Características de los Seres Vivos

Algunas de las características que nos permiten diferenciar a los seres vivos de la materia inerte son:

• Complejidad molecular: los seres vivos están compuestos por átomos y moléculas, como la materia inerte. Sin embargo, las principales sustancias responsables del desarrollo y funcionamiento de un organismo son macromoléculas (largas cadenas de carbono y otros elementos), como las proteínas y los ácidos nucleicos, que no existen en la materia inorgánica (formada por moléculas más sencillas). Las macromoléculas que forman los seres vivos son, esencialmente, las mismas en todas las especies. Estas se organizan en estructuras que constituyen las unidades anatómicas y funcionales de todos los seres vivos, las células.
• Organización: La organización observada en los seres vivos es jerárquica, es decir, cada nivel se estructura a partir de todos los niveles inferiores a él, y, a la vez, él mismo formará parte de los niveles superiores. Por lo tanto, cada nivel implica una mayor complejidad estructural y funcional. Los niveles de organización de los seres vivos son:

Niveles abióticos:

• Atómico: los átomos que forman la materia viva se denominan bioelementos. El principal bioelemento es el carbono.
• Molecular: los bioelementos se unen para formar moléculas, que en este caso denominaremos biomoléculas. Ej. Agua, glúcidos,…
• Orgánulos: las biomoléculas se unen y forman estructuras que tendrán una función dentro de la célula. Ej. Mitocondrias, ribosomas,…

Niveles bióticos:

• Celular: son las unidades anatómicas y fisiológicas de la vida, formadas por la unión de los orgánulos celulares.
• Orgánico: un individuo puede estar formado por una sola célula, pero muchos seres vivos son pluricelulares, es decir, formados por la unión de varias células. Las células se pueden organizar formando tejidos, los tejidos se agrupan formando órganos y la unión de tejidos y órganos dan lugar a aparatos y sistemas. No todos los seres vivos son capaces de llegar a este nivel de complejidad.

Población: conjunto de seres vivos de la misma especie que conviven en un espacio y tiempo.

Comunidad: conjunto de seres vivos que conviven en un espacio y tiempo.

Ecosistema: sistema formado por la comunidad o biocenosis y el biotopo (sistema abiótico) en el que se producen multitud de complejas interacciones entre todos sus componentes.

• Nutrición: para mantener su estructura y organización, los seres vivos necesitan un intercambio permanente de materia y energía con el medio. Gracias a un conjunto de reacciones químicas, denominadas metabolismo, la materia y energía que obtienen del exterior es procesada y transformada en materia propia y energía utilizable para realizar su actividad.
• Relación: todos los organismos son sensibles y reaccionan ante los cambios que se producen en su entorno, es decir, tienen capacidad de responder ante estímulos. En los seres unicelulares las respuestas son más simples que en los pluricelulares. Esta capacidad de respuesta a los estímulos proporciona a los organismos la capacidad de autorregulación.
• Reproducción: gracias al ADN la materia viva tiene la capacidad de reproducirse y producir réplicas de sí mismo. Esto les permite persistir en el tiempo, generación tras generación. Los seres vivos pueden reproducirse de forma asexual y sexual.

Componentes Químicos de los Seres Vivos

Bioelementos

Los elementos químicos que forman parte de los seres vivos se denominan bioelementos. Solo unos 30 de los más de 100 elementos químicos que forman la tabla periódica se encuentran comúnmente en los seres vivos. Estos bioelementos se clasifican en los siguientes grupos:

• Bioelementos primarios: son los constituyentes principales de las biomoléculas, por lo que son indispensables para los seres vivos y se encuentran en todos ellos. Los más abundantes son el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. En menor medida encontramos el azufre y el fósforo. Más de un 96% de la materia viva está formada por estos bioelementos.

