La biologia i els éssers vius

Tots els organismes vius fan tres funcions vitals que els distingeixen de la matèria inerta: nutrició (que inclou digestió i respiració), relació amb l'entorn i reproducció. És així de simple!

Aquests organismes estan formats per una o més cèl·lules i tenen metabolisme amb reaccions químiques constants. A més, evolucionen i són sistemes oberts que intercanvien matèria i energia amb l'exterior.

La seva composició química es basa principalment en aigua i carboni. Els virus i prions són organismes acel·lulars que no compleixen aquestes característiques.

Recorda: Els tres criteris bàsics de la vida són les funcions vitals, estar format per cèl·lules i tenir metabolisme.

Nivells d'organització

L'organització de la matèria segueix una jerarquia clara des dels components subatòmics fins als ecosistemes. Els primers quatre nivells (subatòmic, atòmic, molecular i subcel·lular) són abiòtics, és a dir, no vius.

A partir del nivell cel·lular comencen els nivells biòtics. Les cèl·lules formen teixits amb funcions similars, aquests formen òrgans, i els òrgans es combinen en aparells per realitzar funcions complexes.

Finalment, els organismes individuals es relacionen formant poblacions de la mateixa espècie i ecosistemes amb múltiples espècies convivint.

Bioelements

Els bioelements primaris (H, C, N, O) són imprescindibles i abundants en tots els éssers vius. L'hidrogen i l'oxigen formen l'aigua, el nitrogen forma proteïnes, i el carboni l'obtenim de l'alimentació.

Els bioelements secundaris i oligoelements són necessaris però en proporcions menors. Cada element té capacitats d'enllaç específiques: l'hidrogen forma 1 enllaç, l'oxigen 2, el nitrogen 3 i el carboni 4.

Grups funcionals del carboni

El carboni és l'element estrella de la vida perquè pot formar molècules lineals, ramificades o cícliques. S'uneix amb hidrogen i altres elements formant grups funcionals que determinen les propietats de les biomolècules.

Els grups funcionals més importants són: hidroxil $-OH$ que forma alcohols, carboxil $-COOH$ que crea àcids carboxílics, carbonil $C=O$ present en cetones i aldehids, amino $-NH₂$ que forma amines, sulfhidril $-SH$ en tiols, i fosfat $-PO₄²⁻$ en fosfats orgànics.

Alguns grups com el carboxil i el fosfat alliberen protons en aigua i queden amb càrrega negativa, fent-los especialment reactius.

Truc d'estudi: Memoritza els grups funcionals associant-los amb les seves càrregues i funcions principals.

Enllaços químics i propietats de l'aigua

Els enllaços iònics (donació d'electrons) i covalents (compartició d'electrons) són forts, mentre que els enllaços de Van der Waals i els ponts d'hidrogen són dèbils però crucials per la vida.

L'aigua és la molècula més abundant de la Terra i representa el 70% del cos humà. És una molècula polar amb l'oxigen negatiu i els hidrògens positius, formant un angle de 104°.

Pot formar fins a 4 ponts d'hidrogen, que expliquen per què és líquida a temperatura ambient malgrat el seu pes molecular baix. En congelar-se, les molècules s'ordenen en xarxes hexagonals que ocupen més volum.

El gel flota perquè és menys dens que l'aigua líquida, creant una capa aïllant que permet la vida sota la superfície gelada dels llacs.

Curiositat: Sense els ponts d'hidrogen, l'aigua seria un gas a temperatura ambient i la vida com la coneixem seria impossible.

Propietats i funcions de l'aigua

L'aigua té propietats úniques que la fan indispensable per la vida. La seva elevada força de cohesió permet que els insectes caminin sobre la seva superfície i que la saba pugi per les plantes per capil·laritat.

Té una elevada calor específica, absorbint molta energia sense canviar gaire la temperatura. Això estabilitza la temperatura dels oceans i del nostre cos. La seva elevada calor de vaporització ens permet refredar-nos suant.

Com a dissolvent universal, dissol compostos iònics i polars, transportant nutrients pel cos. Però té un baix grau d'ionització, provocant canvis ràpids de pH quan s'hi afegeixen àcids o bases.

Les seves funcions biològiques inclouen: aïllament tèrmic, transport de substàncies, medi per les reaccions químiques, protecció (líquid amniòtic) i funció estructural en organismes com les meduses.

Aplicació pràctica: El cos humà regula la temperatura suant, aprofitant l'elevada calor de vaporització de l'aigua.

Sals minerals i dissolucions

Les sals minerals poden estar en forma sòlida (estructura dels ossos), associades a altres biomolècules, o dissoltes mantenint constant la salinitat i acidesa corporal amb l'efecte tampó.

Les dissolucions són mescles homogènies d'aigua (dissolvent) i soluts com sals minerals. Tenen tres propietats fonamentals: difusió, osmosi i estabilitat del pH.

La difusió permet que les partícules es reparteixin homogèniament, com l'oxigen dissolent-se a l'aigua per la respiració dels peixos.

L'osmosi és el pas d'aigua a través de membranes semipermeables des de zones diluïdes cap a concentrades. Segons el medi extern, les cèl·lules poden estar en equilibri (isotònic), inflar-se (hipotònic) o arrugar-se (hipertònic).

Important per exàmens: Domina els conceptes d'isotònic, hipotònic i hipertònic amb exemples pràctics de què passa a les cèl·lules.

Dissolucions tampó i dispersions

Les dissolucions tampó autoregulen el pH corporal gràcies als ions bicarbonat i fosfat. Quan hi ha excés d'àcid, el bicarbonat el neutralitza formant àcid carbònic, que es descompon en CO₂ i aigua. El CO₂ s'elimina pels pulmons en respirar.

Les dispersions col·loïdals són mescles heterogènies amb partícules grosses disperses en aigua. Al citoplasma poden estar en estat sol (líquid) o gel $semi-sòlid$, permetent moviments com els pseudòpodes de les amebes.

Les seves propietats inclouen: elevada viscositat que frena el moviment, poder d'adsorció que reté molècules externes, i l'efecte Tyndall que fa visibles els raigs de llum lateral.

Exemple visual: L'efecte Tyndall és com veure pols a l'aire quan entra un raig de sol per la finestra.

Disseny experimental

El mètode científic segueix una seqüència lògica: problema → hipòtesi → experiment → resultats → conclusions. Cada pas és fonamental per obtenir resultats fiables.

L'experiment ha de tenir variables ben definides: la independent (que modifiquem), la dependent (que mesurem) i les controlades (que mantenim constants). Sempre cal un grup control per comparar.

Les hipòtesis han de ser falsables i s'escriuen amb "Potser...". Les rèpliques asseguren que els resultats no siguin casualitat.

Els resultats s'analitzen per confirmar o rebutjar la hipòtesi. Si no es confirma, cal formular-ne una de nova i repetir el procés.

Consell pràctic: Practica identificant variables en experiments reals per dominar aquest concepte clau.