Bioelementos y Biomoléculas

De los más de 90 elementos químicos presentes en la naturaleza, únicamente unos 30 son esenciales para los seres vivos. Estos se clasifican en:

Bioelementos Principales

Son el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Constituyen más del 95% de la masa de la materia viva. Estos elementos son los más abundantes debido a sus propiedades fisicoquímicas, que les permiten formar las grandes y complejas moléculas que caracterizan a los seres vivos.

Bioelementos Secundarios

Son el fósforo, azufre, calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro. En conjunto, constituyen el 4,5% de la masa de la materia viva.

Oligoelementos

Se encuentran en los seres vivos en muy pequeña concentración, pero son indispensables para las funciones vitales. Algunos ejemplos son el hierro, manganeso, yodo, cobre y zinc.

Tipos de Biomoléculas

Los bioelementos se agrupan formando moléculas más o menos grandes, denominadas biomoléculas, que se clasifican en:

• Inorgánicas: agua y sales minerales.
• Orgánicas: hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Agua

Es el compuesto más abundante de los seres vivos. Aproximadamente el 70% del cuerpo está formado por agua, dependiendo del tipo de organismo, edad y de la actividad biológica de las células. El agua es un disolvente casi universal gracias a la polaridad de sus moléculas. En su seno se realizan la mayor parte de las reacciones químicas que tienen lugar en las células y también actúa como medio de transporte de las sustancias disueltas de un lugar a otro del organismo.

Sales Minerales

Se encuentran en los seres vivos precipitadas o disueltas. Las sales precipitadas tienen una función esquelética o de sostén, como es el caso del carbonato cálcico y el fosfato cálcico. Las sales disueltas están en forma de iones, los cuales están implicados en la entrada o salida de agua de las células.

Glúcidos

Los más sencillos se llaman monosacáridos. Por ser solubles en agua y de sabor dulce se llaman también azúcares. Algunos son abundantes en la naturaleza, como la glucosa y la fructosa. Su principal función es energética. Los glúcidos resultantes de la unión de dos monosacáridos se denominan disacáridos; son también azúcares, como por ejemplo la sacarosa (azúcar de caña), la lactosa (azúcar de la leche) y la maltosa (azúcar de malta). Cuando se unen muchos monosacáridos, los glúcidos resultantes son polisacáridos. Éstos ya no son dulces ni solubles en agua. Los polisacáridos más importantes son el almidón, glucógeno y celulosa.

Lípidos

Los lípidos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque la cantidad de oxígeno es mucho menor que en los glúcidos. Son un grupo de biomoléculas caracterizados por ser insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos. Las funciones que desempeñan son principalmente de reserva energética y estructurales. Los lípidos más importantes son las grasas, fosfolípidos y los isoprenoides.

Proteínas

Las proteínas son las biomoléculas más abundantes, después del agua, en los seres vivos. Contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. También suelen tener, en menor proporción, azufre. Son macromoléculas formadas por la unión de muchas moléculas más simples denominadas aminoácidos. Las principales funciones de las proteínas son: enzimática (facilitando las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos), transportadora (como la hemoglobina que transporta oxígeno), contráctil (como la miosina de las células musculares), defensa (anticuerpos), hormonal (como la insulina) y estructural (como la queratina que forma los pelos y uñas).

Organización Celular: Procariota y Eucariota

Célula Procariota

Organización típica de las células más primitivas. Su principal característica es la de poseer el material genético disperso por el citoplasma, sin estar rodeado de una membrana, es decir, están desprovistas de núcleo. Asimismo, carecen de la mayoría de los orgánulos celulares. Los procariotas son organismos unicelulares, tales como las bacterias y las cianobacterias.

Célula Eucariota

Estas células son mucho mayores y mucho más complejas que las procariotas. Su material genético está dentro de un núcleo, rodeado por una membrana nuclear.

Tipos de Células Eucariotas

Se pueden distinguir dos tipos de células eucariotas: animales y vegetales.

• Membrana plasmática: es una capa continua que rodea a la célula y le confiere su individualidad al separarla de su entorno.
• Citoplasma: es la parte de la célula que está comprendida entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. Está formado por un medio acuoso, el citosol, en el cual se encuentran inmersos un gran número de orgánulos y una gran variedad de filamentos proteicos. Estos filamentos constituyen el citoesqueleto.
• Orgánulos citoplasmáticos: ribosomas, retículo endoplasmático, complejo de Golgi, lisosomas, vacuolas, mitocondrias, cloroplastos y centriolos.
• Núcleo: organiza y dirige las funciones celulares. Está rodeado por una doble membrana y en su interior se encuentra un medio acuoso, o jugo nuclear, en cuyo seno se encuentran inmersas las moléculas de DNA junto con otras de proteínas y RNA.

Tejidos Animales

Los tejidos son agrupaciones de células con características semejantes especializadas en ejercer alguna función. Se llama Histología a la ciencia que estudia los tejidos.

Tejidos Epiteliales

• De revestimiento: recubren el exterior del cuerpo y las cavidades internas. Sus células se disponen en una sola capa o en varias.
• Glandulares: están especializados en la secreción de sustancias. Forman las glándulas exocrinas y endocrinas.

