2. Bioelements i principis immediats:

El examen espectroscopio° de las esifellas y galaxias ha permitido comprobar que todo el uní-verso conocido está formado por los mismos elementos químicos, agrupados en muy distintas proporciones. Los seres vivos también están constituidos por los mismos elementos que el resto del cosmos: no existen átomos exclusivos de lo viviente.

2.1.

Bioelementos

Los bioelementos. O elementos biogénicos son los que forman parte de los seres vivos, aun-que en proporciones muy variables y a menudo pequeñlsimas. Se han identificado algo más de setenta bioelementos, casi todos ellos estables. En realidad, excluyendo los gases nobles, son muy pocos los elementos que no se han encontrado en el conjunto de la biosfera, si bien, no todos estos bioelementos son indispensables para todos los seres vivos. Lo significativo no es el tipo de elementos presentes en la materia viva, sino la proporción en que se encuentra cada uno de ellos. Todos son importantes y necesarios para el correcto funcionamiento de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia, se pueden clasificar del moda siguiente: 2.1.1.Bioelementos mayoritarios. Son los que están siempre presentes en la materia viva. A su vez, se pueden distinguir dos grupos: – Bioelementos primarios: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (0). Nitrógeno (N), azufre (S) y fósforo (P). Constituyen los componentes esenciales con los que se construye la materia viva para formar las blomoléculas o principios Inmediatos. – Bioelementos secundarios: magnesio (Mg). Calcio (Ca), potasio (K), sodio (Na) y cloro (CI). Son elementos menos abundantes que los anteriores, pero desempeñan funciones vitales en la fisiología celular. 2.1.2.
Oligoelementos esenciales. Son también bioelementos esenciales para la vida, pero se encuentran en cantidades muy pequeñas que no superan el 0,1%. Estos son: hierro (Fe), manganeso (Mn), cobre (Cu), cinc (Zn), flúor (F), yodo (I), boro (B), silicio (Si), vanadio (V), cromo (Cr), cobalto (Co), selenio (Se), molibdeno (Mo) y estaño (Sn). 2.1.3.Oligoelementos no esenciales. Este grupo lo forman el resto de los elementos químicos que, aun no siendo esenciales para todos los organismos, a menudo desempeñan impor-tantes funciones. Merece especial mención el carbono. No porque sea más importante que los demás bioele-mentos, sino porque sus carácterísticas atómicas le permiten formar largas cadenas carbona-das. Que sentirán de esqueleto para grandes biomoléculas. Para aislar los bioelementos de una muestra biológica es preciso romper sus moléculas mediante procedimientos químicos. Por eso, un análisis elemental de la materia viva nos da una visión muy parcial de lo que es.

2.2.Principis immediats i biomolècules:

Los principios inmediatos están formados por la combinación de los bioelementos. Si un material biológico se trata solo mediante procedimientos físicos que no cambian la composición molecular, se consiguen aislar diversas sustancias químicas sin alterar. Estas reciben el nombre de principios inmediatos, que comprenden las biomoléculas (glúcidos, lípidos, proteínas y nucleótidos), el agua y las sales minerales, sólidas o en disolución. Su nombre indica que cons-tituyen por sí mismos, sin intermediarios, la materia viva; por eso pueden extraerse de ella mediante procedimientos físicos (disolución, evaporación, decantación, etc.). Como contraste, a los bioelementos se les ha dado también el nombre de principios mediatos de la materia viva y pueden aislarse de la misma mediante métodos químicos.

Desde el punto de vista biológico, es importante destacar que, de los seis grupos de principios inmediatos, las sales minerales y el agua no son exclusivas de los seres vivos; sin embargo, las biomoléculas sí lo son, lo que significa que es necesario que los organismos las sinteticen. A estos distintos principios inmediatos, agrupados en función de su presencia -exclusiva o no exclusiva- en los seres vivos, se los denomina a veces moléculas orgánicas e inorgánicas respectivamente. Esta terminología es discutible desde un punto de vista biológico, ya que se puede considerar que cualquier molécula, por sencilla que sea, desde el momento en que está integrando un organis-mo vivo, es orgánica. Según esto, el agua y las sales son tan constitutivas de la materia viva como las proteínas o los ácidos nucleicos, por lo que el agua también es una biomolécula.