El carbono es el bioelemento más importante, ya que está presente en todas las moléculas orgánicas. El átomo de carbono se une entre sí y a otros elementos por 4 enlaces covalentes distribuidos en forma de tetraedro, lo que da lugar a variadas estructuras tridimensionales. De esta forma pueden llegar a formar largas cadenas que, al unirse a otros bioelementos, darán lugar a una gran diversidad de macromoléculas orgánicas.

El carbono junto con el hidrógeno y el oxígeno forma parte de todas las biomoléculas orgánicas. El nitrógeno es un componente fundamental en las proteínas, ácidos nucleicos y clorofila.

El azufre forma parte de muchas proteínas y además es responsable de la actividad catalítica de muchas enzimas.

El fósforo forma parte de los fosfolípidos (lípidos de las membranas celulares), ácidos nucleicos y fosfatos presentes en esqueletos,…

• Bioelementos secundarios indispensables: se presentan en menor proporción que los primarios, pero tienen que estar presentes en todos los seres vivos. Algunos ejemplos son calcio, sodio, hierro, flúor,…
• Bioelementos secundarios variables: se presentan en menor proporción que los primarios y no se encuentran en todos los seres vivos. Ej. Aluminio, zinc, bromo,… Cuando un bioelemento secundario, indispensable o variable, se encuentra en una proporción inferior a un 0,1% en un ser vivo, pero es imprescindible para la vida de este, se denomina oligoelemento. Su deficiencia produce enfermedades carenciales y su exceso provoca intoxicaciones. Ej. El hierro.

Biomoléculas

Los bioelementos se combinan mediante enlaces químicos y forman las moléculas que constituyen la materia de los seres vivos. Podemos distinguir 2 tipos de biomoléculas:

• Inorgánicas: las biomoléculas inorgánicas presentan una estructura química sencilla y, además, de encontrarlas en los seres vivos también las encontramos en la materia inerte. Son el agua y las sales minerales.
• Orgánicas: son moléculas exclusivas de la materia viva. La mayoría son macromoléculas formadas por largas cadenas de átomos de carbono unidos por enlaces a otros bioelementos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Muchas moléculas orgánicas surgen de la unión de otras moléculas más sencillas y semejantes entre ellas, denominadas monómeros. La macromolécula resultante de la unión de muchos monómeros se denomina polímero. Por ejemplo, las proteínas son polímeros formados por unión de muchos monómeros denominados aminoácidos.

Agua

Es la molécula más abundante en la materia viva. En el hombre representa el 63% de su masa, en un embrión humano el 94 % y en las algas más del 95%. Las partes de los seres vivos más pobres en agua son los huesos (22%), los dientes (10%) y algunas semillas (22%). Existe una relación directa entre el contenido de agua de un organismo y su actividad fisiológica.

El agua presenta unas propiedades especiales que determinan sus funciones biológicas. Entre ellas destacan:

• Gran poder disolvente: disuelve gran cantidad de sustancias con facilidad, por lo que es un vehículo habitual en los intercambios de sustancias del organismo con el medio y, además, prácticamente todas las reacciones químicas de un organismo se dan en este medio.
• Densidad: el agua es más densa en estado líquido que en el sólido, al contrario que en el resto de sustancias. Esto permite la vida en masas de agua que se hielan en épocas frías, ya que la superficie se hiela y amortigua la temperatura en el fondo, quedando parte del agua en forma líquida.
• Calor específico elevado: esto significa que para elevar la temperatura del agua es necesario emplear gran cantidad de energía y para que disminuya su temperatura tendrá que desprender gran parte de la energía acumulada. Por lo tanto, los ecosistemas acuáticos son más estables en cuanto a su temperatura. Además, los océanos y grandes masas de agua dulcifican las temperaturas de las zonas que bañan. Debido a estas y otras propiedades del agua, esta sustancia desempeña funciones muy importantes en los seres vivos. Las principales son:
• Facilitar una gran cantidad de reacciones químicas.
• Transportar gran cantidad de sustancias, desde el interior al exterior de las células y viceversa y, entre las células de los organismos pluricelulares.
• Dar estructura a determinadas células que carecen de membrana rígida y que mantienen su forma gracias a la presión que ejerce el citoplasma en la membrana. Cuando las células pierden mucha agua desaparece su turgencia, se arrugan y hasta pueden llegar a romperse (lisis). Una célula puede perder agua por un fenómeno de ósmosis.
• Ayudar a amortiguar los golpes, por ejemplo, los vertebrados poseemos en las articulaciones el líquido sinovial para evitar el roce entre huesos.
• Regular la temperatura del cuerpo, gracias al elevado calor específico del agua. El sudor que desprenden ciertos animales les ayuda a bajar la temperatura corporal, ya que gastamos mucha energía en forma de calor para evaporar esta agua que forma parte del sudor.

