Teoría Endosimbiótica

Propuesta por Lynn Margulis. Hace aproximadamente 2600 millones de años, en el «caldo primigenio», los nutrientes comenzaron a escasear, lo que llevó a que las bacterias (células procariotas) empezaran a fagocitarse entre ellas. Según esta teoría, algunas de las bacterias ingeridas, en lugar de ser digeridas, sobrevivieron y se establecieron dentro de otras procariotas, formando una relación simbiótica.

Con el tiempo, estas bacterias internas evolucionaron hasta convertirse en orgánulos, transformando a la célula hospedadora en una célula eucariota (con núcleo diferenciado y orgánulos membranosos). Margulis buscó evidencia para respaldar su teoría y observó características clave:

• En las células eucariotas animales, las mitocondrias poseen sus propios ribosomas (similares a los bacterianos, 70S) y su propio ADN circular (ADN mitocondrial).
• En las células eucariotas vegetales, los cloroplastos también tienen ADN propio y ribosomas 70S, sugiriendo que ambos orgánulos fueron bacterias de vida libre en el pasado.

El Agua: Molécula Esencial

El agua (H₂O) es una molécula fundamental para la vida. Su configuración es característica: los dos átomos de hidrógeno forman un ángulo de 104.5º con el átomo de oxígeno. Debido a la diferencia de electronegatividad, la molécula de agua es polar. Se producen interacciones electrostáticas (puentes de hidrógeno) entre moléculas de agua vecinas. Estos enlaces le confieren propiedades únicas, como una elevada cohesión, que da lugar a la tensión superficial.

Propiedades del Agua

• Disolvente universal: Su polaridad la convierte en el medio ideal para que ocurran numerosas reacciones químicas, disolviendo una gran cantidad de solutos polares e iónicos. Las moléculas de agua rodean a los iones o moléculas polares del soluto formando capas de solvatación, facilitando su disolución.
• Función transportadora: Actúa como vehículo para transportar sustancias disueltas en los organismos, como nutrientes y gases en la sangre o la savia, y para eliminar productos de desecho (por ejemplo, en la orina).
• Elevado calor de vaporización: Se necesita una cantidad considerable de energía para romper los puentes de hidrógeno y pasar del estado líquido al gaseoso (vapor). Los organismos utilizan la evaporación del agua (como en la sudoración o el jadeo) para disipar calor y regular su temperatura corporal.
• Elevado calor específico: El agua puede absorber o liberar grandes cantidades de calor con cambios mínimos en su propia temperatura. Esto actúa como un termostato, moderando las temperaturas ambientales y corporales. Ayuda a los organismos acuáticos a sobrevivir en ambientes con fluctuaciones térmicas.
• Mayor densidad en estado líquido que sólido: El hielo es menos denso que el agua líquida (a 4°C, el agua alcanza su máxima densidad). Esto permite que el hielo flote, formando una capa aislante en lagos y mares en climas fríos, lo que posibilita la vida acuática bajo la superficie congelada. La presencia de sales disueltas puede rebajar el punto de congelación del agua.
• Elevada tensión superficial: La fuerte cohesión entre las moléculas de agua en la superficie crea una especie de «membrana elástica». Algunos organismos, como ciertos insectos, pueden desplazarse sobre ella.
• Capilaridad: Es la capacidad del agua para ascender por tubos estrechos (capilares) en contra de la gravedad, debido a la combinación de las fuerzas de cohesión (agua-agua) y adhesión (agua-superficie del tubo). Este fenómeno es crucial para el ascenso de la savia bruta en las plantas, como las secuoyas.

Ósmosis

La ósmosis es el movimiento neto de moléculas de disolvente (generalmente agua) a través de una membrana semipermeable, desde una región de menor concentración de soluto (mayor concentración de disolvente) hacia una región de mayor concentración de soluto (menor concentración de disolvente). Este movimiento tiende a igualar las concentraciones a ambos lados de la membrana. La presión osmótica es la presión que se debe aplicar a la disolución más concentrada para detener el flujo neto de disolvente a través de la membrana.