Tejidos Conectivos

• Conjuntivo laxo: tiene una función de relleno. Está formado por células, abundante sustancia intercelular y fibras.
• Fibroso: forma los tendones y ligamentos.
• Adiposo: función de reserva energética.
• Cartilaginoso y óseo: función de sostén.

Tejido Muscular

Son los formadores de los músculos y se caracterizan por estar formados por células especializadas en la contracción, llamadas fibras musculares, que tienen el citoplasma ocupado por una gran cantidad de citofibrillas contráctiles o miofibrillas. Pueden ser:

• Fibra lisa: forma la musculatura de los órganos internos. Son de contracción lenta e involuntaria.
• Fibra estriada: forma los músculos esqueléticos. Son de contracción rápida y voluntaria. La estriación de las miofibrillas se debe a que en ellas alternan bandas claras y oscuras. Las bandas claras están formadas principalmente por fibrillas de la proteína llamada actina, y las bandas oscuras por fibrillas de la proteína llamada miosina.

Tejido Nervioso

Formado por neuronas, células muy especializadas en la transmisión de impulsos nerviosos, y por células de neuroglía.

Tejidos Conectivos Líquidos

• Sangre: formada por el plasma y células sanguíneas. Transporta los nutrientes y el O2 a las células y recoge de ellas los productos de desecho de su metabolismo.
• Linfa: recoge el líquido intersticial, que a su vez procede del plasma sanguíneo, y lo devuelve a la sangre para que no se encharquen los tejidos.

Fotosíntesis

Es el proceso en virtud del cual algunos organismos, como las plantas, las algas y muchas bacterias, son capaces de captar la energía luminosa y transformarla en energía química.

Elementos que Intervienen en la Fotosíntesis

La materia prima necesaria para la fotosíntesis la constituyen:

• Agua y sales minerales: proceden del suelo y son llevadas a las células de las hojas por los vasos conductores.
• CO2: penetra en las hojas a través de los estomas y se difunde a las células clorofílicas.
• Energía: imprescindible para el proceso, la proporciona la luz solar.
• Clorofila: pigmento que da color verde a la planta, se encarga de transformar la energía luminosa en energía química, en forma de ATP, que será utilizada en las reacciones químicas propias del proceso.
• Cloroplastos: son los orgánulos celulares donde se encuentra la clorofila y donde se realizan las numerosas reacciones químicas de la fotosíntesis.

Dichas reacciones se agrupan, para su estudio, en dos fases: fase luminosa y fase oscura.

Fase Luminosa

Para su realización es indispensable la presencia de luz. El primer paso para la conversión de la energía luminosa en energía química es la absorción de la luz. Las moléculas encargadas de absorber la energía de la luz son los pigmentos fotosintéticos, siendo el más importante la clorofila. Cuando la luz incide sobre una molécula de clorofila, la energía es transferida a uno de sus electrones y posteriormente es utilizada para formar ATP. De esta forma, la energía luminosa queda fijada en los enlaces químicos del ATP.

Fase Oscura

No depende directamente de la luz, pero sí de los productos de la fase luminosa; por eso, esta fase puede realizarse durante un breve espacio de tiempo en la oscuridad. En esta segunda etapa de la fotosíntesis se utilizan el hidrógeno y la energía del ATP, obtenidos en la fase luminosa, para reducir el carbono procedente del CO2 y formar glucosa.

Utilización de los Productos Fotosintéticos por la Planta

Las moléculas de glucosa producidas por la fotosíntesis son rápidamente utilizadas para formar almidón, que se almacena en las células en forma de gránulos. El almidón es regularmente degradado a sacarosa y este azúcar soluble es transportado fuera de la célula y, por medio de los vasos conductores, distribuido a todas las partes de la planta no fotosintéticas, como por ejemplo las raíces. Las células utilizan los azúcares de muchas formas:

• Respiración: la glucosa puede oxidarse para obtener energía.
• Almacenamiento: los azúcares que no se necesitan para la respiración son transformados otra vez en almidón y almacenados. Algunas plantas almacenan gránulos de almidón en las células de sus tallos o raíces. Otras plantas, como la patata, tienen órganos de almacenamiento especiales para sus reservas de almidón.
• Síntesis de otras sustancias: como celulosa para las paredes celulares, lípidos para sus membranas, proteínas para sus citoplasmas, pigmentos para sus pétalos, etc.

Respiración Celular

Todas las células tienen que obtener energía de los nutrientes orgánicos. Para ello, los degradan mediante procesos de oxidación y transfieren parte de su energía al ATP. La energía almacenada en el ATP es la que luego utiliza la célula para llevar a cabo todas sus actividades.

Utilización de la Energía del ATP

• Animales: para el movimiento, para transmitir impulsos nerviosos, para transportar sustancias en el interior del cuerpo y para mantener la temperatura corporal.
• Plantas: para tomar las sales minerales del suelo, para abrir y cerrar los estomas, y para transportar nutrientes.
• Todos los seres vivos: necesitan energía para su crecimiento, para la división celular, para el transporte activo de iones y moléculas, y para mantenerse vivos.