INTRODUCCIÓN A LA BIOFÍSICA, GENERALIDADES, FENÓMENOS BIOFISICOS MOLECULARES
INTRODUCCIÓN A LA BIOFÍSICA
La Biofísica es una sub-disciplina de la Biología que estudia los principios físicos subyacentes a todos los procesos de los sistemas vivientes. La biofísica es una ciencia reduccionista porque establece que todos los fenómenos observados en la naturaleza tienen una explicación científica predecible.
Si nosotros no podemos explicar algunos fenómenos en la actualidad no se debe a que estos no tengan una explicación científica, sino que nosotros aún no tenemos los implementos necesarios para estudiar las causas subyacentes a esos fenómenos aún inexplicables.
La vida es una función de estado que depende de procesos estocásticos a nivel microscópico (principios microfísicos) y determinísticos a nivel macroscópico (principios macrofísicos).
RAMAS DE LA BIOFÍSICA
Las ramas de la biofísica son las siguientes:
BIOMECÁNICA
Estudia la mecánica del movimiento en los seres vivientes; por ejemplo, la locomoción, el vuelo, la natación, el equilibrio anatómico, la mecánica de los fluidos corporales, la fabricación de prótesis móviles, etc.
BIOELECTRICIDAD
Estudia los procesos electromagnéticos y electroquímicos que ocurren en los organismos vivientes así como también los efectos de los procesos electromagnéticos abióticos sobre los seres vivientes; por ejemplo, la transmisión de los impulsos neuroeléctricos, el intercambio iónico a través de las biomembranas, la generación biológica de electricidad (anguilas, rayas, etc.), la aplicación de la electrónica en biomedicina, etc.
BIOENERGÉTICA
Termodinámica biológica: Se dedica al estudio de las transformaciones de la energía que ocurren en los sistemas vivientes; por ejemplo, la captura de energía por los biosistemas, la transferencia de energía desde y hacia el entorno del biosistema, el almacenamiento de energía en la célula, etc.
BIOACÚSTICA
Investiga y aplica la transmisión, captación y emisión de ondas sonoras por los biosistemas.
BIOFOTÓNICA
Estudia las interacciones de los biosistemas con los fotones; por ejemplo, la visión, la fotosíntesis, etc.
RADIOBIOLOGÍA
Estudia los efectos biológicos de la radiación ionizante y la no ionizante y sus aplicaciones en las técnicas biológicas de campo y de laboratorio.
LA FORMACIÓN DEL UNIVERSO Y EL ORIGEN DE LA VIDA
ORIGEN DEL UNIVERSO.
El Universo se originó hace 13700 mil millones de años en una gran explosión del espacio. Toda la energía existente en el Universo estaba concentrada en un punto más pequeño que un átomo es decir los Quark que se combinan conjuntamente para formar las partículas subatómicas. Después de la explosión, el espacio se expande y se enfría permitiendo la formación de átomos, estrellas, galaxias, y planetas a partir de partículas elementales. Los científicos intentan explicar el origen del Universo con diversas teorías, apoyadas en observaciones y unos cálculos matemáticos coherentes. Las más aceptadas son la del Big Bang y la teoría Inflacionaria, que se complementan entre sí.
TEORÍA DEL BIG BANG
La teoría del Big Bang consiste en que el universo con una temperatura muy elevada, en un momento dado explotó comenzando a expandirse, una gran cantidad de energía y materia separando todo, hasta ahora. Antes que se forme la materia y los átomos existían partículas pequeñas en el cual se confinaron y formaron los electrones, neutrinos, fotones (luz) y algunos pocos neutrones y protones. El universo es como una sopa densa de partículas elementales que se van creando en pares partícula-antipartícula. Por ejemplo un par electrón-positrón se puede formar a partir de un fotón que tenga la energía suficiente. La temperatura era muy alta y por esta razón no existía la materia como la conocemos hoy. El universo después del Big Bang, comenzó a enfriarse y a expandirse, este enfriamiento produjo que tanta energía comenzará a estabilizarse. Los protones y los neutrones se "crearon" y se estabilizaron cuando el universo tenía una temperatura de 100.000 millones de grados, aproximadamente una centésima de segundo después del inicio Lo primero en aparecer fue el núcleo del deuterio, casi catorce segundos después, cuando la temperatura de 3.000 millones de grados permitía a los neutrones y protones permanecer juntos. Para cuando estos núcleos podían ser estables, el universo necesitó de algo más de tres minutos, cuando esa bola incandescente se había enfriado a unos 1.000 millones de grados. Esta teoría sobre el origen del Universo se basa en observaciones rigurosas y es matemáticamente correcta desde un instante después de la explosión, pero no tiene una explicación para el momento cero del origen del Universo, llamado "singularidad".
TEORÍA INFLACIONARIA
La teoría inflacionaria, o teoría de la inflación cósmica, continúa con el modelo de la expansión cósmica propuesto por la teoría del Big Bang y, en este caso, su objetivo es dar una solución al problema del horizonte. El problema del horizonte es como se conoce en astronomía el problema planteado por la distribución homogénea de materia en el espacio cósmico. Según los modelos teóricos, todo parece indicar que esta realidad es un hecho poco probable pero que, de facto, así es. La teoría inflacionaria, que en realidad son un conjunto de teorías relacionadas entre sí, aportan la solución a este problema, demostrando que es una posibilidad perfectamente real.