Biomoléculas

Los bioelementos se combinan mediante enlaces químicos y forman las moléculas que constituyen la materia de los seres vivos. Podemos distinguir 2 tipos de biomoléculas:

• Inorgánicas: las biomoléculas inorgánicas presentan una estructura química sencilla y, además de encontrarlas en los seres vivos, también las encontramos en la materia inerte. Son el agua y las sales minerales.
• Orgánicas: son moléculas exclusivas de la materia viva. La mayoría son macromoléculas formadas por largas cadenas de átomos de carbono unidos por enlaces a otros bioelementos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Muchas moléculas orgánicas surgen de la unión de otras moléculas más sencillas y semejantes entre ellas, denominadas monómeros. La macromolécula resultante de la unión de muchos monómeros se denomina polímero. Por ejemplo, las proteínas son polímeros formados por unión de muchos monómeros denominados aminoácidos.

Agua

Es la molécula más abundante en la materia viva. En el hombre representa el 63% de su masa, en un embrión humano el 94 % y en las algas más del 95%. Las partes de los seres vivos más pobres en agua son los huesos (22%), los dientes (10%) y algunas semillas (22%). Existe una relación directa entre el contenido de agua de un organismo y su actividad fisiológica.

El agua presenta unas propiedades especiales que determinan sus funciones biológicas. Entre ellas destacan:

• Gran poder disolvente: disuelve gran cantidad de sustancias con facilidad, por lo que es un vehículo habitual en los intercambios de sustancias del organismo con el medio y, además, prácticamente todas las reacciones químicas de un organismo se dan en este medio.
• Densidad: el agua es más densa en estado líquido que en el sólido, al contrario que en el resto de sustancias. Esto permite la vida en masas de agua que se hielan en épocas frías, ya que la superficie se hiela y amortigua la temperatura en el fondo, quedando parte del agua en forma líquida.
• Calor específico elevado: esto significa que para elevar la temperatura del agua es necesario emplear gran cantidad de energía y para que disminuya su temperatura tendrá que desprender gran parte de la energía acumulada. Por lo tanto, los ecosistemas acuáticos son más estables en cuanto a su temperatura. Además, los océanos y grandes masas de agua dulcifican las temperaturas de las zonas que bañan. Debido a estas y otras propiedades del agua, esta sustancia desempeña funciones muy importantes en los seres vivos. Las principales son:
• Facilitar una gran cantidad de reacciones químicas.
• Transportar gran cantidad de sustancias, desde el interior al exterior de las células y viceversa y, entre las células de los organismos pluricelulares.
• Dar estructura a determinadas células que carecen de membrana rígida y que mantienen su forma gracias a la presión que ejerce el citoplasma en la membrana. Cuando las células pierden mucha agua desaparece su turgencia, se arrugan y hasta pueden llegar a romperse (lisis). Una célula puede perder agua por un fenómeno de ósmosis.
• Ayudar a amortiguar los golpes, por ejemplo, los vertebrados poseemos en las articulaciones el líquido sinovial para evitar el roce entre huesos.
• Regular la temperatura del cuerpo, gracias al elevado calor específico del agua. El sudor que desprenden ciertos animales les ayuda a bajar la temperatura corporal, ya que gastamos mucha energía en forma de calor para evaporar esta agua que forma parte del sudor.

