Las principales propiedades de los organismos vivos son la composición química de la célula. Funciones de los elementos químicos en el cuerpo humano. Componentes orgánicos de la célula.

Clase: 10

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Objetivos:

• Revelación de roles elementos químicos, orgánico y sustancias inorgánicas en la vida de la célula y del organismo; Mostrar unidad viva y naturaleza inanimada basado en el conocimiento de la composición elemental de la célula; formación y ampliación del conocimiento sobre las sustancias orgánicas de la célula;
• Desarrollo de habilidades para tomar notas de conferencias, trabajar con diagramas, texto de libro de texto, analizar, sacar conclusiones.
• Educación de una actitud respetuosa con el mundo que nos rodea, una cultura de comunicación.

Plan de lectura:

1. Separación de elementos químicos por contenido cuantitativo.

2. Agua, su contenido y función en la célula.

3. Las sales minerales y su significado.

4. Sustancias orgánicas de la célula. monómeros y biopolímeros. Carbohidratos, su clasificación.

5. Lípidos, su clasificación.

6. Proteínas, su estructura, propiedades.

7. Ácidos nucleicos, sus características, funciones.

8. ATP, su estructura y significado.

1. En la célula viva incluye alrededor de 90 elementos químicos, 25 de ellos se encuentran en casi todas las células. Estos elementos químicos son necesarios para su vida. También se encuentran en la naturaleza inanimada. Pero la proporción cuantitativa de elementos químicos en la naturaleza animada e inanimada es diferente. (diapositiva 3)

¿Qué elementos químicos son los más comunes en la corteza terrestre? (fósforo, magnesio, silicio, hierro, aluminio, sodio, calcio, oxígeno - juntos - 98% de la masa de la corteza terrestre).

Según el contenido cuantitativo en los sistemas vivos, todos los elementos químicos se dividen en tres grupos: (diapositiva 21)

1. Macronutrientes: elementos químicos en una cantidad de aproximadamente el 98% del contenido total de la célula (H, N, O, C). (diapositiva 22)

2. Oligoelementos: los elementos químicos en total constituyen aproximadamente el 1,9% del contenido total de la celda. (diapositiva 24)

3. Ultramicroelementos: elementos químicos, que suman alrededor del 0,02% (Zn, Cu, I, F, etc.). (diapositiva 25)

Pasemos a la tabla "Elementos químicos biológicamente importantes de la célula" en la página 11 del libro de texto y conozcamos el significado de los elementos químicos para la célula y el organismo.

¿Por qué N, C, H, O, S, P se llaman bioelementos? (diapositiva 23)

2.Agua- la sustancia inorgánica más común en los organismos vivos, su componente esencial, hábitat de muchos organismos, el principal solvente de la célula. (diapositiva 3)

Aquí están las líneas del poema de M. Dudnik: (diapositiva 5)

Dicen que el hombre está compuesto en un ochenta por ciento de agua,
Del agua, añadiré, sus ríos nativos,
Del agua, añadiré, las lluvias que le dieron a beber,
Del agua, añadiré, del agua antigua muelles,
De la que bebieron abuelos y bisabuelos.

¿Cuál es el significado del agua en el poema?

¿Por qué algunas sustancias se disuelven en agua y otras no?

Experiencia de demostración(puede ser realizado por un estudiante asistente):

Disuelva las siguientes sustancias en agua: sal de mesa, alcohol etílico, sacarosa, aceite vegetal.

¿Qué pasó con cada una de las sustancias? ¿Por qué?

El agua tiene una serie de propiedades debido a la capacidad de sus moléculas para unirse entre sí mediante enlaces de hidrógeno. La molécula de agua es polar - un dipolo. Las cargas positivas se concentran en los átomos de hidrógeno, ya que el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno. El átomo de oxígeno cargado negativamente de una molécula de agua es atraído por el átomo de hidrógeno cargado positivamente de otra molécula para formar un enlace de hidrógeno. El enlace de hidrógeno es más débil que el enlace covalente, por lo que se rompe fácilmente (Sweet 8). Así, en el agua líquida, las moléculas son móviles, penetran fácilmente en las membranas celulares. Esto es muy importante para los procesos metabólicos (Figura 1. en la página 9).

Las sustancias hidrofílicas son sustancias que son altamente solubles en agua.

Las sustancias hidrofóbicas son sustancias que son poco solubles en agua.

Usando el libro de texto en grupos, debe completar la tabla "Propiedades y valor del agua". (diapositiva 9-18)

Consolidación del material estudiado:(diapositiva 19)

En un día claro de primavera, la temperatura del aire es de + 10 C, la humedad es del 80%. ¿Habrá heladas por la noche? ¿Por qué?

3. Sales minerales- Sustancias inorgánicas en la célula, en forma de sales. (diapositiva 26, 27)

Cationes: K+, Na+, Ca+2.

Amortiguación: la capacidad de una célula para mantener la constancia relativa de un entorno débilmente alcalino.

Aniones - H 2 PO 4 - (dentro de la célula); H 2 CO 3 - (sangre y MA).

Los aniones y aminoácidos están unidos por protones de hidrógeno y el grupo hidroxilo del agua, y el pH del medio no cambia.

4. Además de sustancias inorgánicas, la célula también incluye materia orgánica. (diapositiva 27)

Carbohidratos - C n (H 2 O) m

Los carbohidratos son: Simples (monosacáridos) y complejos (oligosacáridos y polisacáridos)

Monosacáridos (sustancias incoloras, de sabor dulce, solubles en agua):

pentosas (ribosa C 5 H 10 O 5; desoxirribosa - C 5 H 10 O 4);

Hexosas (glucosa, fructosa y galactosa - C 6 H 12 O 6); tetrosas (4 átomos de C); Triosas (3 átomos de C).

Oligosacáridos (de 2 a 10 monosacáridos. Se disuelven bien en agua):

maltosa (azúcar de malta); sacarosa (azúcar de remolacha); Lactosa (azúcar de la leche).

Polisacáridos (poco solubles en agua, insípidos, consisten en hasta 300 moléculas de glucosa))

Almidón; mureína; glucógeno; quitina; Celulosa, etc

Funciones de los carbohidratos.