TEORÍA DEL ESTADO ESTACIONARIO
Una de las teorías del universo más llamativas que podemos encontrar es la teoría del estado estacionario. Esta teoría sostiene que el universo es una entidad perfecta y que, a pesar de estar en expansión, esta perfección (entendida como una proporción de densidad constante) no varía gracias a la creación constante de materia (aproximadamente un protón por cada kilómetro cúbico que el universo crece). De este modo, la visión del cosmos por parte de un observador externo sería estacionaria o constante, ya que el universo siempre tendría el mismo valor desde una relación de densidad y espacio-tiempo.
TEORÍA DEL UNIVERSO OSCILANTE
La teoría del universo oscilante propone un universo cambiante en procesos cíclicos. Estos procesos cíclicos estarían compuestos por un Big Bang, seguido de una expansión que terminaría finalmente en un Big Crunch, que daría a su vez un nuevo Big Bang y el universo comenzaría de nuevo. Se trata de una teoría que, actualmente, la mayor parte de los astrónomos han descartado, aunque todavía continúa siendo una teoría bastante discutida.
El origen de la vida en la Tierra se produjo a través de un largo proceso, hace más de 2700 millones de años. La teoría más extendida sugiere que se formó en el medio marino, a partir de una «sopa prebiótica» de compuestos orgánicos que pudieron formarse en dichas condiciones, evolucionando y consiguiendo con el paso del tiempo un mayor grado de auto organización. También existen teorías creacionistas, que parten de la hipótesis de la existencia de alguna potencia inteligente capaz de generar la vida, y otras teorías que involucran algún tipo de origen extraterrestre.
TEORÍA DEL CREACIONISMO
El creacionismo es un sistema de creencias que postula que el universo, la tierra y la vida en la tierra fueron deliberadamente creados por un ser inteligente. Es decir fueron creados por Dios en un acto de creación único.
TEORÍA DE LA GENERACIÓN ESPONTANEA
También conocida como autogénesis sostenía que podía surgir vida compleja, animal y vegetal, de forma espontánea a partir de la materia inerte. La generación espontánea antiguamente era una creencia profundamente arraigada descrita ya por Aristóteles. La observación superficial indicaba que surgían gusanos del fango, moscas de la carne podrida, organismos de los lugares húmedos, etc. Así, la idea de que la vida se estaba originando continuamente a partir de esos restos de materia orgánica. En 1952, Miller refuto esta teoría e hizo circular agua, amoníaco, metano e hidrógeno a través de una descarga eléctrica y obtuvo Glicina y Alamina, dos aminoácidos simples. Años después, Abelsohn, hizo la misma experiencia, pero empleando moléculas que contenían átomos de carbono, oxígeno y nitrógeno, y, en su experimento, Weyschaff, aplicó rayos ultravioletas. Ambos obtuvieron los aminoácidos que forman las estructuras de las proteínas. El francés Pasteur fue quien acabó con la teoría de la generación espontánea. Ideó un recipiente con cuello de cisne, es decir, doblado en forma de S. Puso en el receptáculo pan y agua; hizo hervir el agua, y esperó. El líquido permaneció estéril. Los seres vivos se crearon de la materia inerte. Francisco Redi: las larvas de la carne provienen de los huevos de las mosca. Lázaro Spallanzani: los microorganismos se transportaban a través del air. Louis Pasteur: en el aire hay artos microorganismos que hacen la descomposición.
El coacervado es un glóbulo formado de una membrana que tiene en su interior sustancias químicas; a medida que aumenta su complejidad, el coacervado se separa del agua formando una unidad independiente, que sin embargo interactúa con su entorno. Oparín fue el propulsor de esta teoría, en un principio las sustancias proteicas se hallaban disueltas en una solución más tarde comenzaron a agruparse entre sí formando moléculas, que se separaron de la solución a manera de pequeñas gotas que flotaban en el agua (los coacervados). Los coacervados absorbían de la solución acuosa circundante diferentes sustancias orgánicas, aumentando su tamaño y peso, su estructura interna se desarrolló más rápido en unas, se fue modificando y perfeccionando en el transcurso de los años, (las de estructura más sencilla morían) organizándose así los seres vivos más sencillos. Se supone que tuvo que haber intervenido un proceso de selección natural en donde uno de ellos debió poseer.
TEORÍA PANSPERMIA.
La vida se ha generado en el espacio exterior y viaja de unos planetas a otros, y de unos sistemas solares a otros. El filósofo griego Anaxágoras (siglo VI a.C.) fue el primero que propuso un origen cósmico para la vida, pero fue a partir del siglo XIX cuando esta hipótesis cobró auge, debido a los análisis realizados a los meteoritos, que demostraban la existencia de materia orgánica, como hidrocarburos, ácidos grasos, aminoácidos y ácidos nucleicos. La panspermia puede ser de 2 tipos:
- PANSPERMIA INTERESTELAR: Es el intercambio de formas de vida que se produce entre sistemas planetarios.
- PANSPERMIA INTERPLANETARIA: Es el intercambio de formas de vida que se produce entre planetas pertenecientes al mismo sistema planetario.
- PANSPERMIA INTERPLANETARIA: Es el intercambio de formas de vida que se produce entre planetas pertenecientes al mismo sistema planetario.
