Características Diferenciales de los Seres Vivos

Los seres vivos presentan una serie de características que los distinguen de la materia inerte:

• Complejidad molecular: Están formados por macromoléculas, que son moléculas de gran tamaño y complejidad.
• Niveles de organización: Poseen una organización jerárquica, desde las moléculas hasta los organismos completos, pasando por células, tejidos, órganos y sistemas.
• Automantenimiento (Nutrición): Incorporan materia y energía del exterior en forma de alimento para su mantenimiento y crecimiento.
• Reproducción: Pueden generar descendencia. Esta puede ser:
  • Sexual: Los descendientes presentan variabilidad genética, no son idénticos a los progenitores.
  • Asexual: Los descendientes son genéticamente idénticos al progenitor.
• Ciclo vital: Experimentan diferentes etapas a lo largo de su vida, desde el nacimiento hasta la muerte.
• Sensibilidad (Relación): Interactúan con su entorno, captando estímulos y respondiendo a ellos.

La Unidad Química de los Seres Vivos

Solo una pequeña parte de los elementos presentes en la Tierra forman parte de los seres vivos. Todos los organismos presentan una composición química muy similar.

Bioelementos

Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos. Se clasifican en:

• Primarios o plásticos: Constituyen el 98% del peso de un ser vivo. Son: Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Azufre (S).
• Secundarios o reguladores: Representan el 2% del peso de un ser vivo. Son: Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K), Magnesio (Mg) y Cloro (Cl).
• Oligoelementos: Se encuentran en proporciones inferiores al 0.1%. Son esenciales para diversas funciones. Algunos ejemplos son: Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Cobre (Cu), Cobalto (Co), Aluminio (Al) y Molibdeno (Mo).

Idoneidad del Carbono

El carbono es el elemento central de las moléculas orgánicas debido a sus propiedades únicas:

• Puede formar cuatro enlaces covalentes sencillos, orientados hacia los vértices de un tetraedro.
• Puede formar enlaces dobles y triples con otros átomos de carbono, generando cadenas lineales o ramificadas, así como anillos cíclicos.
• Se combina con una gran variedad de elementos (O, H, N, etc.), lo que permite la formación de una enorme diversidad de sustancias orgánicas.

Biomoléculas

Las biomoléculas son las moléculas que constituyen los seres vivos. Se clasifican en:

• Inorgánicas: Agua, sales minerales.
• Orgánicas: Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

El Agua

El agua constituye entre el 60% y el 90% de la masa de los seres vivos. Sus propiedades clave son:

• Es una molécula polar.
• Sus moléculas forman enlaces de hidrógeno entre sí.

Importancia biológica del agua:

• Es el principal disolvente biológico, facilitando la disociación de compuestos iónicos y las reacciones químicas.
• Posee una elevada capacidad térmica (calor específico), actuando como amortiguador térmico y protegiendo a los organismos de cambios bruscos de temperatura.
• Alcanza su densidad máxima a 4ºC en estado líquido, lo que permite la vida acuática bajo el hielo.

Sales Minerales

Las sales minerales se encuentran en los seres vivos de tres formas:

• Precipitadas: Formando estructuras esqueléticas sólidas (huesos, conchas, etc.).
• Disueltas: Desempeñando funciones reguladoras (equilibrio osmótico, transmisión del impulso nervioso, etc.).
• Formando parte de moléculas orgánicas: Como en el caso del hierro en la hemoglobina.

Ósmosis

La ósmosis es el paso de disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable desde una disolución más diluida (hipotónica) a una más concentrada (hipertónica) hasta igualar las concentraciones. Los medios se clasifican según su concentración de solutos:

• Medio hipertónico: Alta concentración de soluto.
• Medio hipotónico: Baja concentración de soluto.
• Medio isotónico: Igual concentración de soluto en ambos lados de la membrana.

Biomoléculas Orgánicas

Las biomoléculas orgánicas más complejas se forman por polimerización de monómeros más sencillos.

Glúcidos

Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Su fórmula general es (CH₂O)_n, por lo que también se les conoce como hidratos de carbono. Actúan principalmente como fuente de energía. Se clasifican en:

• Sencillos: Monosacáridos (glucosa, fructosa) y disacáridos (sacarosa, lactosa).
• Complejos: Polisacáridos de reserva energética (almidón en vegetales, glucógeno en animales) y estructurales (celulosa en vegetales, quitina en hongos e insectos).

Lípidos

Son moléculas diversas, pero escasamente solubles en agua (hidrofóbicas). Algunos tipos importantes son:

• Grasas: Almacén de energía en animales. Están formadas por tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerina (triglicéridos).
• Ceras: Formadas por un alcohol de cadena larga y un ácido graso de cadena larga. Forman cubiertas impermeables.
• Fosfolípidos: Componentes principales de las membranas celulares. Están formados por dos ácidos grasos, un grupo fosfato y una molécula de glicerina.
• Terpenos: Pigmentos vegetales (carotenoides).
• Esteroides: Moléculas cíclicas (colesterol, hormonas sexuales).