Después de estudiar el artículo del libro de texto en la página 14 y completar el diagrama "Funciones de los carbohidratos" (diapositiva 42)

(diapositiva 42)

¿Por qué todos los carbohidratos se descomponen en glucosa?

5. Lípidos- grupo combinado compuestos orgánicos, que no tienen una sola característica química; insoluble en agua, pero altamente soluble en solventes orgánicos, se encuentra en todas las células de animales y plantas (del 5 al 90% de la masa seca).

Hay lípidos simples (glicolípidos, grasas, ceras, esteroles) y complejos.

Grasas- ésteres de ácidos grasos superiores y glicerol de alcohol trihídrico. (diapositiva 43 - 50)

(hidrofílico no polar) R-----COOH (hidrofílico polar)

Las células vegetales son ricas en insaturados ácidos grasos y los animales están saturados.

Complete el diagrama usando el libro de texto: "Funciones de los lípidos" (diapositiva 49)

Consolidación del material estudiado.(diapositiva 50)

Dibuja una gota de grasa formando una gota en agua.

Haz la "Prueba de Verificación" (diapositiva 51)

6. Proteínas.

por favor recuerda el dicho F. Engels "La vida es una forma de existencia de los cuerpos proteicos, cuyo punto esencial es el intercambio constante de sustancias con su entorno. naturaleza externa: además, cuando cesa el metabolismo, cesa la vida misma, lo que conduce a la descomposición de las proteínas: "(diapositiva 52) (diapositivas 52-61)

¿Cuáles son los puntos principales en esta definición de la vida?

Las proteínas tienen otro nombre: proteínas.

Traducido del griego significa "protos" - el primero, jefe. Por lo tanto, las proteínas son las sustancias principales de la célula. Demostrémoslo.

Las proteínas son biopolímeros, que consisten en monómeros: aminoácidos, solo hay 20 de ellos. Mira la fórmula general de los aminoácidos:

Los péptidos se forman cuando los aminoácidos se unen mediante un enlace peptídico.

La estructura de la molécula de proteína.(diapositiva 55-56)

• La estructura primaria es un enlace peptídico entre los grupos carboxilo y amino, una cadena polipeptídica. Inaugurado en 1888 AV. Danilevsky.
• La estructura secundaria - enlace - hidrógeno entre el oxígeno y el hidrógeno de los grupos amino y carboxilo de diferentes aminoácidos, la cadena polipeptídica se tuerce en una estructura espiral dentro de la molécula.
• La estructura terciaria es un enlace disulfuro, entre los azufres de los radicales, el empaquetamiento de la hélice secundaria en una estructura globular.
• Estructura cuaternaria: un complejo que combina varias estructuras terciarias de naturaleza orgánica y materia inorgánica.

Propiedades de las proteínas (diapositivas 57-58)

1. Desnaturalización: una violación de la estructura de la proteína.

Estructuras I y II - irreversibles,

Estructuras III y IV - desnaturalización reversible.

2. Renaturalización: restauración de la estructura natural de la proteína. (lana - borramos, se restablece la conexión S-S)

3. Especificidad de especie: determinada por un conjunto de aminoácidos, su número, secuencia en la cadena.

4. Individualidad proteica de una persona: rechazo de órganos de donantes, alergias. Subyace a la inmunidad.

Consolidación del material estudiado.

Complete la tabla "La estructura de la molécula de proteína" (diapositiva 60)

¿Por qué un huevo cocido nunca produce una gallina? (diapositiva 59)

¿Por qué los aminoácidos son anfóteros?

¿Qué parte de un aminoácido determina sus propiedades únicas?

6. Las enzimas (enzimas) son proteínas específicas que realizan una función catalítica. (diapositivas 77 - 79) La ciencia de la enzimología. El académico I. P. Pavlov llamó a las enzimas "los agentes causantes de la vida y el primer acto de la actividad vital". Todas las enzimas son de naturaleza proteica, pero no todas las proteínas son de naturaleza enzimática. ¿Por qué?

El centro activo es la conexión de la enzima con el sustrato. La forma del sitio activo y el sustrato encajan como la llave de una cerradura.

Centro alostérico: hay una unión de compuestos de bajo peso molecular que no son similares en estructura al sustrato.

7. Ácidos nucleicos - ARN y ADN

Los ácidos nucleicos son compuestos orgánicos naturales de alto peso molecular que proporcionan almacenamiento y transmisión de información hereditaria.

"Núcleo" significa "núcleo" en latín. Fueron descubiertos por primera vez en el núcleo en 1869 por el químico suizo I. F. Misher... en organismos vivos. Los ácidos nucleicos son heteropolímeros lineales formados por monómeros, bloques de construcción repetitivos llamados nucleótidos.

ADN. (diapositiva 62 - 64)

La estructura del ADN fue modelada en 1953 en los Estados Unidos por D. Watson y F. Crick. Es una hélice de doble hebra torcida alrededor de su eje. Los monómeros son nucleótidos.

nucleótido - Este es un compuesto químico que consiste en los residuos de tres sustancias: una base nitrogenada, un azúcar de cinco átomos: desoxirribosa y ácido fosfórico. Están conectados entre sí a través de un carbohidrato de un nucleótido y un residuo de ácido fosfórico de un nucleótido adyacente.

Bases nitrogenadas: Purina - adenina y guanina; Pirimidina - citosina y timina.

Propiedades del ADN:(diapositiva 65-66)

1. complementariedad- conexión selectiva de nucleótidos, con la formación de un par A \u003d T; G \u003d C. Si se conoce la secuencia de bases en una cadena, entonces, gracias a la complementariedad, puede averiguar la secuencia de bases en otra cadena.

Considere un ejemplo:

Dado un fragmento de una cadena de ADN:

: A - T - G - C - A - A - T - C - G: Completa la segunda cadena.

2. La composición cuantitativa de nucleótidos del ADN fue analizada por primera vez por un estadounidense E. Chargaff. La cantidad de adenina siempre es igual a la cantidad de timina, y la cantidad de guanina siempre es igual a la cantidad de citosina. Este patrón se llama regla de Chargaff.

Los nucleótidos se encuentran a una distancia de 0,34 nm entre sí y la masa de un nucleótido es 345. ¡Estas son constantes!

Resolvamos ahora el problema número 5 de la página 27 del libro de texto.

3. molécula de ADN capaz a la auto-duplicación - replicación .

