Características de los seres vivos, bioelementos y biomoléculas: guía completa de biología

Características diferenciales de los seres vivos

Complejidad molecular

Las principales sustancias responsables del desarrollo de un organismo son macromoléculas.

Niveles de organización

virus → partículas subatómicas → átomos → moléculas → orgánulos celulares → células → órganos → aparatos y sistemas → organismos pluricelulares → comunidades → biosfera.

Automantenimiento

Los seres vivos cogen materia y energía del exterior para realizar sus procesos vitales y construir componentes.

Reproducción

La materia viva tiene la capacidad de reproducirse y originar copias de sí misma. Ya que asocia dos conceptos contradictorios: la herencia (mantiene características de una generación a otra) y la diversidad.

Ciclo vital

Todos los seres vivos presentan diferentes etapas a lo largo de su vida, incluso las células más simples.

Sensibilidad

Todo organismo es sensible y reacciona a los cambios en el medio. Esto proporciona a los seres vivos la capacidad de autorregulación.

La unidad química de los seres vivos

De entre todos los elementos de la Tierra, solo una pequeña cantidad forma los seres vivos, y la composición entre ellos es muy similar.

Bioelementos

Un ser vivo está formado por un conjunto de elementos químicos llamados bioelementos. Los primarios son C, H, O, N, S y P. El resto, como Ca, Na, Mg, etc., no llegan al 0,1 %; son los oligoelementos. Son indispensables.

Biomoléculas

La combinación de un bioelemento entre sí o con átomos de otros bioelementos da lugar a biomoléculas, que se agrupan en:

• Orgánicas (características de la materia viva): glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, compuestos de C, H y O.
• Inorgánicas: el agua y las sales minerales.

Biomoléculas inorgánicas

El agua

El agua es el compuesto más abundante en los seres vivos. Está formada por H₂O y están unidos por enlaces covalentes. Los electrones compartidos se desplazan hacia el oxígeno, debido a la electronegatividad de este. El O adquiere carga negativa y los H carga positiva. Esto es la polaridad, y es la causa de que entre las moléculas de H₂O y las que las rodean haya fuerzas de atracción.

Es importante porque:

• Es el principal disolvente biológico, sirve de transporte y facilita las reacciones en su seno.
• Tiene una elevada capacidad térmica, cogiendo y aguantando calor.
• Alcanza su densidad máxima en estado líquido, por lo que cuando se congela flota sobre el agua.

Glúcidos

Compuestos de C, H y O. Fórmula: C_nH_2nO_n. Se encuentran en la misma proporción que en el agua, pero esto no significa que sean compuestos hidratados. El término glúcido proviene del griego glycos: dulce, aunque no todos son dulces.

Clasificación

Monosacáridos

Glúcidos simples, formados por 4, 5 o 6 C: tetrosas, pentosas y hexosas respectivamente. Las pentosas más destacadas son la ribosa y la desoxirribosa; y las hexosas, como la glucosa y la fructosa. Tienden a formar moléculas cíclicas cuando se encuentran en disolución acuosa.

Disacáridos

Resultan de la unión de un enlace covalente entre dos monosacáridos. Este enlace se denomina glucosídico, en el que se libera una molécula de agua. Los más comunes son:

• Maltosa (azúcar de malta): formada por 2 moléculas de glucosa.
• Lactosa (azúcar de la leche): unión de una glucosa + una galactosa.
• Sacarosa (azúcar de caña): formada por 1 molécula de glucosa + 1 de fructosa.

Polisacáridos

Carecen de sabor dulce y resultan de la unión de muchas moléculas de monosacáridos, generalmente glucosa. Pueden ser lineales (celulosa, quitina) o ramificados (almidón de vegetales, glucógeno o almidón animal).

Funciones de los glúcidos

• Combustible celular: la glucosa es el azúcar más utilizado como fuente de energía por las células.
• Almacén de reserva energética: el almidón es la principal reserva de azúcares en las plantas y constituye un importante alimento para los animales. El glucógeno es la reserva de azúcares en los animales.
• Componente estructural: la ribosa y la desoxirribosa son componentes básicos de la estructura molecular de los ácidos nucleicos. La celulosa es el componente estructural esencial de la pared de las células vegetales, y la quitina realiza una función similar en la pared de los hongos y en el exoesqueleto de los artrópodos.

Lípidos

Compuestos formados por C, H y O. Son compuestos apolares, por lo que son insolubles en agua, aunque solubles en sustancias como éter o cloroformo.

Clasificación

Grasas

Formadas por la unión mediante enlace covalente de tipo éster de un trialcohol, la glicerina, con 1, 2 o 3 moléculas de ácidos grasos. Según la naturaleza de sus ácidos grasos, se clasifican en:

• Saturadas: abundan en animales y suelen ser sólidas a temperatura ambiente.
• Insaturadas: son los aceites vegetales y suelen ser líquidas a temperatura ambiente.

Ceras

Semejantes a las grasas, pero poseen un monoalcohol de cadena larga. La cutina y la suberina son lípidos similares a las ceras, a las que se encuentran asociadas formando una cubierta hidrófoba en los vegetales.

