1. Vida y Niveles de Organización

1.1 Características de los Seres Vivos

Los seres vivos se distinguen por una serie de características fundamentales:

• Complejidad: Poseen estructuras altamente organizadas y complejas.
• Nutrición: Obtienen y procesan materia y energía del entorno.
• Relación: Interactúan con su entorno y responden a estímulos.
• Reproducción: Generan descendencia, asegurando la continuidad de la especie.

1.2 Niveles de Organización

La vida se organiza en diferentes niveles de complejidad creciente:

• Nivel atómico y molecular: Átomos – Moléculas (macromoléculas, complejos supramoleculares) – Orgánulos.
• Nivel celular: Célula.
• Nivel orgánico: Tejido – Órganos – Aparatos y sistemas – Organismos.
• Nivel de población: Población – Ecosistema – Biosfera.

2. Bioelementos y Biomoléculas

2.1 Los Bioelementos

Son los elementos químicos que constituyen la materia de los seres vivos. Se clasifican en:

• Primarios (C, H, O y N): Los más abundantes, forman la base de las biomoléculas.
• Secundarios (Na⁺, Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺, Cl^–): Esenciales en menor proporción, participan en diversas funciones fisiológicas.
• Oligoelementos: Presentes en cantidades mínimas, pero indispensables para la vida (Fe, Cu, Zn, Mn, Co, I, etc.).

2.2 Biomoléculas Inorgánicas

Tienen una estructura química sencilla y, además de formar parte de los seres vivos, aparecen en el medio inerte.

• Agua (H₂O):
  • Propiedades: Gran poder disolvente, alta reactividad química, elevado calor específico, elevado calor de evaporación.
  • Funciones biológicas del agua: Transporta sustancias, participa en reacciones de hidrólisis, oxidación y reducción, actúa como amortiguador térmico y el sudor mantiene constante la temperatura corporal.
• Sales minerales: Se hallan en los seres vivos en cantidades entre 1% – 5%, en forma sólida o en disoluciones.

2.3 Biomoléculas Orgánicas

Moléculas exclusivas de los seres vivos, formadas por cadenas hidrocarbonadas. Son glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

• Características:
  • Son moléculas lineales, ramificadas o cíclicas: Formadas por cadenas de átomos de carbono unidos por enlaces covalentes a átomos de hidrógeno.
  • Tienen uno o varios grupos funcionales de los que dependen las propiedades biológicas de cada molécula.
  • La mayoría son macromoléculas (polímeros): Unión de moléculas más sencillas llamadas monómeros.
  • Todas realizan una función dentro del organismo vivo: Cada función depende de su tamaño y de su forma.
• Grupos funcionales:
  • Hidroxilo –OH
  • Carbonilo _–^–C=O
  • Carboxilo –C^=O_-OH
  • Amino –NH₂

3. Glúcidos

También llamados azúcares o hidratos de carbono, son moléculas formadas por C, H y O.

3.1 Monosacáridos

Compuestos por entre 3 y 8 átomos de carbono. Su fórmula general es C_nH_2nO_n. Todos los átomos de carbono están unidos a un grupo hidroxilo (-OH), excepto uno que tiene un grupo carbonilo. Si este grupo está en un extremo, es un aldehído (-CHO), y si está en el interior, es una cetona (-CO-).

• Clasificación de los monosacáridos: Triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc.
• Funciones de algunos monosacáridos:
  • Glucosa: Combustible utilizado por las células y eslabón estructural de muchos polisacáridos.
  • Fructosa: Combustible celular.
  • Ribosa: Forma parte del ácido ribonucleico (ARN) y su derivado, la desoxirribosa, del ácido desoxirribonucleico (ADN).
  • Ribulosa: Molécula sobre la que se fija el CO₂ en la fotosíntesis.

3.2 Disacáridos

Glúcidos constituidos por dos monosacáridos unidos por un enlace covalente llamado O-glucosídico. Los disacáridos constituyen una forma de transporte de monosacáridos dentro de los organismos.