En este caso, se copia la información contenida en ellos. La hélice del ADN se desintegra y los nucleótidos libres son atraídos por cada hebra, sintetizando dos nuevas hebras de ADN. Como resultado de la replicación, dos nuevas moléculas de ADN son una copia exacta de la molécula original. Este proceso subyace en la transmisión de información hereditaria a nivel celular y de organismo.

También es un polímero cuyo monómero son los nucleótidos. (diapositiva 67 - 69)

Nucleótido de ARN: bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y uracilo) -ribosa - un residuo de ácido fosfórico. Conectado a través de enlaces entre la ribosa de un nucleótido y el residuo de ácido fosfórico de otro nucleótido.

Tipos de ARN: (diapositiva 54)

1. Monocatenario: transfiera información sobre la estructura primaria de la proteína, desde los cromosomas hasta el sitio de síntesis de la proteína:

1. ARN ribosómico (ARNr): en combinación con proteínas, forma ribosomas en los que se produce la síntesis de proteínas.

2. ARN informativo (matriz) (ARNm): programa la síntesis de proteínas en la célula. Transfiere el código de ADN al sitio de síntesis de proteínas.

3. ARN de transferencia (ARNt) - entrega aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas y determina la orientación exacta del aminoácido en el ribosoma. (diapositiva 69)

El ARNt tiene cuatro bucles: aceptor, para unir un aminoácido; anticodón, para el reconocimiento de codones durante la traducción, y dos bucles laterales.

2. Los guardianes de la información hereditaria de ARN de doble cadena en varios virus realizan la función de los cromosomas.

Consolidación del material estudiado.

1. Y ahora, por favor, utilizando el libro de texto y sus notas, complete la tabla "Ácidos nucleicos". (diapositiva 72 - 74)

2. Escribe en el diagrama los nombres de los componentes de los nucleótidos de ADN y ARN. (diapositiva 70)

8. ATP: un nucleótido que consta de una base nitrogenada: adenina + pentosa (ribosa) + tres residuos de ácido fosfórico. (diapositiva 75)

Los grupos fosfato en la molécula de ATP están interconectados por enlaces macroérgicos, cuando se rompen, se libera una gran cantidad de energía, se forma ADP y se libera energía.

ATP es el más intensivo en energía. La escisión del fosfato terminal de ATP va acompañada de la liberación de 40 kJ de energía. El ATP se encuentra en las mitocondrias, el núcleo y los cloroplastos. Con su ayuda, se lleva a cabo la síntesis de sustancias. El ATP es un acumulador de energía biológica universal. (diapositiva 76)

Consolidación de conocimientos.

¿Cuáles son las razones para usar medicamentos que contienen ATP para la distrofia muscular o cardíaca?

Tarea.

1. Repita el material sobre la composición química de la célula. Prepárese para el seminario.

2. Para los que lo deseen:

a) hacer un crucigrama, acertijo o pruebas sobre cualquiera de los temas.

b) hacer un modelo de ADN, estructuras proteicas, ATP o complejo enzima-sustrato.

c) hacer una presentación en el programa power point, sobre cualquiera de los temas.

3. (Para los que deseen). Según el libro de texto N.I. Sonina "Biología General" traduce el texto "Summari" en las páginas 87, 103,

Referencias.

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5. Tareas y ejercicios de biología general G.M. Murtazín. - M.: Educación, 1981.
6. Biología general: Libro de texto para 10-11 celdas. instituciones educativas / V.B. Zakharov, S.G. Mamontov, N.I. Sonin.-M.: Bustard, 2006.
7. Biología general: Libro de texto para 10-11 celdas. instituciones educativas / D.K. Belyaev, P. M. Borodin y otros, editado por D. K. Belyaev, G. M. Dymshits-M.: Education, 2005.
8. Trabajo independiente estudiantes de biología general / Anastasova L. P - M .: Educación, 89.

La similitud de la composición química elemental de las células de todos los organismos prueba la unidad de la naturaleza viva. Al mismo tiempo, no hay un solo elemento químico contenido en los organismos vivos que no se encuentre en los cuerpos de la naturaleza inanimada. Esta es la expresión de la comunidad de la naturaleza animada e inanimada. A continuación se muestra una lista de los principales elementos químicos que componen la composición (en % de peso húmedo):

Esta lista se divide naturalmente en 3 grupos. El oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno son el grupo de elementos más ricos en los seres vivos. En una celda, constituyen hasta el 98% de su peso húmedo. El segundo grupo combina los siguientes 8 elementos, que están representados por décimas y centésimas de un por ciento en la sustancia de una célula viva; su cantidad total es de aproximadamente 1.9% peso total células. El tercer grupo incluye tales oligoelementos, que son muy pocos en una célula viva, pero son absolutamente necesarios para su funcionamiento normal.

A pesar de la unidad de la composición elemental de la naturaleza animada e inanimada, las células de los seres vivos se construyen a partir de compuestos químicos específicos de estos elementos, que recibieron un nombre especial: sustancias orgánicas. En la actualidad, las sustancias orgánicas en la naturaleza se pueden formar en nuestro planeta solo en el cuerpo de los organismos vivos. Esto, por supuesto, no excluye la posibilidad de que su síntesis artificial se lleve a cabo en laboratorios.

Las células también contienen compuestos inorgánicos. Pero con la excepción del agua, constituyen una proporción insignificante en comparación con el contenido de sustancias orgánicas.

El porcentaje en la celda de agua, varias sustancias orgánicas e inorgánicas es el siguiente (calculado en peso húmedo):

Además de catalítico, es muy importante función estructural proteinas Las proteínas forman parte de todas las membranas que rodean y penetran en la célula. Cuando se combina con el ADN, la proteína forma el cuerpo de los cromosomas, y cuando se combina con el ARN, forma el cuerpo de los ribosomas. Las soluciones de proteínas de bajo peso molecular forman parte de las fracciones líquidas de la célula. Finalmente, es con proteínas que la implementación de funciones tales como la transferencia de oxígeno en el cuerpo del cuerpo (lo lleva a cabo la proteína de la sangre, la hemoglobina), la contracción muscular, la transmisión de la irritación a través de los nervios y una serie de otros.

