Slo un pequeo nmero de molculas no polares de pequeo tamao pueden atravesar la capa de fosfolpidos. Carga: Las molculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a travs de la membrana. Algunas sustancias cargadas pueden pasar los canales proteicos o con la ayuda de una protena transportadora. 7. No son barreras pasivas: promueven y catalizan procesos celulares como transporte especfico de solutos, rutas metablicas, transduccin de seales exteriores a la clula, etc. 8. La mayora de las membranas estn polarizadas elctricamente (potencial transmembrana) 9. Son estructuras fluidas: modelo de mosaico fluidoElmodeloms aceptado actualmente es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del MOSAICO FLUIDO.La membrana plasmtica no es una estructuraesttica, sus componentes pueden moverse, lo que le proporciona una cierta fluidez. La fluidez es una de las caractersticas ms importantes de las membranas.Depende de factores como: 1.-Latemperatura; la fluidez aumenta al aumentar la temperatura. 2. La naturaleza de los lpidos; la presencia de lpidos INSATURADOS y de cadena corta favorecen el aumento de la fluidez; la presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad, proporcionndole estabilidad.Con losdatosofrecidos por la microscopaelectrnicay losanlisisbioqumicos se ha elaborado este modelo de membrana.Caractersticas del modelo de MOSAICO FLUIDO:1.-La membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipdica es la base o soporte y las protenas estn incorporados o asociados a ella, interactuando unas con otras y con los lpidos. Tanto las protenas como los lpidos pueden desplazarse lateralmente.2.-Los lpidos y las protenasintegralesse hallan dispuestos en mosaico.3.-Las membranas sonestructurasasimtricas en cuanto a ladistribucinde sus componentes, fundamentalmente de los glcidos, que slo se encuentran en la cara externa.

TENSION SUPERFICIALEnfsicase denominatensin superficialde un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunosinsectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a lacapilaridad. Como efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un lquido en la zona de contacto con un slido.Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial.CAUSALa tensin superficial se debe a que lasfuerzasque afectan a cadamolculason diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan. Esto permite que la molcula tenga unaenergabastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del lquido se tiene ungas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia dedensidadesentre el lquido y gas.Otra manera de verlo es que una molcula en contacto con su vecina est en un estado menor de energa que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las molculas interiores tienen todas las molculas vecinas que podran tener, pero las partculas del contorno tienen menos partculas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado ms alto de energa. Para el lquido, el disminuir su estado energtico es minimizar el nmero de partculas en su superficie.Energticamente, las molculas situadas en la superficie tiene una mayor energa promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema ser disminuir la energa total, y ello se logra disminuyendo el nmero de molculas situadas en la superficie, de ah la reduccin de rea hasta el mnimo posible.Como resultado de minimizar la superficie, esta asumir la forma ms suave que pueda ya que est probado matemticamente que las superficies minimizan el rea por laecuacin de Euler-Lagrange. De esta forma el lquido intentar reducir cualquier curvatura en su superficie para disminuir su estado de energa de la misma forma que una pelota cae al suelo para disminuir su potencial gravitacional.PROPIEDADESLa tensin superficial suele representarse mediante la letra griega(gamma), o mediante(sigma). Sus unidades son deNm1,Jm2,kgs2odyncm1.Algunas propiedades de:

> 0, ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace falta llevar ms molculas a la superficie, con lo cual disminuye la energa del sistema yeso la cantidad de trabajo necesario para llevar una molcula a la superficie depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser un lquido y un slido. As, la tensin superficial ser igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cual podr mojar o no (vasecapilaridad) debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las adhesivas (lquido-superficie). se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en Nm1). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifsico confinado por un pistn mvil, en particular dos lquidos con distinta tensin superficial, como podra ser elaguay elhexano. En este caso el lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistn desde el hexano hacia el agua. El valor dedepende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del lquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser su tensin superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres lquidos:hexano,aguaymercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipofuerzas de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrgeno, de mayor intensidad, y el mercurio est sometido alenlace metlico, la ms intensa de las tres. As, lade cada lquido crece del hexano al mercurio. Para un lquido dado, el valor dedisminuye con latemperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor detiende a cero conforme la temperatura se aproxima a latemperatura crticaTcdel compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor, formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos, desapareciendo las dos fases. Al haber solamente una fase, la tensin superficial vale 0.

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