Sales Minerales

Son compuestos inorgánicos que en los seres vivos pueden encontrarse de 2 modos:

• Precipitadas o sólidas: estas sales constituyen estructuras sólidas, insolubles, con función esquelética. Ej.: el carbonato cálcico forma las conchas de los moluscos y el fosfato cálcico junto con el colágeno forma la parte inerte de los huesos.
• Disueltas: se encuentran en forma de iones disueltos en el agua (Na+, K+, Ca+2, Cl-, sulfatos SO42-, nitratos NO3-, …) Las funciones principales de las sales son:
• Formar estructuras esqueléticas.
• Ayudar a mantener el pH del medio.
• Mantener el equilibrio hídrico controlando la entrada y salida de agua en las células mediante la ósmosis.

La ósmosis es un proceso que ayuda a regular la concentración de sales entre 2 disoluciones de distinta concentración que se encuentran separadas por una membrana semipermeable que no deja pasar esas sales desde una zona a la otra. Para llegar a un equilibrio de sales pasará agua de la concentración más diluida a la más concentrada, hasta que se igualen. Este proceso se da en las células ya que la membrana plasmática se comporta básicamente como una membrana semipermeable.

• Cuando la membrana que separa las disoluciones de distinta concentración es permeable, en lugar de ser semipermeable, para llegar al equilibrio pasarán solutos y parte del agua de la zona más concentrada a la menos concentrada. A este proceso se le denomina difusión.
• Otras funciones específicas: el ión Fe+2 ayuda a sintetizar la hemoglobina, el Na+ y K+ nos ayuda a transmitir los impulsos nerviosos.

Glúcidos

Los glúcidos son compuestos químicos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Su fórmula empírica es CnH2nOn, es decir, (CH2O)n. Debido a esta fórmula se les ha llamado erróneamente hidratos de carbono, ya que parecen carbonos unidos a moléculas de agua, es decir, hidratados.

Los principales grupos que encontramos de glúcidos son:

• Monosacáridos: son los glúcidos más sencillos ya que están formados por cadenas de 3 a 7 carbonos. Son los monómeros o unidades a partir de los que se forman los disacáridos y polisacáridos. Son sólidos y blancos e incluso algunos tienen sabor dulce, por lo que a este grupo se le denomina coloquialmente “azúcares”. La mayoría tienen función energética como la glucosa y la fructosa, pero también los hay con función estructural como la ribosa y la desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucleicos.
• Disacáridos: son glúcidos que se forman por la unión de 2 monosacáridos. Suelen tener función energética. Los más importantes son:
  • La maltosa o azúcar de malta: disacárido presente en el grano germinal de la cebada que tiene una función de reserva energética para ayudar a que germine la semilla.
  • Sacarosa: es un producto de la fotosíntesis que está presente en la savia elaborada de las plantas. Es el componente del azúcar común de uso culinario. Se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha.
• Polisacáridos: están formados por la unión de 11 a varios miles de monosacáridos. No son dulces y tampoco solubles en agua. Son los glúcidos más abundantes en la naturaleza. Pueden tener:
  • Función energética: algunos ejemplos son el almidón, que está presente en las células vegetales y es especialmente abundante en el maíz y la patata; y el glucógeno, polisacárido de origen animal, que es muy abundante en el hígado y los músculos.
  • Función estructural: en las plantas encontramos la celulosa, polisacárido que constituye el entramado principal de las paredes de las células vegetales. La quitina es un polisacárido que da estructura al exoesqueleto de los artrópodos y a las paredes celulares de los hongos.

Lípidos

Son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, pudiendo contener además nitrógeno y fósforo. Comprende una serie de sustancias muy heterogéneas. Algunas de las pocas características que tienen en común son su insolubilidad en el agua y su solubilidad en sustancias orgánicas. Los lípidos se clasifican en 2 grupos, saponificables o insaponificables, dependiendo respectivamente de que presenten ácidos grasos o no en su descomposición.