La composición química de las proteínas es extremadamente diversa y, al mismo tiempo, todas están construidas según el mismo principio, según el principio. polímero: una molécula de una proteína consta de muchas no del todo idénticas monómeros- Moléculas de aminoácidos. En total, hay 20 aminoácidos diferentes que componen las proteínas. Cada uno de ellos tiene un grupo carboxilo (COOH), un grupo amina (NH 2) y un tercer componente químico (radical - R), en el que un aminoácido difiere de otro. En una molécula de proteína, los aminoácidos están conectados químicamente por un enlace peptídico: el grupo carboxilo de un ácido está conectado al grupo amino de otro; Con cada conexión de este tipo, se libera una molécula de agua:

En la molécula de una proteína, algunos aminoácidos pueden repetirse muchas veces, mientras que otros están completamente ausentes. El número total de aminoácidos que componen una molécula de proteína a veces llega a varios cientos de miles. Como resultado, la molécula de proteína es macromolécula, es decir, una molécula con una gran peso molecular: desde varias decenas de miles hasta varios cientos de miles.

Las propiedades químicas y fisiológicas de las proteínas están determinadas no solo por qué aminoácidos están incluidos en su composición, sino también por qué lugar ocupa cada uno de los aminoácidos en la cadena larga de la molécula de proteína. Esto da como resultado una gran variedad estructura primaria de una molécula de proteína. En una célula viva, las proteínas también tienen una estructura secundaria y terciaria, que también está asociada con sus propiedades funcionales específicas. Estructura secundaria de una molécula de proteína. Se logra por su espiralización: una larga cadena de aminoácidos interconectados se retuerce y las bobinas de la hélice están estrechamente adyacentes entre sí. Estructura terciaria está determinado por el hecho de que la molécula de proteína sliralizada todavía se pliega repetida y regularmente, formando un glóbulo compacto (bola). Es este estado de la molécula de proteína el que corresponde al estado activo de la proteína-enzima. Si bajo la influencia varios factores(calentamiento, tratamiento con productos químicos) la molécula de proteína se despliega y se pierde la estructura secundaria y terciaria de la proteína, luego también pierde sus propiedades enzimáticas. Tal cambio puede resultar reversible (la proteína restaurará su estructura secundaria y terciaria estructura), si el impacto no fue demasiado fuerte. Los cambios irreversibles en la estructura de las proteínas en la célula conducen a su muerte.

carbohidratos- un componente tan necesario de cualquier célula como la proteína. EN células vegetales son mucho más que en los animales. Los carbohidratos son una especie de "combustible" para una célula viva: al oxidarse, liberan energía química, que es consumida por la célula para todos los procesos de la vida. En las plantas, los carbohidratos también realizan importantes funciones de construcción: a partir de ellos se forman caparazones tanto de células vivas como de células muertas (madera).

Según su composición química, los carbohidratos se dividen en dos grandes grupos: carbohidratos simples y complejos. En el más conocido carbohidratos simples contiene 5 ( pentosas) o 6 ( hexosas) átomos de carbono y el mismo número de moléculas de agua. Ejemplos de carbohidratos simples son la glucosa y la fructosa que se encuentran en muchas plantas.

Hidratos de carbono complejos- esta es una combinación de varias moléculas de carbohidratos simples en uno. El azúcar dietético (sacarosa), por ejemplo, se compone de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. Se incluye una cantidad significativamente mayor de moléculas de carbohidratos simples en carbohidratos complejos como el almidón, la fibra (celulosa). En una molécula de fibra, por ejemplo, hasta 100-150 moléculas de glucosa.

Grasas y lipoides- también el componente obligatorio de cualquier célula. Al igual que los carbohidratos, las células utilizan las grasas como fuente de energía: cuando las grasas se descomponen, se libera energía. La grasa subcutánea juega un importante papel de aislamiento térmico en muchos animales (acuáticos). En los animales que hibernan en invierno, las grasas aportan al organismo la energía necesaria, ya que en esta época no llegan los nutrientes del exterior. Las grasas constituyen un suministro de nutrientes en las semillas de muchas plantas.

Según la composición química, las grasas son una combinación de glicerol con varios ácidos grasos. Es a estos ácidos de alto peso molecular a los que las grasas y los lípidos deben su importante propiedad biológica: no se disuelven en agua. Por lo tanto, las sustancias similares a las grasas, los lipoides, forman parte de todas las membranas celulares y sus elementos estructurales. La capa intermedia de lípidos de tales membranas impide el libre movimiento de agua de una célula a otra.

Ácidos nucleicos se encontraron por primera vez en los núcleos celulares. Hay dos tipos ácidos nucleicos: desoxirribonucleico(ADN abreviado) y ribonucleico(ARN abreviado). El ADN se encuentra principalmente en el núcleo de la célula, el ARN, en el citoplasma y en el núcleo. La importancia de los ácidos nucleicos radica en que permiten la síntesis de proteínas específicas de la célula. Debido a la función del ADN asociada a la síntesis de proteínas enzimáticas, también se lleva a cabo su papel genético: el ADN es el portador de la información hereditaria.

Arroz. 5. Esquema de la estructura de nucleótidos.

Estructura molecular del ADN refleja su propiedad química especial: la capacidad de reproducirse (replicación) y su función principal: garantizar la síntesis de proteínas específicas. Esta es una cadena doble muy larga. Su longitud es cientos de veces mayor que la longitud de la cadena de la molécula de proteína. Al igual que la molécula de proteína, la molécula de ADN tiene una estructura helicoidal: la doble hebra está enrollada helicoidalmente alrededor de su eje longitudinal. Cada cadena individual es un polímero y consta de monómeros individuales interconectados: nucleótidos. La composición de cualquier nucleótido incluye dos componentes químicos constantes (ácido fosfórico y carbohidrato desoxirribosa) y uno variable, que puede representarse por una de cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, timina o citosina(. 5). Por lo tanto, solo hay 4 nucleótidos diferentes en las moléculas de ADN. La diversidad de moléculas DIC es enorme y se logra debido a la diferente secuencia de nucleótidos en la cadena de ADN. Así, tanto el ADN como las proteínas se construyen según el mismo principio químico: la especificidad del ADN está determinada por el orden de los nucleótidos en su molécula, la especificidad de una proteína está determinada por el orden de los aminoácidos en su molécula. Como se verá a partir de lo que sigue, esta coincidencia es de suma importancia en la síntesis de proteínas.