Fosfolípidos

Formados por una molécula de alcohol, por ejemplo la glicerina, unida por un lado a un grupo fosfato y por otro a ácidos grasos. Esto da lugar a una estructura bipolar en la que uno de los extremos es apolar (hidrófobo) y el otro polar (hidrófilo). Esta bipolaridad les permite actuar de barrera entre dos medios diferentes. Los fosfolípidos forman bicapas lipídicas que son la base de las membranas celulares.

Esteroides

Son derivados de una estructura compleja formada por varios anillos hidrocarbonados. Son insolubles en agua. En este grupo se incluye un conjunto de compuestos de gran importancia biológica como el colesterol, la vitamina D y algunas hormonas, como las sexuales.

Funciones de los lípidos

• Reserva energética: las grasas son la principal reserva energética de los animales. La combustión de 1 g de grasa libera aproximadamente el doble de energía que la de 1 g de azúcar.
• Estructural: los fosfolípidos, como resultado de su carácter bipolar, constituyen la base estructural de las membranas celulares. Las ceras desempeñan funciones protectoras y de revestimiento.
• Reguladora: algunas hormonas y vitaminas son esteroides que desempeñan funciones reguladoras de determinados procesos vitales.

Proteínas

Se trata de polímeros resultado de la unión mediante enlace peptídico entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro, unidos a un átomo de carbono llamado alfa. Cada uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas tiene un radical característico.

Estructura tridimensional de las proteínas

La forma en que se pliega la cadena polipeptídica está especificada por su particular secuencia de aminoácidos (aa). Existen 4 estructuras:

• Estructura primaria: secuencia ordenada de aa que forman la cadena polipeptídica.
• Estructura secundaria: la cadena polipeptídica se pliega en forma helicoidal. El plegamiento se mantiene estable por enlaces de hidrógeno entre aa próximos.
• Estructura terciaria: las proteínas se pliegan sobre sí mismas dando lugar a estructuras de aspecto fibroso o globular.
• Estructura cuaternaria: implica la asociación de varias cadenas polipeptídicas que dan lugar a grandes y complejas moléculas.

Funciones de las proteínas

• Estructural: como el colágeno, cuyas fibras dan resistencia y elasticidad a los huesos y cartílagos, o la queratina, que forma las uñas y el pelo.
• Transportadora: como la hemoglobina, que transporta el O₂ de la sangre, o las lipoproteínas plasmáticas, transportadoras del colesterol.
• Reguladora: hormonas como la insulina, que regula el nivel de azúcar en la sangre, o la hormona del crecimiento, son de naturaleza proteica.
• Contráctil: la actina y la miosina forman filamentos cuya interacción origina la contracción muscular.
• Defensa inmunitaria: como los anticuerpos, que se fabrican para neutralizar las sustancias extrañas que penetran en el organismo.
• Enzimática: son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, aumentando la velocidad a la que transcurren las reacciones metabólicas. Su aspecto es globular y poseen una zona en su superficie denominada centro activo.

Características de las enzimas

• Especificidad: una enzima solo actúa sobre un determinado sustrato y solo cataliza un tipo de reacción.
• Eficiencia: una sola molécula de enzima puede catalizar la transformación de muchas moléculas de sustrato por minuto y, además, no se consume en el proceso.

La actividad de una enzima es óptima para un valor determinado de pH. Lejos de este pH su actividad disminuye e incluso puede desaparecer.

Ácidos nucleicos

Son biomoléculas formadas por C, H, O, N y P. Son polímeros cuyas subunidades se denominan nucleótidos.

Un nucleótido es una molécula formada por:

• Un grupo fosfato.
• Una pentosa: ribosa o desoxirribosa.
• Una base nitrogenada: pirimidínicas o púricas.

Tipos de ácidos nucleicos

ADN

Forma parte de los cromosomas en el núcleo celular, aunque también se encuentra en pequeñas cantidades en algunos orgánulos celulares. Su estructura es la de una doble hélice, que consiste en:

• Dos cadenas helicoidales de nucleótidos enrolladas a lo largo de un eje imaginario común.
• Las dos cadenas son antiparalelas: se disponen paralelas en sentido contrario.
• Las bases nitrogenadas se dirigen hacia el interior de la doble hélice, mientras que las pentosas y grupos fosfato forman el esqueleto externo.
• La estructura se mantiene estable gracias a los enlaces de hidrógeno que se forman entre los pares de bases nitrogenadas complementarias. La adenina siempre se empareja con la timina y la guanina con la citosina.

Función del ADN: es el portador de la información hereditaria. La información del ADN está codificada en forma de secuencias de bases. Si las bases nitrogenadas cambian, la información también cambia. El ADN tiene capacidad para duplicarse, lo que permite que su información se herede.

La célula utiliza la información contenida en el ADN para elaborar sus propias proteínas, en particular las enzimas responsables de su funcionamiento.

ARN

Se localiza tanto en el núcleo como en el citoplasma celular.

Estructura: las moléculas de ARN están formadas por una sola cadena de nucleótidos.

Tipos de ARN:

• ARN mensajero: responsable de copiar la información del ADN y llevarla a los ribosomas, con los que colabora en la síntesis de proteínas.
• ARN ribosómico: forma parte de la estructura de los ribosomas.
• ARN de transferencia o soluble: formado por pequeñas moléculas encargadas de transportar los aminoácidos a los ribosomas para que se construya la cadena de proteína.