• Los más corrientes en la naturaleza:
  • Maltosa.
  • Lactosa: Constituida por una glucosa unida a otro monosacárido, la galactosa. La lactosa es el azúcar de la leche.
  • Sacarosa o azúcar de caña: Formada por la unión de una glucosa y una fructosa. Es la manera en la que muchas plantas transportan los azúcares desde las células fotosintéticas hasta el resto del vegetal.

3.3 Polisacáridos

Largas cadenas de cientos o miles de monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos.

• Dependiendo de su función, se clasifican en:
  • Polisacáridos de reserva:
    • Almidón: Polisacárido de reserva de las células vegetales, abundante en tubérculos y semillas. Formado por la unión de alfa-D-glucosas.
    • Glucógeno: Forma de almacenamiento de la glucosa en animales. Formado por alfa-D-glucosas.
  • Polisacáridos estructurales:
    • Celulosa: Polisacárido estructural que forma las paredes celulares de las células vegetales. Formado por beta-glucosas.

4. Lípidos

Moléculas orgánicas compuestas por C, H, O y P. Son insolubles en disolventes polares como el agua y solubles en disolventes no polares como el éter, cloroformo o benceno.

• Se clasifican en:
  • Saponificables: Cuya hidrólisis (descomposición por el agua) produce ácidos grasos. Son las grasas, fosfolípidos, glucolípidos y ceras.
  • Insaponificables: Su hidrólisis no libera ácidos grasos. Son los esteroides y los terpenos.
• Ácidos grasos: Son ácidos orgánicos formados por una cadena hidrocarbonada larga con un grupo carboxilo (-COOH) en uno de sus extremos. Poseen un número par de átomos de carbono, entre 12 y 24. Se diferencian en:
  • Saturados: No tienen dobles enlaces.
  • Insaturados: Tienen uno o varios dobles enlaces.

4.1 Grasas o Acilglicéridos

Una molécula de grasa está constituida por uno, dos o tres ácidos grasos unidos por enlaces covalentes a una molécula de glicerol. Las grasas más abundantes son las neutras o triacilglicéridos (compuestos por tres ácidos grasos). Son moléculas hidrofóbicas, ya que no tienen grupos polares o con carga eléctrica.

• Aceites: Líquidos, formados por ácidos grasos insaturados y se encuentran en vegetales.
• Sebos: Sólidos, presentes en animales, formados por ácidos grasos saturados.
• Funciones de los acilglicéridos: Almacenamiento energético a largo plazo, aislamiento térmico y protección de órganos.

4.2 Fosfolípidos

Se llaman así porque el ácido fosfórico forma parte de su composición.

• Se dividen en:
  • Fosfoglicéridos: Son moléculas anfipáticas, por lo que presentan una cabeza polar, hidrófila (afín al agua) formada por el ácido fosfórico y un alcohol, y una zona apolar, hidrófoba (repele el agua). Cuando se encuentran en disoluciones acuosas, forman bicapas, en ellas las cabezas hidrófilas quedan hacia el exterior en contacto con el agua, y las colas hidrófobas se enfrentan entre sí.
  • Esfingolípidos: Compuestos por un ácido fosfórico, un alcohol, un ácido graso y una molécula llamada esfingosina. Son anfipáticos y se encuentran en las membranas celulares, especialmente en las de las células nerviosas.

4.3 Otros Lípidos Saponificables

• Glucolípidos: Tienen azúcares en su estructura, son anfipáticos y también forman parte de las membranas celulares.
• Ceras: Lípidos apolares, por lo que impermeabilizan (grasa de la lana de las ovejas) y evitan la pérdida de agua en las plantas.

4.4 Lípidos Insaponificables

• Esteroides: Derivados de una molécula cíclica de esterano. Ejemplos:
  • Colesterol: Componente de las membranas celulares a las que da rigidez y precursor de otros esteroides.
  • Vitamina D: Regula el metabolismo del calcio.
• Terpenos: Derivados del isopreno. Destacan:
  • Xantofilas y carotenos: Participan en la fotosíntesis.
  • Beta-caroteno: Precursor de la vitamina A.

5. Proteínas

Formadas por C, H, O, N y S, P. Son macromoléculas constituidas por la unión de aminoácidos.