3.Los enlaces químicos y la importáncia en biología:

3.1.Enlace iónico Este enlace como tal, como el que constituye los cristales de cloruro sódico, no lo encontrá-mos en la materia viva. Sin embargo, sí abundan las formaciones sólidas cristalinas: cristales de aragonito en conchas de moluscos, cristales de hidroxiapatito revistiendo las fibras de colá-geno en el tejido óseo, estructuras de sílice en los frústulos de las diatomeas, etc.

3.2.Enlace o puente de hidrógeno Es un tipo de uníón débil, pero de extraordinaria importancia en la estructura química de la materia viva. Se trata de la atracción entre dos regiones moleculares que tienen carga iónica parcial de distinto signo y que están suficientemente próximas. En estas condiciones, ambas regiones moleculares quedan recíprocamente orientadas y ligeramente “sujetas”. Esta atrac-ción es muy débil, pero si son muchas las regiones de las dos moléculas atraídas, pueden que-dar establemente unidas; es el caso de la doble hélice del ADN. Otras veces, estas uniones se realizan entre regiones distantes de una misma molécula, pero que, por su compleja configuración espacia quedan suficientemente próximas. Este es el caso de la hélice alfa de las proteínas, donde los enlaces de hidrógeno se forman entre los grupos C=0 y N-H enfrentados. En el caso del agua, sus moléculas forman enlaces de hidrógeno entre sí, y esto es lo que explica que el hielo, por la mayor ordenación de sus moléculas, sea menos denso que el agua líquida. La estabilidad de los enlaces de hidrógeno disminuye con el aumento de temperatura.

3.3.Enlace covalente:Este es el enlace químico por excelencia, y hace posible la enorme diversidad molecular que integra la materia viva. Las moléculas así formadas no pierden estabilidad en el ambiente acuo-so propio de toda célula. Un hecho importante es que los cuatro bioelementos mayoritarios (H, C, N, O) están entre los elementos químicos más ligeros capaces de formar un enlace covalente. Entre las moléculas que tienen enlaces covalentes se presentan diversidad de comportamien-tos, lo que permite la compleja organización química de la materia viva. • Pueden carecer casi por completo de polaridad (las ceras y los triglicéridos). • Pueden comportarse con fuerte hidrofobia, o presentar pocas regiones con carga iónica parcial (los fosfolípidos y esfingolípidos), lo que les dará carácter anfipático. • Pueden tener abundancia de regiones hidrófilas, que les permitirán ser solubles en agua (los monosacáridos). • Se pueden ionizar en disolución acuosa (los aminoácidos).

3.4.Enlaces del átomo de carbono: En las biomoléculas, la mayoría de los enlaces entre carbonos son simples, pero también exis-ten abundantes casos de doble enlace. Es importante recordar que, mientras el enlace simple entre carbonos permite el giro de los átomos así unidos, el doble enlace lo impide; por esta razón, hace posible los isómeros de posición cis y trans. Además, cuando existe un doble enlace, los centros de seis átomos quedan situados en el mismo plano, y esto tiene importan-tes consecuencias para la configuración espacial de las proteínas.

4.Estudi de la materia viva: 4.1.Terminología usual: Algunos términos de uso frecuente cuando el ser vivo se somete a estudio son: • Anatomía. Estudio de las partes de un organismo mediante disección. Lo que describe la anatomía, tanto a escala macroscópica como microscópica, tiene existencia física y es tangible. • Morfología. Estudio de la forma, tamaño y aspecto externo de las partes o del todo de un orga-nismo. La descripción morfológica de un organismo o de un órgano nos informa del color que tiene, de la textura de su superficie, etc. • Fisiología. Estudio del funcionamiento de un organismo. La fisiología estudia procesos diná-micos que suceden en el ser vivo, y de ahí la gran dificultad de su investigación. Muchas veces es necesario deducir lo que ha ocurrido en el organismo vivo a partir de los análisis realizados después de su muerte. • Estructura y ultraestructura. Disposición de las partes con relación al todo y a su función. Un estudio estructural tiene en cuenta la morfología en cuanto posibilita que el ser vivo reali-ce determinadas funciones. De ahí, el inseparable binomio de la relación estructura-función a cualquier nivel, desde el molecular hasta el de poblaciones.

5. Microscopia òptica: 5.1.Tipos de microscópíos òpico:Microscopio este-reoscópico, también lla-mado lupa binocular. Permite apreciar el Microscopio binocu-lar. Permite observar con ambos ojos, pero no se aprecia relieve, ya que solo está duplicado el ocular. Microscopio monocu-lar. Utiliza solamente un objetivo y un ocular. Tanto este como el binocular permiten observaciones a mayor aumento y con más resolución de la imagen que con el microscopio esterreoscopico.