Arroz. 6. Esquema de la estructura de una molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN): dos cadenas de nucleótidos, retorcidas en espiral, están conectadas por bases nitrogenadas: a - adenina, T-timina, G - guanina, C - citosina

Dos cadenas simples de ADN están conectadas en una cadena doble a través de nucleótidos. En este caso, sólo tales compuestos químicos: adenina con timina y guanina con citosina. Por lo tanto, la secuencia de nucleótidos en una cadena determina rígidamente su secuencia en otra cadena. La correspondencia estricta de los nucleótidos entre sí en las cadenas apareadas de una molécula de ADN se denomina complementariedad(Figura 6). Esta característica de la estructura química de la molécula de ADN se crea en el proceso de síntesis de ADN en una célula viva, que se llama replicación. Este proceso se muestra esquemáticamente en la Fig. 7. Todo se reduce al hecho de que la doble cadena original de la molécula de ADN bajo la acción de una enzima especial se divide gradualmente en dos simples, y luego se unen nucleótidos libres a cada uno de ellos de acuerdo con el principio de afinidad química ( adenina a timina, guanina a citosina). Así, la doble estructura del ADN se restablece nuevamente. Pero ahora hay dos de esas moléculas dobles en lugar de una. Por lo tanto, la síntesis de ADN se llama auto reproducciones, o replicación: cada molécula de ADN, por así decirlo, se duplica a sí misma.

La estructura molecular del ARN es similar a la del ADN. Pero también hay diferencias significativas. La molécula de ARN no es una doble, sino una sola cadena de nucleótidos. Por lo tanto, el ARN no es capaz de autorreplicarse. La composición de las moléculas de ARN también incluye 4 nucleótidos, pero uno de ellos es diferente al ADN: en lugar de timina, el ARN contiene otro compuesto nitrogenado: uracilo. Además, la composición de todos los nucleótidos de la molécula de ARN no incluye desoxirribosa, sino ribosa. Las moléculas de ARN no son tan grandes como las moléculas de ADN. Las dos formas de ARN se discutirán más adelante.

Ácido trifosfórico de adenosina(ATP). Esta sustancia orgánica forma parte de cualquier célula, donde realiza una de las funciones más importantes. Químicamente, el ATP es un nucleótido compuesto por la base nitrogenada adenina, el carbohidrato ribosa y el ácido fosfórico. Pero a diferencia del nucleótido, que forma parte del ARN, la molécula de ATP contiene tres moléculas de ácido fosfórico. Esta circunstancia determina las características bioquímicas y la función del ATP. Inestable enlaces químicos Las moléculas de ácido fosfórico en ATP son muy ricas en energía: cuando estos enlaces se rompen, la energía se libera y se utiliza en una célula viva para procesos vitales y síntesis. Tal brecha se lleva a cabo mediante la adición de agua a la molécula de ATP y la eliminación de una molécula de ácido fosfórico.

Arroz. 7. Esquema de replicación (autoduplicación) de la molécula de ADN. A - la molécula de ADN original antes de la replicación; B - replicación de una molécula de ADN: las cadenas divergen y se ajusta a cada una de ellas una nueva cadena de nucleótidos libres según el principio de complementariedad; B - dos moléculas de ADN. formado como resultado de la replicación

Como resultado, la molécula de ATP se convierte en ADP ( ácido adenosina difosfórico):
ATP + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + energía libre.

El proceso inverso de convertir ADP en ATP ocurre al unir una molécula de ácido fosfórico a ADP con la liberación de agua y la absorción. un número grande energía. Así, el sistema proporciona un intercambio constante de energía en una célula viva.

La mayoría de los elementos químicos que se encuentran en los organismos vivos sistema periodico elementos de D. I. Mendeleev, descubiertos hasta la fecha. Por un lado, no contienen un solo elemento que no estaría en la naturaleza inanimada y, por otro lado, sus concentraciones en cuerpos de naturaleza inanimada y organismos vivos difieren significativamente.

Estos elementos químicos forman sustancias inorgánicas y orgánicas. A pesar de que las sustancias inorgánicas predominan en los organismos vivos, son las sustancias orgánicas las que determinan la singularidad de su composición química y el fenómeno de la vida en general, ya que son sintetizadas principalmente por organismos en el proceso de actividad vital y juegan un papel importante en reacciones

El estudio de la composición química de los organismos y reacciones químicas fluyendo en ellos, se ocupa de la ciencia bioquímica.

Cabe señalar que el contenido sustancias químicas en diferentes células y tejidos puede variar significativamente. Por ejemplo, si las proteínas predominan entre los compuestos orgánicos en las células animales, los carbohidratos predominan en las células vegetales.

Macro y microelementos

Alrededor de 80 elementos químicos se encuentran en los organismos vivos, pero solo 27 de estos elementos tienen sus funciones en la célula y el organismo. El resto de los elementos están presentes en cantidades mínimas y parece que se ingieren a través de los alimentos, el agua y el aire. El contenido de elementos químicos en el cuerpo varía significativamente. Según la concentración, se dividen en macronutrientes y microelementos.

La concentración de cada macronutrientes en el cuerpo supera el 0,01%, y su contenido total es del 99%. Los macronutrientes incluyen oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio, sodio, cloro, magnesio y hierro. Los primeros cuatro de estos elementos (oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno) también se denominan organogénico, ya que forman parte de los principales compuestos orgánicos. El fósforo y el azufre también son componentes de varias sustancias orgánicas, como proteínas y ácidos nucleicos. El fósforo es esencial para la formación de huesos y dientes.

Sin los macronutrientes restantes, el funcionamiento normal del cuerpo es imposible. Entonces, el potasio, el sodio y el cloro están involucrados en los procesos de excitación de las células. El potasio también es necesario para que muchas enzimas funcionen y retengan agua en la célula. El calcio se encuentra en las paredes celulares de plantas, huesos, dientes y caparazones de moluscos, y es necesario para la contracción muscular y el movimiento intracelular. El magnesio es un componente de la clorofila, un pigmento que asegura el flujo de la fotosíntesis. También participa en la biosíntesis de proteínas. El hierro, además de formar parte de la hemoglobina, que transporta el oxígeno en la sangre, es necesario para los procesos de respiración y fotosíntesis, así como para el funcionamiento de muchas enzimas.

oligoelementos están contenidos en el organismo en concentraciones inferiores al 0,01%, y su concentración total en la célula no alcanza ni siquiera el 0,1%. Los oligoelementos incluyen zinc, cobre, manganeso, cobalto, yodo, flúor, etc. El zinc es parte de la molécula de la hormona pancreática insulina, el cobre es necesario para la fotosíntesis y la respiración. El cobalto es un componente de la vitamina B12, cuya ausencia provoca anemia. El yodo es necesario para la síntesis de las hormonas tiroideas, que aseguran el curso normal del metabolismo, y el flúor está asociado a la formación del esmalte dental.