• Ácidos grasos: Son ácidos orgánicos de cadena lineal larga muy poco abundantes en estado natural y que se obtienen por la descomposición de otros lípidos saponificables. Suelen tener un número par de carbonos, que en los más importantes está entre 16 y 20. Son moléculas que almacenan una gran cantidad de energía utilizable por las células. Hay 2 tipos de ácidos grasos:
  • Ácidos grasos saturados: Todos sus átomos de carbono están unidos por enlaces simples. Son sólidos de aspecto céreo a temperatura ambiente. Ej. Ácido palmítico
  • Ácidos grasos insaturados: Presentan al menos un enlace doble entre sus átomos de C, aunque pueden tener varios y se les conoce en este caso como poliinsaturados. Son líquidos aceitosos a temperatura ambiente. Ej. Ácido oleico y linoleico
• Lípidos saponificables: Formados por unión de uno o más ácidos grasos con moléculas de alcoholes. Los más importantes son:
  • Acilglicéridos: formados por uno, dos o tres ácidos grasos unidos, mediante enlaces covalentes, a una molécula de glicerina o glicerol. Los más abundantes son los triglicéridos o grasas, que presentan tres moléculas de ácidos grasos. Las grasas son sustancias de reserva energética, capaces de producir mayor cantidad de energía que los glúcidos, que se acumulan en las semillas de los vegetales y en el tejido adiposo de los animales. Los grasa se clasifican en:
    • Aceites: grasas líquidas a temperatura ambiente debido a que en su composición participan ácidos grasos insaturados. En general los contienen las plantas y el pescado.
    • Sebos: grasas sólidas a temperatura ambiente constituidas por ácidos grasos saturados. Se encuentran en animales homeotermos.
  • Céridos o ceras: sustancias muy sólidas que repelen el agua. Debido a sus propiedades son utilizadas tanto por animales como vegetales como aislamiento y protección frente a la humedad (recubren la piel, pelo, plumas,…). Ej: cera de las abejas, cerumen de las orejas.
  • Fosfolípidos: son lípidos que contienen en su composición ácido fosfórico. Forman parte de las membranas celulares junto con el colesterol.
• Lípidos insaponificables: Constituyen un grupo muy diverso de lípidos que no presentan ácidos grasos en su composición. Entre los más importantes encontramos:
  • Esteroides: este grupo engloba una gran cantidad de sustancias muy importantes en el metabolismo celular. Las más importantes son el colesterol, molécula fundamental para la célula animal porque forma parte de su membrana, la vitamina D que regula el metabolismo del calcio y su absorción intestinal, los ácidos biliares que favorecen la digestión y absorción de las grasas en el intestino, y algunas hormonas sexuales como la progesterona y la testosterona.
  • Terpenos: son lípidos de origen vegetal que dan color, sabor y/u olor. Ej.: los carotenos, xantófilas y el limoneno.

Proteínas

Son las biomoléculas orgánicas más abundantes en la materia viva, sobre todo en los animales.

Para que se formen las proteínas se deben unir mediante enlaces peptídicos una gran cantidad de unos monómeros, llamados aminoácidos. En la naturaleza hay gran variedad de aminoácidos, pero solo 20 de ellos forman las proteínas. Los seres humanos no podemos sintetizar algunos aminoácidos por lo que deben incluirse en la dieta, son los llamados aminoácidos esenciales.

Cuando se unen varios aminoácidos con enlaces peptídicos se forman polipéptidos. Las proteínas son polipéptidos naturales formados por un número elevado de aminoácidos (+ de 100) y estructura tridimensional definida. Esta estructura tridimensional llamada estructura terciaria es la responsable de la función que desempeña cada proteína. Por lo tanto, si una proteína pierde esta estructura tridimensional debido a cambios en el medio como la temperatura o pH, es decir se desnaturaliza, la proteína dejaría de cumplir su función.