En conclusión la vida se originó fuera de nuestro planeta.
TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN.
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Las evidencias del proceso evolutivo son el conjunto de pruebas que los científicos han reunido para demostrar que la evolución es un proceso característico de la materia viva y que todos los organismos que viven en la Tierra descienden de un ancestro común. Las especies actuales son un estado en el proceso evolutivo, y su riqueza relativa es el producto de una larga serie de eventos de especiación y de extinción.
La existencia de un ancestro común puede deducirse a partir de características simples de los organismos. Primero, existe evidencia proveniente de la biogeografía. El estudio de las áreas de distribución de las especies muestra que cuanto más alejadas o aisladas están dos áreas geográficas más diferentes son las especies que las ocupan, aunque ambas áreas tengan condiciones ecológicas similares (como el ártico y la Antártida, o la región mediterránea y California). Segundo, la diversidad de la vida sobre la Tierra no se resuelve en un conjunto de organismos completamente únicos, sino que los mismos comparten una gran cantidad de similitudes morfológicas.
La existencia de un ancestro común puede deducirse a partir de características simples de los organismos. Primero, existe evidencia proveniente de la biogeografía. El estudio de las áreas de distribución de las especies muestra que cuanto más alejadas o aisladas están dos áreas geográficas más diferentes son las especies que las ocupan, aunque ambas áreas tengan condiciones ecológicas similares (como el ártico y la Antártida, o la región mediterránea y California). Segundo, la diversidad de la vida sobre la Tierra no se resuelve en un conjunto de organismos completamente únicos, sino que los mismos comparten una gran cantidad de similitudes morfológicas.
Teoría de la selección natural.
Constituye la gran aportación de Charles Darwin (e, independientemente, por Alfred Russel Wallace), fue posteriormente reformulada en la actual teoría de la evolución, la Síntesis moderna. En Biología evolutiva se la suele considerar la principal causa del origen de las especies y de su adaptación al medio.
La selección natural es un fenómeno esencial de la evolución con carácter de ley general y que se define como la reproducción diferencial de los genotipos en el seno de una población biológica. La formulación clásica de la selección natural establece que las condiciones de un medio ambiente favorecen o dificultan, es decir, seleccionan la reproducción de los organismos vivos según sean sus peculiaridades. La selección natural fue propuesta por Darwin como medio para explicar la evolución biológica. Esta explicación parte de dos premisas; la primera de ellas afirma que entre los descendientes de un organismo hay una variación ciega (no aleatoria), no determinista, que es en parte heredable. La segunda premisa sostiene que esta variabilidad puede dar lugar a diferencias de supervivencia y de éxito reproductor, haciendo que algunas características de nueva aparición se puedan extender en la población. La acumulación de estos cambios a lo largo de las generaciones produciría todos los fenómenos evolutivos.
La selección natural es un fenómeno esencial de la evolución con carácter de ley general y que se define como la reproducción diferencial de los genotipos en el seno de una población biológica. La formulación clásica de la selección natural establece que las condiciones de un medio ambiente favorecen o dificultan, es decir, seleccionan la reproducción de los organismos vivos según sean sus peculiaridades. La selección natural fue propuesta por Darwin como medio para explicar la evolución biológica. Esta explicación parte de dos premisas; la primera de ellas afirma que entre los descendientes de un organismo hay una variación ciega (no aleatoria), no determinista, que es en parte heredable. La segunda premisa sostiene que esta variabilidad puede dar lugar a diferencias de supervivencia y de éxito reproductor, haciendo que algunas características de nueva aparición se puedan extender en la población. La acumulación de estos cambios a lo largo de las generaciones produciría todos los fenómenos evolutivos.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
FENOMENOS BIOFISICOS
Los fenómenos físicos son los cambios que sufre un cuerpo, materia o sustancia sin alterar su composición y ocurren cuando se lleva a cabo un proceso o cambio, que puede ser reversible, sin perder sus características, propiedades ni modificar su naturaleza.
Fenómenos químicos
A diferencia del fenómeno físico, el fenómeno químico es la transformación permanente e irreversible que sufren los cuerpos, materias o sustancias. Es decir, uno o varios de estos desaparecen y se forman uno o varios cuerpos, materias o sustancias nuevas, ya que se modifica su estructura molecular.
Características de los fenómenos físicos
- El cambio que experimenta el cuerpo, materia o sustancia es reversible.
- Se puede observar el cambio.
- El cuerpo, la materia o sustancia no cambia
Tensión superficial
La tensión superficial es un término que se aplica a los líquidos ya que es una manera de medir la cohesión existente entre las moléculas de ese líquido. Todas las moléculas que se componen de una sustancia líquida interaccionan de alguna manera entre ellas y se atraen. Se dice que un líquido tiene más o menos cohesión, dependiendo de si sus moléculas se atraen más o menos entre ellas.
La tensión superficial solo se aplica sobre las superficies de un líquido. Cuando estamos sobre la superficie de un líquido, las moléculas que están debajo de la superficie, sienten esa atracción únicamente por las moléculas que tienen a los lados y hacia abajo, pero en la parte superior no existen más moléculas, solo la superficie. Como resultado de todo esto, dichas moléculas sienten una fuerza que las estira hacia abajo, hacia el interior del líquido.