Proteínas

Son polímeros de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. Existen 20 aminoácidos diferentes que se combinan para formar una gran variedad de proteínas. Desempeñan funciones muy diversas:

• Estructural (colágeno).
• Transportadora (hemoglobina).
• Reguladora (enzimas).
• Hormonal (insulina).
• Inmunológica (anticuerpos).
• Enzimática (catalizadores biológicos).

Ácidos Nucleicos

Son polímeros de nucleótidos. Son responsables de la transmisión y expresión de la información genética. Hay dos tipos principales:

• ADN (Ácido desoxirribonucleico): Almacena y transmite la información genética a la descendencia.
• ARN (Ácido ribonucleico): Transcribe y traduce la información genética del ADN para la síntesis de proteínas.

Nutrición

Los seres vivos intercambian materia y energía con su entorno. Los nutrientes son las sustancias que toman del medio. Existen dos tipos principales de nutrición:

• Autótrofa:
  • Fotosintéticos: Utilizan la luz como fuente de energía (plantas, algas, cianobacterias).
  • Quimiosintéticos: Utilizan la energía liberada en reacciones químicas (algunas bacterias).
• Heterótrofa: Obtienen la energía de la combustión de materia orgánica (animales, hongos, la mayoría de las bacterias).

Metabolismo Celular

El metabolismo celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en la célula, transformando metabolitos mediante la acción de enzimas. Se divide en dos procesos principales:

• Catabolismo: Reacciones de degradación y oxidación. Moléculas complejas se descomponen en moléculas más sencillas, liberando energía (ATP).
• Anabolismo: Reacciones de construcción y reducción. Moléculas sencillas se combinan para formar moléculas más complejas, consumiendo energía (ATP).

Estas reacciones están acopladas mediante intermediarios energéticos como el ATP (adenosín trifosfato). Todas las reacciones metabólicas son catalizadas por enzimas. Las enzimas:

• Disminuyen la energía de activación de las reacciones.
• No alteran el balance energético global de la reacción.
• No modifican el equilibrio de la reacción, solo aceleran su consecución.
• Se recuperan intactas al final de la reacción y pueden ser reutilizadas.

Cromosomas

Los cromosomas son estructuras en forma de bastoncillo formadas por ADN asociado a proteínas (histonas). Se encuentran en el núcleo de las células y se hacen visibles durante la división celular (mitosis o meiosis). Las células pueden ser:

• Haploides (n): Poseen un solo juego de cromosomas.
• Diploides (2n): Poseen dos juegos de cromosomas (uno de cada progenitor).

Ciclo Celular

El ciclo celular es el período de tiempo que transcurre desde que se forma una célula hasta que se divide. Consta de dos fases principales:

• Interfase (reposo aparente): Es la fase más larga. Incluye la síntesis de ARNm y proteínas, y la duplicación del ADN (fase S).
• División (Mitosis o Meiosis): Se divide el núcleo (cariocinesis) y el citoplasma (citocinesis).

Mitosis

La mitosis es un proceso de división celular en el que una célula madre da lugar a dos células hijas con la misma información genética y dotación cromosómica.

Fases de la mitosis:

• Profase: Se condensan los cromosomas (se hacen visibles las cromátidas), se duplican los centriolos (en células animales), desaparece la membrana nuclear y se forma el huso mitótico.
• Metafase: Los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial (plano medio de la célula).
• Anafase: Se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma y se dirigen hacia polos opuestos de la célula.
• Telofase: Los cromosomas se desespiralizan, se forma la membrana nuclear alrededor de cada juego de cromosomas y se produce la citocinesis (división del citoplasma).

Meiosis

La meiosis es un proceso de división celular en el que una célula madre diploide (2n) da lugar a cuatro células hijas haploides (n), cada una con la mitad de la dotación cromosómica de la célula original. Es fundamental para la reproducción sexual, ya que genera gametos (óvulos y espermatozoides).

Etapas de la meiosis:

Consta de dos divisiones celulares consecutivas:

• Meiosis I (Reduccional):
  • Profase I: Es la fase más larga y compleja. Los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis) e intercambian material genético (entrecruzamiento o crossing-over).
  • Metafase I: Los pares de cromosomas homólogos se alinean en la placa ecuatorial.
  • Anafase I: Se separan los cromosomas homólogos (no las cromátidas) y se dirigen a polos opuestos.
  • Telofase I: Los cromosomas llegan a los polos, se forma la membrana nuclear (en algunas especies) y se produce la citocinesis. Las células hijas son haploides, pero cada cromosoma aún consta de dos cromátidas.
• Meiosis II (Similar a la mitosis):
  • Profase II: Desaparece la envoltura nuclear (si se formó en la Telofase I) y se forma el huso.
  • Metafase II: Los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial.
  • Anafase II: Se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma y se dirigen a polos opuestos.
  • Telofase II: Los cromosomas llegan a los polos, se desespiralizan, se forma la membrana nuclear y se produce la citocinesis. Se obtienen cuatro células hijas haploides, cada una con una sola cromátida por cromosoma.