Tanto la falta como el exceso o la violación del metabolismo de macro y microelementos conducen al desarrollo varias enfermedades. En particular, la falta de calcio y fósforo provoca raquitismo, la falta de nitrógeno provoca una grave deficiencia de proteínas, la falta de hierro provoca anemia y la falta de yodo provoca una violación de la formación de hormonas tiroideas y una disminución de la tasa metabólica. Reducir la ingesta de flúor con agua y alimentos provoca en gran medida una violación de la renovación del esmalte dental y, como resultado, una predisposición a la caries. El plomo es tóxico para casi todos los organismos. Su exceso provoca daños irreversibles en el cerebro y el centro sistema nervioso, que se manifiesta por pérdida de visión y audición, insomnio, insuficiencia renal, convulsiones, y también puede derivar en parálisis y enfermedades como el cáncer. intoxicación aguda El plomo se acompaña de alucinaciones repentinas y termina en coma y muerte.

La falta de macro y microelementos puede compensarse aumentando su contenido en alimentos y agua potable, así como tomando medicamentos. Así, el yodo se encuentra en los mariscos y la sal yodada, el calcio en las cáscaras de huevo, etc.

La relación de la estructura y funciones de las sustancias inorgánicas y orgánicas (proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos, ATP) que componen la célula. El papel de los productos químicos en la célula y el cuerpo humano.

sustancias inorgánicas

Los elementos químicos de la célula forman varios compuestos, inorgánicos y orgánicos. Las sustancias inorgánicas de la célula incluyen agua, sales minerales, ácidos, etc., y las sustancias orgánicas incluyen proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos, ATP, vitaminas, etc.

Agua(H 2 O) - la sustancia inorgánica más común de la célula, que tiene propiedades fisicoquímicas únicas. No tiene sabor, ni color, ni olor. La densidad y la viscosidad de todas las sustancias son estimadas por el agua. Como muchas otras sustancias, el agua puede estar en tres estados de agregación: sólido (hielo), líquido y gaseoso (vapor). El punto de fusión del agua es 0°C, el punto de ebullición es 100°C, sin embargo, la disolución de otras sustancias en agua puede cambiar estas características. La capacidad calorífica del agua también es bastante alta: 4200 kJ / mol·K, lo que le permite participar en los procesos de termorregulación. En una molécula de agua, los átomos de hidrógeno están ubicados en un ángulo de 105 °, mientras que los pares de electrones comunes son arrancados por el átomo de oxígeno más electronegativo. Esto determina las propiedades dipolares de las moléculas de agua (uno de sus extremos está cargado positivamente y el otro está cargado negativamente) y la posibilidad de formación de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. La adhesión de las moléculas de agua subyace al fenómeno de la tensión superficial, la capilaridad y las propiedades del agua como disolvente universal. Como resultado, todas las sustancias se dividen en solubles en agua (hidrofílicas) e insolubles en agua (hidrofóbicas). Gracias a estas propiedades únicas, está predeterminado que el agua se haya convertido en la base de la vida en la Tierra.

El contenido promedio de agua en las células del cuerpo no es el mismo y puede cambiar con la edad. Entonces, en un embrión humano de un mes y medio, el contenido de agua en las células alcanza el 97,5%, en ocho meses, el 83%, en un recién nacido disminuye al 74% y en un adulto promedia el 66%. Sin embargo, las células del cuerpo difieren en el contenido de agua. Entonces, los huesos contienen aproximadamente un 20% de agua, el hígado, un 70% y el cerebro, un 86%. En conjunto, se puede decir que la concentración de agua en las células es directamente proporcional a la tasa metabólica.

sales minerales puede estar en estados disueltos o no disueltos. Sales solubles disociarse en iones - cationes y aniones. Los cationes más importantes son los iones de potasio y sodio, que facilitan la transferencia de sustancias a través de la membrana y participan en la aparición y conducción de un impulso nervioso; así como los iones de calcio, que intervienen en los procesos de contracción de las fibras musculares y coagulación de la sangre; magnesio, que forma parte de la clorofila; hierro, que forma parte de una serie de proteínas, incluida la hemoglobina. Los aniones más importantes son el anión fosfato, que forma parte del ATP y de los ácidos nucleicos, y el residuo de ácido carbónico, que suaviza las fluctuaciones del pH del medio. Los iones de sales minerales proporcionan tanto la penetración del agua en la célula como su retención en ella. Si la concentración de sales en el ambiente es menor que en la celda, entonces el agua penetra en la celda. Además, los iones determinan las propiedades amortiguadoras del citoplasma, es decir, su capacidad para mantener un pH débilmente alcalino constante del citoplasma, a pesar de educación continua en la celda de productos ácidos y alcalinos.

sales insolubles(CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2, etc.) forman parte de los huesos, dientes, conchas y caparazones de los animales unicelulares y pluricelulares.

Además, en los organismos se pueden producir otros compuestos inorgánicos, como ácidos y óxidos. Así, las células parietales del estómago humano producen ácido clorhídrico, que activa la enzima digestiva pepsina, y el óxido de silicio impregna las paredes celulares de las colas de caballo y forma conchas de diatomeas. EN últimos años también se está investigando el papel del óxido nítrico (II) en la señalización en las células y el cuerpo.

materia orgánica

La celda contiene alrededor de 70 elementos de la Tabla Periódica de Elementos de Mendeleiev, y 24 de ellos están presentes en todos los tipos de celdas. Todos los elementos presentes en la celda se dividen, dependiendo de su contenido en la celda, en grupos:

• macronutrientes– H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
• oligoelementos– B, Ni, Cu, Co, Zn, Mb, etc.;
• ultramicroelementos– U, Ra, Au, Pb, Hg, Se, etc.