La tensión superficial depende de la naturaleza de cada líquido. A la tensión superficial se la define en física como la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido y contrarrestar esa fuerza de atracción hacia el interior.
La tensión de la superficie depende de la naturaleza que tiene cada líquido, del entorno que lo rodea y de la temperatura. Cuando se aplica calor sobre un líquido y aumenta la temperatura, la tensión superficial baja a la vez que las fuerzas de cohesión también se reducen.
En los márgenes de los ríos hay insectos, como los llamados zapateros, que caminan con sus largas patas por la superficie del agua sin hundirse. Esta habilidad la podemos explicar por la tensión superficial, propiedad de un líquido que hace que se comporte como si la superficie estuviera encerrada en una lámina elástica.
Este fenómeno es más común de lo que pensamos y no se suele hablar tanto de él como debiera. Lo cierto es que esta tensión depende de varios factores que deben darse para que exista. Lo mejor para conocer más sobre ella es documentarse y actualmente gracias Internet, podemos ver mucho sobre este fenómeno que ta presente está en nuestra naturaleza.
Presión hidrostática
Se conoce como Presión Hidrostática a la parte de dicha presión en la que el peso de un fluido que se encuentra en reposo. Cabe destacar que en un fluido que se encuentra en este estado la única presión que se encuentra es la que ya nombramos, siendo asi la presión que sufren dichos cuerpos que se encuentran sumergidos en un líquido por el hecho de que estos se sumergen en el mismo.
Es decir la presión hidrostática es la presión o la fuerza que esta puede ejercer o llegar a provocar, tratándose de la misma forma de la presión como ya hemos dicho a la que se aplica un elemento por el hecho de sumergirlo.
El líquido provoca una fuerza sobre el fondo y los laterales del recipiente además de la superficie del objeto que se sumerge, esta a su vez provoca que el objeto entre en un estado de reposo además de una fuerza perpendicular en las paredes de dicho envase donde se está experimentando.
Esta se calcula de la siguiente forma, a partir de una sencilla multiplicación de la gravedad, densidad, líquido y la profundidad, en una ecuación su fórmula seria la siguiente.
P= d x g x h.
Para los estudiados como para los que disfrutan de una buena clase de ciencia podemos destacar que es muy estudiada este tipo de presión en muchos centros de educación, para que los jóvenes también puedan entenderla, estudiarla y saber a qué se refiere cuando se está hablando de dicho tema.
Adhesión y cohesión
Adhesión
La adhesión es la unión física de dos cuerpos que por su naturaleza lo normal es que estén separados. Esa palabra es de origen latino, proviene de la palabra adhaesio que quiere decir pegadura de las cosas. También se aplica esta palabra a la afección, unión, o apego.
También se usa para referirse a alguna parte añadida de algo, en biología hace referencia a la fusión de tejidos vivos, como en las cicatrices o transplantes. En física es la fuerza que impide la separación de dos cuerpos en contacto. Y se dice que da origen al rozamiento.
También cuando un gas o liquido fluye por un conducto y alcanza su velocidad máxima en el centro para luego disminuir según se acerque a las paredes hasta anularse.
En medicina la adhesión es cada una de las extensas superficies de tejido conjuntivo, unen anormalmente a las vísceras entre ellas o con las paredes torácicas entorpeciendo la función de las mismas y provocando fuertes dolores y molestias.
Gracias a la adherencia es que se puede pintar, escribir y pegar las cosas.
Tipos de mecanismos de adhesión entre materiales:
- Adhesión mecánica. En este caso, los materiales adhesivos rellenan los huecos o porosidades de las superficies, uniéndose por enclavamiento. Por ejemplo, el velcro.
- Adhesión química: La unión de dos materiales producen un compuesto químico.
- Adhesión dispersiva: Los materiales mantienen su adhesión por las fuerzas de van der Walls: la atracción entre dos moléculas, cada una de las cuales tiene regiones de carga positiva y negativa. Este efecto puede ser permanente o temporal, debido al movimiento constante de los electrones en una región.
- Adhesión electrostática: la unión de dos materiales produce una diferencia de potencial, debido a que son materiales conductores de electrones. Esto crea una fuerza electrostática atractiva entre materiales.
- Adhesión difusiva: Dos materiales se adhieren porque las moléculas de ambos son móviles y solubles entre sí.
Cohesión
Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.
Acción capilar y capilaridad
La acción capilar describe el flujo espontáneo de un líquido en un tubo estrecho o material poroso. Este movimiento no requiere la fuerza de la gravedad para que ocurra. De hecho, a menudo actúa en oposición a la gravedad.
Ejemplos de acción capilar incluyen la absorción de agua en papel y yeso (dos materiales porosos), la absorción de pintura entre los pelos de un pincel y el movimiento del agua a través de la arena.
La acción capilar es causada por la combinación de las fuerzas cohesivas del líquido y las fuerzas adhesivas entre el líquido y el material del tubo. La cohesión y la adhesión son dos tipos de fuerzas intermoleculares. Estas fuerzas empujan el líquido hacia el interior del tubo. Para que ocurra la mecha, un tubo debe ser lo suficientemente pequeño en diámetro.