Aminoácidos: Formados por un grupo amino, un grupo carboxilo y una cadena lateral o grupo R unidos a un átomo de carbono llamado carbono alfa. Los aminoácidos se unen mediante un enlace covalente llamado enlace peptídico (la unión entre dos aminoácidos se establece entre el grupo carboxilo de uno y el amino del otro, liberando así una molécula de H₂O). Cuando se unen muchos aminoácidos, la estructura se llama polipéptido. Si la cadena formada tiene un peso molecular superior a 10.000, se llama proteína.

• Estructura: Depende de la configuración espacial (forma) y de esa configuración depende su función biológica.
• Principales funciones de las proteínas:
  • Función estructural: Por ejemplo, el colágeno que forma los tendones, cartílagos y huesos.
  • De reserva: Como la caseína de la leche.
  • Transporte: Como la hemoglobina que transporta oxígeno.
  • Defensa: Como los anticuerpos que neutralizan sustancias extrañas que entran en el organismo.
  • Contráctil: Como la actina y la miosina, que son las proteínas responsables de la contracción muscular.
  • Hormonal: Como la hormona del crecimiento.
  • Catalítica: Como las enzimas.

5.1 Enzimas

Moléculas de naturaleza proteica que catalizan, es decir, aumentan la velocidad de las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Las moléculas que reaccionan se llaman sustratos y las sustancias formadas, productos. Las enzimas se caracterizan por su elevada especificidad, cada una actúa sobre uno o muy pocos sustratos.

6. Ácidos Nucleicos

Son las moléculas portadoras de la información genética. Son largas cadenas de unidades más sencillas llamadas nucleótidos (ADN y ARN).

6.1 Nucleótidos

Moléculas formadas por tres subunidades:

• Una pentosa (ribosa o desoxirribosa).
• Una molécula de ácido fosfórico.
• Una base nitrogenada.

Bases nitrogenadas (A, G, C, T, U). ADN (A, G, C, T) ARN (A, G, C, U). Se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster (H₂O) que dan lugar a largas cadenas: Ácidos nucleicos.

6.2 Estructura de los Ácidos Nucleicos

Se diferencian en la composición de sus nucleótidos y en su estructura.

• Estructura del ADN: Formada por dos cadenas con las bases A, G, C y T. Se asemeja a una escalera de caracol. Las dos cadenas son antiparalelas y se mantienen unidas por puentes de hidrógeno. A-T / G-C.
• Estructura del ARN: Una única cadena, con las bases A, G, C y U. Hay tres tipos: ARNm, ARNt, ARNr.

6.3 Funciones de los Ácidos Nucleicos

El ADN es la molécula portadora de la información genética. Es la molécula que almacena la información que se transmite de generación en generación y que se expresa en la propia célula.

• De generación en generación: La información genética se transmite gracias al proceso de replicación, en el que la molécula de ADN se duplica y se obtienen dos copias idénticas. Cada copia irá a una célula hija durante la división celular.
• Expresión en la propia célula (síntesis de proteínas): La información contenida en la secuencia de bases del ADN sirve para producir todas las proteínas de la célula. Estas son las responsables de regular todas las reacciones químicas celulares y, por tanto, de controlar las funciones vitales.

Síntesis de proteínas:

• Transcripción: Consiste en la síntesis de los distintos tipos de ARN (t, r, m). Durante el proceso, la enzima ARN polimerasa va leyendo la secuencia de bases de la hebra molde de ADN y sintetizando la cadena de ARN mediante la colocación y unión de ribonucleótidos complementarios de A, G, C y U, que sustituye a la T en el ARN. Así, si en el ADN aparece una A, la ARN polimerasa colocará una U; si lee una T, colocará una A, y si aparece una G, colocará una C.
• Traducción: Consiste en la síntesis de una proteína y se realiza en los ribosomas:
  • La información del ARNm está codificada en forma de tripletes (codones); cada tres bases determinan un aminoácido.
  • Los aminoácidos son transportados al ribosoma por el ARNt.
  • Los ARNt tienen un anticodón complementario de un codón del ARNm, lo que permite la colocación del aminoácido correcto.
  • Los aminoácidos, según van siendo situados, establecen entre ellos enlaces peptídicos que originan la proteína.