Tipos de Disoluciones según su Concentración Relativa

• Disolución hipertónica (o hiperosmótica): Aquella que tiene una mayor concentración de soluto en comparación con otra (la hipotónica).
• Disolución hipotónica (o hipoosmótica): Aquella que tiene una menor concentración de soluto en comparación con otra (la hipertónica).
• Disoluciones isotónicas (o isoosmóticas): Ambas disoluciones tienen la misma concentración de soluto. No hay movimiento neto de agua a través de la membrana semipermeable; se dice que están en equilibrio osmótico.

Comportamiento según el Tipo de Membrana

• Membrana permeable: Permite el paso tanto del disolvente como del soluto. Si separa dos disoluciones de diferente concentración, ambos componentes se moverán hasta alcanzar una concentración uniforme.
• Membrana semipermeable: Permite el paso del disolvente pero no del soluto. Si separa dos disoluciones de diferente concentración, el disolvente se moverá desde la disolución hipotónica hacia la hipertónica hasta que se alcance el equilibrio osmótico o hasta que la presión hidrostática lo impida.

Proteínas

Las proteínas son macromoléculas biológicas formadas por la unión de 100 o más unidades básicas llamadas aminoácidos, enlazados mediante enlaces peptídicos. Son fundamentales para la estructura y función celular, determinando gran parte de las características de los seres vivos y diferenciándonos entre especies e individuos.

Niveles de Estructura Proteica

1. Estructura primaria: Es la secuencia lineal específica de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, desde el extremo amino terminal (N-terminal) hasta el extremo carboxilo terminal (C-terminal).
2. Estructura secundaria: Es el plegamiento regular local de la cadena polipeptídica debido a puentes de hidrógeno entre los grupos C=O y N-H del esqueleto peptídico. Las formas más comunes son la hélice alfa y la lámina beta.
3. Estructura terciaria: Es la disposición tridimensional global de la cadena polipeptídica, resultado de interacciones entre las cadenas laterales (grupos R) de los aminoácidos (puentes disulfuro, interacciones iónicas, puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas). Determina la función biológica de la proteína. A menudo, se distinguen regiones compactas y funcionalmente distintas llamadas dominios.
4. Estructura cuaternaria: Se presenta en proteínas compuestas por dos o más cadenas polipeptídicas (subunidades), que se asocian para formar una proteína funcional. Ejemplos importantes incluyen la hemoglobina (transporte de oxígeno) y algunos complejos enzimáticos.

Funciones de las Proteínas

• Estructural: Forman parte de tejidos y estructuras celulares (ej. colágeno en tejido conectivo, queratina en pelo y uñas, elastina).
• Reserva: Almacenan aminoácidos (ej. ovoalbúmina en el huevo, caseína en la leche).
• Contráctil y de movimiento: Permiten la contracción muscular y otros movimientos celulares (ej. actina y miosina).
• Defensiva: Protegen al organismo (ej. inmunoglobulinas o anticuerpos).
• Receptora y de señalización: Captan señales químicas (ej. receptores de membrana como las glucoproteínas).
• Transportadora: Mueven moléculas específicas a través de membranas o en los fluidos corporales (ej. hemoglobina transporta oxígeno, lipoproteínas transportan lípidos).
• Enzimática: Actúan como biocatalizadores, acelerando la velocidad de las reacciones químicas metabólicas. Las enzimas tienen características clave:
  • No se consumen ni se modifican permanentemente durante la reacción que catalizan.
  • Presentan alta especificidad: cada enzima suele unirse a un sustrato específico (o a un grupo reducido de sustratos) para convertirlo en producto.
  • A menudo requieren moléculas auxiliares no proteicas llamadas cofactores (si son iones metálicos) o coenzimas (si son moléculas orgánicas, muchas derivadas de vitaminas) para su actividad.

Tipos de ARN (Ácido Ribonucleico)

El ARN es un ácido nucleico implicado en diversas funciones celulares, principalmente relacionadas con la expresión génica.