Capilaridad en la sangre
Al insertar un tubo en agua se ve que el líquido en el tubo sube a una altura mayor que la del agua fuera de este. Este fenómeno, llamado capilaridad, se debe a las fuerzas cohesivas y adhesivas entre el líquido y la superficie de contacto. Es de gran interés analizar como el siguiente fenómeno se aplica para el transporte sanguíneo en el cuerpo y como el diámetro de las distintas venas, arterias y capilares se ven afectados por la capilaridad.
El cuerpo consta de una gran red de transporte compuesta por venas, arterias y capilares por las cuales pasa el flujo sanguíneo. El flujo parte desde el corazón por las arterias que si bien son las de mayor diámetro (1-4mm) no necesitan de los efectos de capilaridad debido a que el bombeo del corazón es capaz de transportar el flujo sin problema. Para el caso de las venas el efecto de capilaridad no es suficiente para llevar el flujo nuevamente al corazón ya que tienen un diámetro menor que el de las arterias pero no lo suficiente como para que las fuerzas cohesivas sean significativas. El otro problema es que en este punto el flujo sanguíneo va a menor velocidad de lo que hace en las arterias y por lo tanto requiere de válvulas para retornar la sangre al corazón. En cuanto a los capilares existen 2 factores que permiten que el flujo en ellos sea eficiente y no requiere de métodos que facilitan el impulso a través de ellos. El primero es la disminución de área transversal y el segundo, y en el que nos centraremos principalmente es la capilaridad.
Difusión
Difusión se refiere a la propagación de moléculas, solutos, solventes, noticias, informaciones, pensamientos, tendencias o culturas de un medio a otro.
La palabra difusión indica la acción de difundir, deriva del latín diffusio, compuesto por el prefijo dis-, que significa ‘separación’, y fundere, que indica ‘derramar’ o ‘fundir’.
En física y química, la difusión se refiere al movimiento de moléculas de una sustancia, gas o líquido, de un medio de menor concentración a un de mayor concentración, sin la generación adicional de energía.
La difusión también indica la divulgación de ideas, conocimientos, cultura o noticias. En este sentido, la difusión de los elementos mencionados suelen usar los medios de comunicación como, por ejemplo, la prensa, la televisión, la radio o las redes sociales para propagarlos hacia un público más amplio.
La difusión se considera una forma de transporte celular pasivo, ya que no necesita de energía adicional para que esta ocurra. La difusión biológica puede dividirse en difusión simple y difusión facilitada.
Difusión simple
La difusión simple se produce en sustancias de bajo peso molecular como, por ejemplo, el agua (H2O), gases disueltos (O2, CO2) y moléculas liposolubles (alcohol etílico, vitamina A).
La difusión simple es el transporte pasivo de solutos y solventes por el libre movimiento de las moléculas. La difusión se genera a través de membranas permeables desde un medio de mayor concentración hacia el de menor concentración hasta que la concentración sea igualada.
Difusión facilitada
La difusión facilitada de sustancias necesita de transportadores para traspasar membranas de permeabilidad selectiva. Los mediadores pueden ser proteínas de canal o proteínas transportadoras.
Las proteínas de canal son aquellas que pueden controlar la apertura y cierre de los canales situados en la capa doble de fosfolípidos de la membrana citoplasmática y así atravesar con las moléculas.
En la difusión, las proteínas transportadoras se unen a la sustancia y la transportan a través de la membrana a favor de la gradiente de concentración.
Existe un gradiente de concentración para estas moléculas, por lo que tienen el potencial para difundirse hacia adentro (o hacia afuera) de la célula al moverse por debajo de su gradiente. Sin embargo, debido a que son polares o tienen una carga, no pueden cruzar la zona de fosfolípidos de la membrana sin ayuda. Las proteínas de transporte facilitado protegen estas moléculas del núcleo hidrofóbico de la membrana, y proporcionan una ruta por la que pueden cruzar. Las proteínas de canal y transportadoras son dos clases importantes de proteínas de transporte facilitado.
Difusión y ósmosis
La difusión y la ósmosis son formas de transporte celular.
La difusión es el traspaso de soluto y solvente desde un medio más concentrado a uno menos concentrado a través de membranas permeables.
La ósmosis es el paso del disolvente o solvente como, por ejemplo, el agua, a través de una membrana semipermeable desde el medio donde existe una concentración menor a una concentración mayor.
En la difusión, las moléculas se mueven desde una región de mayor concentración hacia otra de menor concentración, no porque sean conscientes de su entorno, sino simplemente como consecuencia de la probabilidad. Cuando una sustancia está en forma líquida o gaseosa, sus moléculas estarán en constante movimiento aleatorio; rebotan o se deslizan unas alrededor de otras. Si hay muchas moléculas de una sustancia en el compartimiento A y ninguna molécula de esa sustancia en el compartimiento B, es muy poco probable (imposible, en realidad) que una molécula se mueva aleatoriamente de B a A. Por el contrario, es muy probable que una molécula se mueva de A a B: puedes visualizar todas esas moléculas que rebotan en el compartimiento A y a otras que brincan hacia el compartimiento B. Así, el movimiento neto de moléculas será de A a B, lo cual ocurrirá hasta que se igualen las concentraciones.
Diálisis
La diálisis (del griego diálisis, significando disolución, día, significa a través, y lysis, separación) es un proceso mediante el cual se extraen las toxinas y el exceso de agua de la sangre, normalmente como terapia renal sustitutiva tras la pérdida de la función renal en personas con fallo renal.