5.2. Augmento, poder de resolución i grandaria mínima observable.El augmento d’un microscopio es la relación ente una dimensión lineal de la imagen que viene i la dimensión del objetivo real.La apertura numérica del objetivo (AN) es un parámetro que permite calcular el poder de resolución y el tamaño mínimo observable. Viene dada por la expresión: AN = n sen u, siendo n el índice de refracción del medio existente entre el objeto y la lente frontal del objetivo, y u el semiángulo de apertura del objetivo. El poder de resolución o poder separador (PR) es la propiedad más importante en un microscopio, ya que de ella depende la nitidez con que se perciben los detalles. Se calcula mediante la expresión: PR = ANA, siendo X la longitud de onda de la radiación utilizada. El tamaño mínimo observable o límite de resolución (D) es la distancia mínima a la que tie-nen que estar dos puntos de la muestra para que puedan verse como distintos. También puede definirse como la anchura mínima de una rendija o de un objeto para que resulten visibles al microscopio. Su valor es el inverso al poder separador (D = 1 /PR). Según la longitud de onda de la radiación utilizada, se pueden apreciar los objetos con mayor o menor detalle. Así, la microscopía de radiación ultravioleta, que utiliza una longitud de onda más corta que la visible, permite conseguir más detalle que el obtenido con luz ordinaria. También se consigue mejorar la calidad de la observación mediante la inmersión de la lente frontal del obje-tivo en aceite de cedro o en otro líquido adecuado. Por ejemplo, con un objetivo de inmersión de AN = 1,25 y utilizando radiación ultravioleta de X = 300 nm, el poder de resolución logrado será 4,17 10-3 nm-1. Por tanto, el tamaño mínimo observable es 240 nm, un valor bastante significativo teniendo en cuenta que el límite de resolución del ojo humano es de 0,1 mm. La muestra procesada debe ser una lámina plana, rígida y delgada, y puede estar coloreada
. Estos requisitos son necesarios para que la muestra pueda enfocarse, se manipule con facilidad, dejan pasar la luz i se puedan diferenciar las diversas estructuras.

6.Microscopia electrónica:

Los microscopios electrónicos utilizan como fuente de radiación un haz de electrones proce-dente del calentamiento de un filamento de tungsteno, el cátodo, mediante una corriente eléc-trica. El principio fundamental de la microscopía electrónica es que cualquier electrón, según la teoría cuántica, lleva asociado un comportamiento ondulatorio. Los electrones viajan desde el cátodo hasta el ánodo a gran velocidad, y se dirigen a través de una columna hueca en la que se ha hecho el vacío para que no choquen con las moléculas de gas y se dispersen. El haz de electrones es guiado a la muestra mediante un sistema de len-tes, que en realidad son electroimanes capaces de desviar la trayectoria de los electrones, puesto que estos son partículas cargadas. Las ondas asociadas al haz de electrones poseen una longitud de onda mucho menor que la de la luz visible.

6.1.Microscopio electrónico de transmisión (MET) El microscopio electrónico de transmisión se utiliza para observar secciones muy finas de muestras. Los cortes deben ser muy delgados, de unos 500 nm. La imagen que se obtiene depende de la variación en la dispersión de los electrones al incidir sobre las diferentes estruc-turas que componen la muestra. Con este microscopio se pueden distinguir estructuras de 1 nm o de tamaños incluso menores. El aumento, en condiciones óptimas, puede llegar a ser de 500000.

Para que el material biológico resulte opaco a los electrones, se tiñe con átomos de metales pesados como el oro o el osmio, que impregnan determinadas regiones de la muestra; esto provoca la dispersión de los electrones incidentes. La imagen se ve en una pantalla fluorescente monocromática, sobre la qual inciden los electrones.

6.2.Técnicas de sombreado metálico El microscopio electrónico de transmisión también se utiliza para conseguir imágenes que refle-jen la textura superficial del material biológico, mediante una técnica denominada de sombrea-do metálico. Consiste en depositar una fina capa de un metal, como el oro o el platino, evapo-rado al vacío y dirigido oblicuamente. Posteriormente, un baño ácido disuelve el material biológico, dejando una réplica metálica de la superficie de la muestra que puede ser examina-da con el microscopio electrónico de transmisión. El metal queda depositado con un grosor desigual, y esto le da a la imagen un aspecto de relieve.