Prácticamente no existe función metabólica en la que no esté presente una proteína. Entre las más importantes podemos citar:

• Estructural: el colágeno es una proteína de estructura filamentosa que podemos encontrar en los huesos y en tejidos conectivos. La queratina proporciona dureza al pelo, plumas, uñas y cuernos.
• Transportadora: ciertas proteínas son capaces de unirse a determinadas sustancias para transportarlas. Ej. La hemoglobina que transporta oxígeno en la sangre y las lipoproteínas que transportan triglicéridos y colesterol en el plasma sanguíneo.
• Reguladora: algunas hormonas como la del crecimiento y la insulina son proteínas.
• Contráctil: la actina y la miosina son dos proteínas responsables de la contracción muscular.
• Inmunológica: los linfocitos producen unas proteínas denominadas anticuerpos o inmunoglobulinas para luchar contra los antígenos.
• Enzimática: las enzimas son catalizadores (sustancias que aceleran la velocidad de una reacción química, pero que no se transforma en esa reacción, es decir, no es un reactivo) de las reacciones químicas que se dan en los seres vivos, es decir, son proteínas que aceleran las reacciones químicas internas del organismo. Son moléculas capaces de reconocer la sustancia o sustancias sobre la que deben actuar y de provocar una transformación, es decir, son capaces de que las reacciones químicas se den en el momento adecuado y lugar preciso. Las enzimas son proteínas con una estructura globular cuya superficie tiene entrantes con una forma y una distribución de cargas determinadas. En alguno de estos entrantes, llamado centro activo, solo encaja una molécula, el sustrato. Mientras está encajado el sustrato en el centro activo, formando el llamado complejo enzima-sustrato, tiene lugar la transformación del sustrato dando lugar a los productos de la reacción. Estos se separan de la enzima, quedando el centro activo de esta libre y la enzima lista para volver a actuar.

Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por la unión de unos monómeros denominados nucleótidos, que, en general, forman largas cadenas de forma lineal.

Un nucleótido está formado por:

• Una pentosa, que es un monosacárido de 5 carbonos. Puede ser la ribosa o la desoxirribosa.
• Una molécula de ácido fosfórico (H3PO4) en forma de grupo fosfato.
• Una base nitrogenada que puede ser: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) o uracilo (U).

Los nucleótidos se unen entre sí formando largas cadenas. La unión entre los nucleótidos se hace mediante el grupo fosfato.

En función de las bases nitrogenadas y de la pentosa que contengan los nucleótidos que se unen para dar lugar a los ácidos nucleicos y de la forma en que se unan esos nucleótidos, podemos distinguir dos tipos de ácidos nucleicos:

• El ADN y el ARN son dos ácidos nucleicos que están presentes en cualquier ser vivo y que cumplen las siguientes funciones:
  • ADN: es el portador de la información genética, ya que cuando se organice junto a ciertas proteínas dará lugar a los cromosomas, y dirige la síntesis de proteínas.
  • ARN: interviene en el proceso de traducir la información que contiene un gen para formar una proteína. Existen tres tipos de ARN:
    • ARN mensajero: es una copia de la secuencia de bases de un gen. Lleva la información contenida en los genes hasta los ribosomas.
    • ARN ribosómico: constituye los ribosomas, orgánulos encargados de sintetizar las proteínas.
    • ARN transferente: transporta los aminoácidos hasta los ribosomas para que se pueda fabricar la síntesis de proteínas.

Además de los nucleótidos característicos que se unen para formar los ácidos nucleicos hay algunos nucleótidos especiales, como es el caso del ATP. Este nucleótido está formado por una molécula de ribosa, una de adenina y tres grupos fosfato que están unidos entre sí por dos enlaces ricos en energía. La hidrólisis de ATP libera un grupo fosfato, una molécula de ADP (con dos grupos fosfato) y energía útil para las células. Por lo tanto, el ATP (adenosina trifosfato) es una molécula utilizada por todos los seres vivos para proporcionar energía en las reacciones químicas.