Absorción
La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen. Es decir, es un proceso en el cual por ejemplo un contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua mediante el contacto con una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción.
Fenómenos Físico-químico en los seres humanos
Los fenómenos físicos y químicos que suceden a nuestro alrededor han sido motivo de interés desde épocas muy pasadas, e importantes civilizaciones como la de los egipcios, la de los chinos y sobre todo la de los antiguos griegos pusieron especial atención en ellos, a fin de describirlos y de interpretarlos.
La diferencia entre los fenómenos físicos y los químicos radica en determinar si existe o no cambio en la naturaleza o propiedades características de los elementos involucrados:
- En los fenómenos físicos no se producen cambios en la composición de las sustancias, las moléculas no varían.
- En los fenómenos químicos sí se dan cambios y eventualmente aparecen nuevas sustancias.
Además, en los fenómenos físicos las sustancias por lo general pueden volver a su estado original, en tanto que esto no es lo común en los fenómenos de tipo químico.
Los fenómenos químicos, por otro lado, han permitido desarrollar una amplia gama de productos que el ser humano utiliza de diferentes formas.
La obtención de bebidas alcohólicas a partir de frutas o granos y de quesos se basa en el proceso químico de fermentación. Antes de que existiera la fotografía digital, las fotos se obtenían por un proceso que implicaba el uso de una sal de plata.
La luz procedente del espacio y la que se refleja en los cuerpos era dirigida a través del conjunto de lentes e incidía sobre una película fotográfica. La energía de los fotones provocaba una reacción química en esa sal de plata (bromuro o ioduro).
Muchos fenómenos físicos también son la base del funcionamiento de una cantidad de instrumentos o máquinas que hacen más sencilla la vida de las personas.
Pensemos en las palancas, las poleas, los aparejos y demás sistemas mecánicos, que han significado y aún hoy significan una enorme ayuda para mover objetos pesados, por ejemplo.
O en todos los instrumentos ópticos de los que hoy disponemos, desde los simples anteojos y lupas hasta aquellos más complejos, como microscopios y telescopios, que permiten ver objetos muy pequeños o muy lejanos, respectivamente, con enorme detalle.
Todos ellos aprovechan fenómenos físicos como la difracción, la reflexión o la refracción de la luz.
Ejemplos de fenómenos físicos y químicos que ocurren en nuestro cuerpo:
- Respiración celular
- Intercambio gaseoso
- Digestión
- Contracciones musculares
- Visión y audición
- Síntesis de proteínas
- Desplazamiento
- Movilización
- Control inmunitario entre otros fenómenos físicos y químicos.
Referencias Bibliográficas
Materia
La materia es definida como todo aquello que posee una ubicación espacial, con una cierta cantidad de energía y que se encuentra sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con objetos de medición. Hablamos de cualquier tipo de entidad de masa que (a nivel microscópico) ocupa una región del espacio-tiempo y suele comportarse como una onda.
La materia, en la física y la filosofía, hace referencia a todo aquello que constituye la realidad material objetiva. Por objetiva comprendemos una materia que puede ser percibida (así como yo percibo un perro, una planta o una mesa).
Se considera que la materia es lo que conforma la parte sensible de los objetos perceptibles (o bien detectables) por medios físicos ya que, hablamos de todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, se puede sentir, medir y tocar, por ejemplo.
La materia se encuentra en todas partes, y en cualquier estado físico. Hay materia en el aire que se respira así como en un vaso de agua. Todo lo que vemos, sentimos y tocamos, es materia, que es un elemento fundamental para el desarrollo de la vida en el planeta.
Estados de la materia: La materia puede encontrarse en tres diferentes estados físicos: sólido (como un bloque de hielo), líquido (como un vaso de agua) o gaseoso (como el dióxido de carbono que liberamos al respirar).
Cambios de estado: La materia puede pasar de sólido a líquido por medio de fusión, de líquido a sólido por medio de la solidificación, de líquido a gaseoso por medio de evaporización, de líquido a gaseoso por medio de condensación y por último, de solido a gaseoso por medio de sublimación y de gaseoso a solido por medio de la sublimación inversa.
Propiedades de materia
La materia posee características particulares que distingue a las sustancias entre sí. Poder clasificar dichas propiedades en dos grupos:
Propiedades físicas: Dependen fundamentalmente de la sustancia en si (como por ejemplo, el color, el olor, la textura o bien el sabor entre otras). A su vez, las propiedades físicas se encuentran divididas en dos grupos:
- Propiedades físicas extensivas: Son aquellas que refieren a la cantidad de materia presente (masa, volumen, longitud).
- Propiedades físicas intensivas: Son aquellas que dependen solo del material y no de la cantidad que se tenga del mismo, o del volumen que éste ocupe (por ejemplo, un litro de aceite tiene la misma densidad que cien litros de aceite).
- Propiedades químicas: Son aquellas que dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias (como por ejemplo la oxidación de un clavo).
¿De qué se compone la materia?
La materia se encuentra compuesta por átomos que son partículas muy pequeñas que a su vez se componen de otras aún más pequeñas llamadas partículas subatómicas, que se agrupan para constituir los diferentes tipos de objetos.
Un átomo se trata de la menor cantidad de un elemento químico que posee existencia propia y puede asociarse a otros átomos para entrar en combinación. Se encuentra conformado por un núcleo con protones (cargas positivas) y neutrones (cargas neutras) y una corteza cargada de electrones (cargas negativas).