• organógenos(oxígeno, hidrógeno, carbono, nitrógeno),
• macronutrientes,
• oligoelementos

La célula contiene moléculas inorgánico Y orgánico conexiones

compuestos celulares inorgánicos – agua Y inorgánico iones
Agua- la sustancia inorgánica más importante de la célula. Todas las reacciones bioquímicas tienen lugar en soluciones acuosas. La molécula de agua tiene una estructura espacial no lineal y tiene polaridad. Los enlaces de hidrógeno se forman entre moléculas de agua individuales, que determinan las propiedades físicas y químicas del agua.

iones inorgánicos:
cationes K+, Na+, Ca2+, Mg2+ y aniones Cl–, NO3-, PO4 2-, CO32-, HPO42-.

La diferencia entre el número de cationes y aniones (Na + , A + , Cl-) en la superficie y en el interior de la célula asegura la aparición de un potencial de acción, que subyace excitación nerviosa y muscular.
Los aniones de ácido fosfórico crean sistema tampón de fosfato, manteniendo el pH del entorno intracelular del cuerpo en el nivel de 6-9.
El ácido carbónico y sus aniones crean sistema tampón de bicarbonato y mantener el pH del medio extracelular (plasma sanguíneo) en el nivel de 7-4.
Los compuestos de nitrógeno sirven fuente nutrición mineral, síntesis de proteínas, ácidos nucleicos.
Los átomos de fósforo forman parte de los ácidos nucleicos, fosfolípidos, así como de los huesos de los vertebrados, la cubierta quitinosa de los artrópodos.
Los iones de calcio forman parte de la sustancia ósea; también son necesarios para la implementación de la contracción muscular, la coagulación de la sangre.

Mesa. El papel de los macronutrientes en los niveles de organización celular y del organismo.

Mesa.

Tareas temáticas

Parte A

A1. La polaridad del agua determina su capacidad
1) conducir el calor
3) disolver cloruro de sodio
2) absorber calor
4) disolver la glicerina

A2. Los niños con raquitismo deben recibir medicamentos que contengan
1) hierro
2) potasio
3) calcio
4) zinc

A3. La conducción de un impulso nervioso es proporcionada por iones:
1) potasio y sodio
2) fósforo y nitrógeno
3) hierro y cobre
4) oxígeno y cloro

A4. Los enlaces débiles entre las moléculas de agua en su fase líquida se denominan:
1) covalente
2) hidrófobo
3) hidrógeno
4) hidrofílico

A5. La hemoglobina contiene
1) fósforo
2) hierro
3) azufre
4) magnesio

A6. Elige un grupo de elementos químicos que deben formar parte de las proteínas
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, Cl
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N

A7. Los pacientes con hipotiroidismo reciben medicamentos que contienen
1) yodo
2) hierro
3) fósforo
4) sodio

Parte B

EN 1. Selecciona las funciones del agua en la jaula
1) energía
2) enzimático
3) transporte
4) edificio
5) lubricar
6) termorregulador

A LAS 2. Seleccionar solo propiedades físicas agua
1) la capacidad de disociarse
2) hidrólisis de sales
3) densidad
4) conductividad térmica
5) conductividad eléctrica
6) donación de electrones

Parte C

C1. ¿Qué propiedades físicas del agua determinan su importancia biológica?

Una célula no es sólo una unidad estructural de todos los seres vivos, una especie de ladrillo de vida, sino también una pequeña fábrica bioquímica en la que se producen diversas transformaciones y reacciones cada fracción de segundo. Así es como se forman los organismos necesarios para la vida y el crecimiento. componentes estructurales: minerales células, agua y compuestos orgánicos. Por lo tanto, es muy importante saber qué sucederá si uno de ellos no es suficiente. ¿Qué papel juegan varios compuestos en la vida de estas diminutas partículas estructurales de los sistemas vivos que no son visibles a simple vista? Tratemos de entender este problema.

Clasificación de las sustancias celulares.

Todos los compuestos que componen la masa de la célula, forman sus partes estructurales y son responsables de su desarrollo, nutrición, respiración, plasticidad y normal desarrollo, se pueden dividir en tres grandes grupos. Estas son categorías como:

• orgánico;
• sustancias inorgánicas de la célula (sales minerales);
• agua.

A menudo, este último se refiere al segundo grupo de componentes inorgánicos. Además de estas categorías, puedes designar aquellas que se componen de su combinación. Estos son metales que forman la molécula de compuestos orgánicos (por ejemplo, una molécula de hemoglobina que contiene un ion de hierro es de naturaleza proteica).

minerales de la celula

Si hablamos específicamente de los compuestos minerales o inorgánicos que componen cada organismo vivo, tampoco son iguales tanto en naturaleza como en contenido cuantitativo. Por lo tanto, tienen su propia clasificación.

Todos los compuestos inorgánicos se pueden dividir en tres grupos.

1. Macronutrientes. Aquellas cuyo contenido en el interior de la célula sea superior al 0,02% de la masa total de sustancias inorgánicas. Ejemplos: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, magnesio, calcio, potasio, cloro, azufre, fósforo, sodio.
2. Oligoelementos: menos del 0,02%. Estos incluyen: zinc, cobre, cromo, selenio, cobalto, manganeso, flúor, níquel, vanadio, yodo, germanio.
3. Ultramicroelementos: el contenido es inferior al 0,0000001%. Ejemplos: oro, cesio, platino, plata, mercurio y algunos otros.

También se pueden destacar varios elementos que son organogénicos, es decir, forman la base de los compuestos orgánicos a partir de los cuales se construye el cuerpo de un organismo vivo. Estos son elementos como:

• hidrógeno;
• nitrógeno;
• carbón;
• oxígeno.

Construyen las moléculas de proteínas (la base de la vida), carbohidratos, lípidos y otras sustancias. Sin embargo, los minerales también son responsables del funcionamiento normal del cuerpo. La composición química de la célula se calcula en decenas de elementos de la tabla periódica, que son la clave para una vida exitosa. Solo alrededor de 12 de todos los átomos no juegan un papel en absoluto, o es insignificante y no se estudia.