• ARN mensajero (ARNm): Transporta la información genética copiada de una hebra de ADN (la hebra molde 3′-5′) desde el núcleo (en eucariotas) hasta los ribosomas en el citoplasma, donde sirve como plantilla para la síntesis de proteínas.
• ARN ribosómico (ARNr): Es el componente estructural principal de los ribosomas y posee actividad catalítica (ribozima) durante la traducción (síntesis de proteínas), facilitando la formación del enlace peptídico.
• ARN transferente (ARNt): Moléculas adaptadoras que transportan aminoácidos específicos hasta los ribosomas y reconocen los codones correspondientes en el ARNm, asegurando la correcta incorporación de los aminoácidos en la cadena polipeptídica en crecimiento.
• ARN nucleolar (ARNn): Se encuentra en el nucléolo de las células eucariotas y es el precursor a partir del cual se procesan y ensamblan los ARNr para formar las subunidades ribosómicas. (Nota: Existen otros tipos de ARN pequeños con funciones reguladoras y catalíticas).

Lípidos

Los lípidos son un grupo heterogéneo de biomoléculas orgánicas, compuestas principalmente por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), aunque algunas también contienen fósforo (P), nitrógeno (N) o azufre (S). Son generalmente insolubles en agua (hidrofóbicos) y solubles en disolventes orgánicos no polares. Muchos lípidos contienen ácidos grasos unidos a otros componentes mediante enlaces de tipo éster.

Ácidos Grasos

Son largas cadenas hidrocarbonadas (generalmente con un número par de átomos de carbono) con un grupo carboxilo (-COOH) en un extremo. Pueden ser:

• Saturados: Solo contienen enlaces simples (C-C) entre los átomos de carbono de la cadena. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente.
• Insaturados: Contienen uno o más enlaces dobles (C=C) entre los carbonos de la cadena. Si tienen un solo doble enlace, son monoinsaturados; si tienen varios, son poliinsaturados. Los dobles enlaces suelen provocar»codo» en la cadena, dificultando el empaquetamiento y haciendo que sean líquidos a temperatura ambiente (aceites).

Clasificación de Lípidos

Se pueden clasificar en dos grandes grupos según contengan o no ácidos grasos en su estructura:

• Lípidos saponificables: Contienen ácidos grasos unidos por enlaces éster y pueden sufrir hidrólisis alcalina (saponificación) para formar jabones. Incluyen:
  • Acilglicéridos (o grasas neutras)
  • Ceras
  • Fosfolípidos
  • Glucolípidos
• Lípidos insaponificables: No contienen ácidos grasos y no pueden saponificarse. Incluyen:
  • Terpenos (o isoprenoides)
  • Esteroides
  • Prostaglandinas

Acilglicéridos (Grasas y Aceites)

Están formados por la esterificación de una molécula de glicerol con uno, dos o tres ácidos grasos (mono-, di- o triacilglicéridos, respectivamente). Los triacilglicéridos son los más abundantes.

• Función principal: Reserva energética a largo plazo y aislamiento térmico y mecánico.
• Aceites: Son líquidos a temperatura ambiente. Predominan los ácidos grasos insaturados de cadena corta o media. Se encuentran principalmente en vegetales (ej. aceite de oliva, girasol, soja).
• Grasas animales:
  • Mantecas: Semisólidas a temperatura ambiente, con mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados.
  • Sebos: Sólidos a temperatura ambiente, ricos en ácidos grasos saturados. Son la principal reserva energética en animales, almacenados en el tejido adiposo (adipocitos). Actúan como aislante térmico (ej. grasa parda en animales hibernantes o recién nacidos).

Ceras

Se forman por la esterificación de un ácido graso de cadena larga con un alcohol también de cadena larga (monoalcohol).

• Función: Son extremadamente hidrófobas, actuando como impermeabilizantes y protectores en la superficie de hojas, frutos, plumas, pelo y exoesqueleto de insectos. La cera de abeja es un ejemplo conocido.