Un átomo puede estar estable o no, afirmamos que se encuentra estable si el número de protones del núcleo equivale a los electrones presentes en la corteza, si es así, estamos en presencia de un átomo en estado eléctricamente neutro.
Materia prima
La Materia Prima son todos aquellos recursos naturales que el hombre utiliza en la elaboración de productos. Dichos elementos que los seres humanos extraen de la naturaleza son transformados en diversos bienes, y el modo en que lo hacen es bajo algún proceso industrial. En este sentido se puede destacar que el sujeto que utiliza la materia prima para así poder desempeñar su labor es la industria, pues sin la utilización de la misma no podrían llevar a cabo sus objetivos.
Gracias a la gran diversidad que la naturaleza puede ofrecernos existe una clasificación de la materia prima que se utiliza:
- De Origen Orgánico: (Vegetal) como la madera que se utiliza para hacer distintos tipos de muebles, mesas o sillas, el algodón y el lino se emplea en la elaboración de textiles y vestimentas, también están los cereales, frutas y verduras que nos aportan sustento alimenticio. Y (Animal) de donde se obtiene alimentos de carne de res, pescado o aves, leche y huevo, además de las pieles, cuero, seda y lana que brindan su utilidad para hacer zapatos, tapicerías, ropa y mucho más.
- De Origen Inorgánico: (Mineral) bien sean metales como el hierro, oro, plata, cobre, aluminio, etc. O no metales sal o mármol, los elementos de esta categoría se utilizan para hacer joyas y distintos tipos de utensilios o también en el campo de la construcción.
- De Origen Fósil: como el gas y el petróleo con el que se puede hacer combustible, plásticos, etc.
- Otro tipo de clasificación que se da de acuerdo a su disponibilidad es materia prima renovable o no renovable.
Materia inorgánica
La materia inorgánica a diferencia de la orgánica no presenta funciones fisiológicas, o sea, ni metaboliza ni se reproduce, como se manifiesta en el caso de los minerales.
Los minerales son compuestos químicos complejo conformados por elementos químicos. Por ejemplo, la calcita es un mineral muy común en las rocas calizas que está formado por carbono, oxígeno y calcio.
Todos los seres vivos estamos constituidos por una mezcla de materia orgánica e inorgánica. Ambas son necesarias porque desempeñan un papel fundamental en nuestra vida.
Las plantas fabrican materia orgánica a partir de materia inorgánica, en un proceso llamado fotosíntesis. Los animales y los hongos transformamos la materia orgánica de las plantas para producir nuestra propia materia inorgánica. No somos capaces de transformar materia orgánica a partir de materia inorgánica.
La materia inorgánica se encuentra en los minerales tales como el agua, las sales y el dióxido de carbono.
La materia orgánica podemos encontrarla en raíces, animales, organismos muertos, restos de alimentos, etc.
Materia orgánica
La materia orgánica o componente orgánico del suelo agrupa varios compuestos que varían en proporción y estado. La materia orgánica está compuesta por residuos animales o vegetales. Se trata de sustancias que suelen encontrarse en el suelo y que contribuyen a su fertilidad. De hecho, para que un suelo sea apto para la producción agropecuaria, debe contar con un buen nivel de materia orgánica: de lo contrario, las plantas no crecerán.
Tipos
La materia orgánica puede estructurarse para su estudio en diversas clasificaciones estas incluyen:
- Materia orgánica no transformada, representada por la biomasa vegetal, animal y microbiana en estado fresco.
- Materia orgánica semitransformada, compuesta por restos orgánicos en proceso de transformación, poco parecidos al material original.
- Materia orgánica transformada, dentro de la cual está el humus en sentido estricto que se encuentra ligado a la parte mineral formando los complejos arcillo-húmicos.
Materia gris
La materia gris se compone principal de carrocerías de células neuronales y de axones sin mielina. Los axones son los procesos que se extienden de las células neuronales.
En la materia gris, estos axones son principales no mielinizados, significando que no son revestidos por una proteína blanquecino-coloreada, grasa llamada mielina.
La materia gris sirve a la información de proceso en el cerebro. Estructuras dentro de las señales del proceso de la materia gris generadas en los órganos sensoriales u otras áreas de la materia gris.
Este tejido dirige las señales sensoriales (del motor) a las células nerviosas en el sistema nervioso central donde las sinapsis inducen una reacción a los estímulos.
Estas señales alcanzan la materia gris a través de los axones mielinizados que componen el bulto de la materia blanca en el cerebro, el cerebelo y la espina dorsal.
Leyes de la termodinámica y su interrelación con los seres vivos
Primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica piensa en grande: se refiere a la cantidad total de energía en el universo, y en particular declara que esta cantidad total no cambia. Dicho de otra manera, la Primera ley de la termodinámica dice que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro.
Esta ley puede parecer algo abstracta, pero si empezamos a ver los ejemplos, encontraremos que las transferencias y transformaciones de energía ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo. Por ejemplo:
Los focos transforman energía eléctrica en energía luminosa (energía radiante).
Una bola de billar golpea a otra, lo que transfiere energía cinética y hace que la segunda bola se mueva.
Las plantas convierten la energía solar (energía radiante) en energía química almacenada en moléculas orgánicas.
