Curso de FISIOLOGIA

NIVEL QUIMICO DE ORGANIZACION

INTRODUCCION

Las sustancias qu�micas que respiramos, comemos y bebemos juegan un papel vital en el mantenimiento de la vida. La estructura y funciones del organismo dependen de miles de interacciones qu�micas que tienen lugar cada segundo. Es por tante importante un conocimiento de los principios qu�micos b�sicos que permiten explicar el comportamiento de los procesos fisiol�gicos tanto en la enfermedad como en la salud.
QUIMICA ELEMENTAL

MATERIA Y ENERGIA

Todas las cosas vivientes o inertes est�n compuestos por materia. La materia existe en tres formas: s�lida, l�quida y gaseosa (adem�s, existe el plasma pero s�lo a elevadas temperaturas como las existen en el sol o se consiguen con un l�ser).

Hay que distinguir entre masa que es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y peso que es la fuerza que la gravedad ejerce sobre dicho cuerpo.

La energ�a es la capacidad para realizar un trabajo, como poner un cuerpo en movimiento. Una de las leyes b�sicas de la f�sica es que no se pueden crear ni destruir la materia y la energ�a aunque s� pueden interconvertirse. La energ�a existen 2 dos tipos:

  • Energ�a potencial: energ�a almacenada o inactiva (por ejemplo, la almacenada en una bater�a, en un muelle tensado o en un pantano hidroel�ctrico)
  • Energ�a cin�tica: es la que acompa�a a un cuerpo en movimiento
Ambos tipos de energ�a pueden existir en varias formas:
  • Energ�a Qu�mica: es la que se libera o absorbe al romperse o crearse un enlace qu�mico. Es la que se aprovecha de los alimentos que se ingieren.
  • Energ�a radiante: es la asociada a la luz y calor y que se traslada mediante ondas (que pueden ser de onda muy corta como los rayos gamma o rayos X o muy larga como las de la radio)
  • Energ�a el�ctrica: es la que se deriva del movimiento de cargas electricas (electrones u otras part�culas cargadas). Los potenciales de acci�n en los nervios y m�sculos son ejemplos de energ�a el�ctrica en el organismo

ELEMENTOS QUIMICOS

Toda la materia est� formada a partir de una unidades elementales que existen en un n�mero limitado. Estas unidades no pueden ser divididas en partes m�s sencillas mediante los m�todos f�sicos o qu�micos usuales. En la naturaleza existe 92 elementos qu�micos, aunque los f�sicos han creado 17 elementos m�s mediante procesos que implican reacciones nucleares. Los elementos qu�micos fueron clasificados por primera vez por Mendelejev siguiendo unas pautas determinadas.

Los elementos se representan por una o dos letras, derivadas de sus nombres:

    O del ox�geno
    C del carbono
    K del Kalium, potasio en lat�n

El organismo humano contiene s�lo 26 de los 92 elementos naturales. El ox�geno, hidr�geno, carbono y nitr�geno representan el 96%. Otro 3.9% est� constitu�do por nueve elementos: calcio, f�sforo, potasio, magnesio, sodio, cloro, azufre, hierro y yodo. Finalmente, 13 elementos m�s, llamados oligoelementos constituyen el 0.1% de la masa corporal.

ESTRUCTURA DEL ATOMO

Los elementos est�n compuestos de �tomos que las unidades de materia m�s peque�as que intervienen en los procesos qu�micos. Un elemento es, simplemente, una cierta cantidad de materia constitu�da por �tomos. Los �tomos son extraordinariamente peque�os: el di�metro del �tomo de hidr�geno es de 0.00000001 cm.

Los �tomos est�n constitu�dos por tres tipos de part�culas subat�micas:

  1. Protones (P+) : se encuentran en el n�cleo del �tomo y tienen una carga el�ctrica positiva
  2. Neutrones (No) : son part�culas neutras que tambi�n se encuentran en el n�cleo
  3. Electrones (E-): son part�culas cargadas negativamente que se mueven en unas �rbitas circulares alrededor del n�cleo.
En un �tomo, el n�mero de protones es igual al n�mero de electrones de tal forma que el �tomo es el�ctricamente neutro.

La unidad est�ndar para medir la masa de los �tomos es el Dalton (tambi�n llamado Unidad de masa at�mica). Un neutr�n tiene una masa de 1.008 Daltons y un prot�n una masa de 1.007 Daltons. Por su parte, un electr�n tiene una masa de 0.0005 Daltons (2.000 veces menos que el prot�n o el neutr�n). La suma de las masas de todas las part�culas subat�micas constituye el Peso o Masa At�micos.

Los elementos qu�micos difieren en el n�mero de protones. El �tomo m�s sencillo, el Hidr�geno tiene un prot�n; el �tomo siguiente, el Helio tiene 2 protones; el Carbono tiene 6 y as� sucesivamente. El n�mero de protones que contiene cada �tomo se llama N�mero At�mico

Puede ocurrir que �tomos con un n�mero especificado de protones tengan diferente n�mero de neutrones. Estamos entonces en presencia de Is�topos, que pueden ser estables o inestables. En este �ltimo caso, se desintegran espont�neamente emitiendo una radiaci�n (gamma o de part�culas alfa o beta) y entonces se llaman is�topos radioactivos. La destrucci�n de un radiois�topo puede ser muy lenta (miles de a�os) o rapid�sima (fracciones de segundo). Se llama semi-vida de un radiois�topo el tiempo requerido para su radioactividad inicial se reduzca a la mitad.

Los is�topos son muy utilizados en Medicina, ya que al poseer las mismas propiedades qu�micas que sus correspondientes elementos, pueden sustituir a estos en los procesos qu�micos. De esta forman act�an como marcadores y las mol�culas con radiois�topos incorporados pueden seguirse f�cilmente. Por ejemplo, la utilizaci�n de un amino�cido marcado con 14-C permite detectar como, cuando y donde se incorpora dicho amino�cido a una cadena polipept�dica en crecimiento. Algunos is�topos frecuentemente utilizados en Medicina y Biolog�a son:

  • Deuterio: derivado del hidr�geno con 1 neutr�n
  • Tritio: derivado del hidr�geno con 2 neutrones
  • 14-C: carbono con 2 neutrones de m�s que el carbono normal
  • 131-I: yodo radioactivo
  • 201-Th: talio radioactivo, etc
Obs�rvese que el Hidr�geno, Deuterio y Tritio, con un �nico prot�n, tiene el mismo N�mero At�mico = 1; por el contrario, su Masa At�mica es 1, 2 y 3, respectivamente.