Son especialmente importantes algunas sales, que deben ingerirse con los alimentos todos los días en cantidades suficientes para que no se desarrollen diversas enfermedades. Para las plantas es, por ejemplo, el sodio, para los humanos y los animales son las sales de calcio, la sal de mesa como fuente de sodio y cloro, etc.

Agua

Las sustancias minerales de la célula se combinan con agua en un grupo común, por lo tanto, es imposible no decir acerca de su significado. ¿Qué papel juega en el cuerpo de los seres vivos? Enorme. Al comienzo del artículo, comparamos la célula con una fábrica bioquímica. Entonces, todas las transformaciones de sustancias que ocurren cada segundo se llevan a cabo precisamente en ambiente acuático. Es un solvente universal y un medio para interacciones químicas, síntesis y procesos de descomposición.

Además, el agua forma parte del medio interno:

• citoplasma;
• savia celular en las plantas;
• sangre en animales y humanos;
• orina;
• saliva de otros fluidos biológicos.

La deshidratación significa la muerte para todos los organismos sin excepción. El agua es el medio de vida de una gran variedad de flora y fauna. Por lo tanto, es difícil sobrestimar la importancia de esto, es verdaderamente infinitamente grande.

Macronutrientes y su significado

Las sustancias minerales de la célula para su trabajo normal tienen gran importancia. En primer lugar, esto se aplica a los macronutrientes. El papel de cada uno de ellos se ha estudiado en detalle y se ha establecido durante mucho tiempo. Ya hemos enumerado qué átomos forman el grupo de los macroelementos, por lo que no nos repetiremos. Describamos brevemente el papel de los principales.

1. Calcio. Sus sales son necesarias para el aporte de iones Ca 2+ al organismo. Los iones mismos están involucrados en los procesos de paro sanguíneo y coagulación, proporcionan exocitosis celular, así como contracciones musculares, incluidas las contracciones cardíacas. Las sales insolubles son la base de huesos y dientes fuertes de animales y humanos.
2. Potasio y sodio. Mantener el estado de la célula, formar la bomba de sodio-potasio del corazón.
3. Cloro - está involucrado en asegurar la electroneutralidad de la celda.
4. El fósforo, el azufre, el nitrógeno son partes constituyentes muchos compuestos orgánicos, y también participan en el trabajo de los músculos, la composición de los huesos.

Por supuesto, si consideramos cada elemento con más detalle, se puede decir mucho sobre su exceso en el cuerpo y sobre su deficiencia. Después de todo, ambos son dañinos y conducen a enfermedades de varios tipos.

oligoelementos

El papel de los minerales en la célula, que pertenecen al grupo de los microelementos, también es grande. A pesar de que su contenido es muy pequeño en la celda, sin ellos no podrá funcionar normalmente durante mucho tiempo. Los más importantes de todos los átomos anteriores en esta categoría son tales como:

• zinc;
• cobre;
• selenio;
• flúor;
• cobalto.

Un nivel normal de yodo es esencial para mantener la función tiroidea y la producción de hormonas. El cuerpo necesita flúor para fortalecer el esmalte dental y las plantas, para mantener la elasticidad y el rico color de las hojas.

El zinc y el cobre son elementos que componen muchas enzimas y vitaminas. Son participantes importantes en los procesos de síntesis e intercambio plástico.

El selenio es un participante activo en los procesos de regulación, es necesario para el trabajo sistema endocrino elemento. El cobalto, por otro lado, tiene un nombre diferente: vitamina B 12, y todos los compuestos de este grupo son extremadamente importantes para el sistema inmunológico.

Por lo tanto, las funciones de las sustancias minerales en la célula, que están formadas por microelementos, no son menores que las que realizan las macroestructuras. Por lo tanto, es importante consumir ambos en cantidades suficientes.

ultramicroelementos

Las sustancias minerales de la célula, que están formadas por ultramicroelementos, no juegan un papel tan importante como los mencionados anteriormente. Sin embargo, su deficiencia a largo plazo puede conducir al desarrollo de consecuencias muy desagradables y, a veces, muy peligrosas para la salud.

Por ejemplo, el selenio también se incluye en este grupo. Su deficiencia a largo plazo provoca el desarrollo de tumores cancerosos. Por lo tanto, se considera indispensable. Pero el oro y la plata son metales que tienen un efecto negativo sobre las bacterias, destruyéndolas. Por lo tanto, dentro de las células juegan un papel bactericida.

Sin embargo, en general, se debe decir que los científicos aún no han revelado completamente las funciones de los ultramicroelementos, y su significado sigue sin estar claro.

Metales y sustancias organicas

Muchos metales forman parte de moléculas orgánicas. Por ejemplo, el magnesio es una coenzima de la clorofila, necesaria para la fotosíntesis de las plantas. El hierro es parte de la molécula de hemoglobina, sin la cual es imposible respirar. Cobre, zinc, manganeso y otros son parte de las moléculas de enzimas, vitaminas y hormonas.

Obviamente, todos estos compuestos son importantes para el cuerpo. Es imposible atribuirlos completamente a los minerales, pero aún se sigue en parte.

Sustancias minerales de la célula y su significado: grado 5, tabla.

Para resumir lo dicho durante el artículo, elaboraremos un cuadro general en el que reflejaremos cuáles son compuestos minerales y por qué son necesarios. Puede usarlo al explicar este tema a los escolares, por ejemplo, en el quinto grado.

Por lo tanto, los escolares aprenderán las sustancias minerales de la célula y su significado en el curso de la etapa principal de educación.

Consecuencias de la falta de compuestos minerales

Cuando decimos que el papel de los minerales en la célula es importante, debemos dar ejemplos que prueben este hecho.

Enumeramos algunas enfermedades que se desarrollan por falta o exceso de alguno de los compuestos indicados a lo largo del artículo.

1. Hipertensión.
2. Isquemia, insuficiencia cardiaca.
3. Bocio y otras enfermedades de la glándula tiroides (enfermedad de Basedow y otras).
4. Anemia.
5. Mal crecimiento y desarrollo.
6. Tumores cancerosos.
7. Fluorosis y caries.
8. Enfermedades de la sangre.
9. Trastorno del sistema muscular y nervioso.
10. Indigestión.

Por supuesto, esto está lejos de Lista llena. Por ello, es necesario vigilar cuidadosamente que la dieta diaria sea correcta y equilibrada.