Tú estas transformando la energía química de tu última comida en energía cinética cuando caminas, respiras y mueves tu dedo para desplazarte hacia arriba y hacia abajo por esta página.
Lo importante es que ninguna de estas transferencias es completamente eficiente. En cambio, en cada situación, parte de la energía inicial se libera como energía térmica. Cuando la energía térmica se mueve de un objeto a otro, recibe el nombre más familiar de calor. Es obvio que los focos de luz incandescente generan calor además de luz, pero las bolas de billar en movimiento también lo hacen (gracias a la fricción), como lo hacen las transferencias de energía química ineficientes del metabolismo vegetal y animal. Para ver por qué la generación de calor es importante, sigue leyendo sobre la segunda ley de la termodinámica.
La segunda ley de la termodinámica
A primera vista, la primera ley de la termodinámica puede parecer una gran noticia. Si la energía nunca se crea ni se destruye, eso significa que la energía puede simplemente ser reciclada una y otra vez.
La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede cambiar de formas más útiles a formas menos útiles. La verdad es que, en cada transferencia o transformación de energía en el mundo real, cierta cantidad de energía se convierte en una forma que es inutilizable (incapaz de realizar trabajo). En la mayoría de los casos, esta energía inutilizable adopta la forma de calor.
Aunque de hecho el calor puede realizar trabajo bajo las circunstancias correctas, nunca se puede convertir en otros tipos de energía (que realicen trabajo) con una eficiencia del 100%. Por lo que cada vez que ocurre una transferencia de energía, cierta cantidad de energía útil pasa de la categoría de energía útil a la inútil.
El calor aumenta lo aleatorio del universo
El calor que no realiza trabajo aumenta la aleatoriedad (desorden) del universo. Esto puede parecer un gran salto de lógica, así que vamos a dar un paso atrás y ver cómo puede ser.
Cuando tienes dos objetos (dos bloques del mismo metal, por ejemplo) a diferentes temperaturas, tu sistema está relativamente organizado: las moléculas están separadas por velocidad, en el objeto más frío se mueven lentamente y en el objeto más caliente se mueven rápidamente.
Si fluye calor del objeto más caliente hacia el objeto más frío (como sucede espontáneamente), las moléculas del objeto caliente disminuyen su velocidad, y las moléculas del objeto frío aumentan su velocidad, hasta que todas las moléculas se estén moviendo a la misma velocidad promedio.
Ahora, en lugar de tener moléculas separadas por su velocidad, simplemente tenemos un gran conjunto de moléculas a la misma velocidad, una situación menos ordenada que nuestro punto de partida.
El sistema tenderá a moverse hacia esta configuración más desordenada simplemente porque es estadísticamente más probable que la configuración de temperaturas separadas (es decir, hay muchos más estados posibles que corresponden a la configuración desordenada).
La entropía y la segunda ley de la termodinámica
El grado de aleatoriedad o desorden en un sistema se llama entropía.
Puesto que sabemos que cada transferencia de energía resulta en la conversión de una parte de energía en una forma no utilizable (como calor) y que el calor que no realiza trabajo se destina a aumentar el desorden del universo, podemos establecer una versión relevante para la biología de la segunda ley de la termodinámica: cada transferencia de energía que se produce aumentará la entropía del universo y reducirá la cantidad de energía utilizable disponible para realizar trabajo (o en el caso más extremo, la entropía total se mantendrá igual).
En otras palabras, cualquier proceso, como una reacción química o un conjunto de reacciones conectadas, procederá en una dirección que aumente la entropía total del universo.
Tercera ley de la termodinámica
La segunda ley está ligada a una variable termodinámica denominada entropía (S), y puede expresarse cuantitativamente en términos de esta variable.
En el análisis de muchas reacciones químicas es necesario fijar un estado de referencia para la entropía. Este siempre puede escogerse algún nivel arbitrario de referencia cuando solo se involucra un componente; para las tablas de vapor convencionales se ha escogido 32 º F (0 °C).
Sobre la base de las observaciones hechas por Nernst y por otros, Planck estableció la tercera ley de la termodinámica en 1912, así: “la entropía de todos los sólidos cristalinos perfectos es cero a la temperatura de cero absolutos”. Un cristal "perfecto" es aquel que está en equilibrio termodinámica.
En consecuencia, comúnmente se establece la tercera ley en forma más general, como: “La entropía de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero”.
La importancia de la tercera ley es evidente. Suministra una base para el cálculo de las entropías absolutas de las sustancias, las cuales pueden utilizarse en las ecuaciones apropiadas para determinar la dirección de las reacciones químicas. Una interpretación estadística de la tercera ley es más bien sencilla, puesto que la entropía se ha definido como: S = k ln s.
Referencias Bibliográficas
- https://molasaber.org/2017/05/13/materia-ordinaria/
- https://liderdelemprendimiento.com/fabricacion-y-produccion/materia-prima/
- https://conceptodefinicion.de/materia-prima/
- https://www.ecured.cu/Materia_org%C3%A1nica
- https://concepto.de/que-es-la-materia/
- https://www.ecured.cu/Materia_inorg%C3%A1nica
- https://www.news-medical.net/health/What-is-Grey-Matter-(Spanish).aspx
- https://es.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/the-laws-of-thermodynamics/a/the-laws-of-thermodynamics
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