TEMA 7
NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS
1. LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
No podemos definir la vida, pero sí reconocerla en los seres vivos, ya que es una cualidad exclusiva de estos.
Los seres vivos tienen una organización compleja, que les permite, mantener dicha organización realizando las funciones vitales, que son: Nutrición, relación y reproducción.
Al mantenimiento de su organización y constantes vitales, necesarias para mantenerse vivos, se denomina homeostasis.
1.1. Niveles de organización de la materia
• Atómico. Corresponde a los elementos químicos, que son la mínima organización de materia con identidad propia.
• Molecular. Las moléculas se forman por la unión de átomos mediante enlaces químicos. Hay un nivel inferior al celular, formado por moléculas muy grandes asociadas para formar estructuras como los orgánulos celulares, el supramolecular.
• Celular. Mínima unidad de vida que es capaz de realizar todas las funciones vitales.
• Pluricelular. Unión de células para formar tejidos, que se agrupan para formar órganos, aparatos y sistemas.
• Población. Conjunto de organismos de la misma especie que viven en un lugar determinado.
• Ecosistema. Conjunto de las poblaciones que viven en una zona con unas condiciones físico-químicas características.
1.2. Funciones vitales de los seres vivos
• Nutrición. Consiste en el intercambio de materia y energía con el exterior. El conjunto de reacciones químicas que deben realizar se denomina metabolismo.
• Relación. Consiste en la detección de estímulos y reaccionar ante ellos.
• Reproducción. Capacidad de formar individuos semejantes a ellos, transmitiendo la información genética. Puede ser mediante un proceso asexual, formando clones o sexual con intercambio genético.
2. LOS COMPONENTES QUÍMICOS DE LOS SERES VIVOS
2.1. Bioelementos. Son los elementos que forman parte de los seres vivos. Se clasifican en:
• Primarios, también denominados plásticos ya que forman la estructura básica de las biomoléculas. Representan el 95%. Son: C, H, O, N, P y S.
• Secundarios, representan el 5% y algunos importantes son: Na, Ca, K, Mg y Cl. Cuando alguno de los elementos secundarios existe en un organismo en una proporción menor de 0,1% se denomina oligoelemento. Algunos son: Cu, Mn, Fe y Zn.
2.2. Biomoléculas. Son las biomoléculas que forman parte de los seres vivos. Se forman por la unión de átomos mediante los siguientes tipos de enlaces.
• Covalente. Los átomos comparten electrones. Pueden ser polares y no polares.
• Iónico. Uno de los elementos pierde electrones, quedándose con carga positiva, catión, mientras que el otro los gana, adquiriendo carga negativa, anión.
• Puente de hidrógeno. Se produce por la unión entre zonas con cargas parciales de distinto signo.
• Fuerzas de Van der Vaals. Son interacciones electrostáticas aleatorias, temporales y de carácter débil.
Las biomoléculas se clasifican en inorgánicas y orgánicas.
3. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
3.1. El agua.
• Estructura.
• H2O. El oxígeno se une a 2 hidrógenos por enlace covalente.
• Estos enlaces forman un ángulo aproximado de unos 105 º.
• El O atrae con más fuerza a los electrones, creándose unas zonas de cargas parciales positivas y negativas, lo que provoca que la molécula de agua sea dipolar.
• Las moléculas de agua tienden a unirse por puentes de hidrógeno entre sí, o a cualquier otra molécula en la que existan cargas.
• Propiedades.
• La cantidad de agua en un tejido está directamente relacionada con su actividad.
• El punto de fusión es de 0º C y el de ebullición de 100º C.
• Alto calor específico
• Elevada fuerza de cohesión y de adhesión.
• En estado sólido es menos densa.
• Bajo grado de ionización
• Funciones.
• Disolvente universal de las sustancias polares
• Medio en el que se realizan las reacciones químicas
• Transporte de sustancias
• Da forma y volumen a las células
• Termorreguladora
• Permite la vida en las regiones polares y zonas de alta montaña.
3.2. Las sales minerales
Las sales minerales las podemos encontrar en los seres vivos de tres formas:
• Sólidas. Formando estructuras duras como huesos y conchas.
• Asociadas a moléculas orgánicas. Como el fosfato o el Fe de la hemoglobina.
• Disueltas. En forma de iones. Estas realizan las siguientes funciones, estabilizando el medio celular (Homeostasis).
o Amortiguan el pH de las disoluciones.
o Mantienen la salinidad del medio interno mediante los fenómenos osmóticos, la difusión y la diálisis.
o Algunas funciones específicas como intervenir en la contracción muscular, transmisión del impulso nervioso, coagulación de la sangre, etc.
4. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS
Su estructura fundamental está formada por los bioelementos primarios. En estas moléculas se encuentran unos radicales característicos, los grupos funcionales, que les proporcionan propiedades y funciones muy importantes. Los principales son:
Muchas moléculas se forman por la unión repetida de unidades, denominadas monómeros, que dan lugar a los polímeros. Cada biomolécula tiene su enlace característico, aunque tienen en común que en la reacción de formación se desprende una molécula de agua, reacción de Condensación), mientras que, para su rotura, se requiere la introducción de una molécula de agua en forma ionizada (H+ + OH-), reacción
4.1. Los Glúcidos
Biomoléculas formadas por C n H 2n O n (Mal llamados hidratos de carbono)
La palabra proviene del griego “glykos” que significa dulce. En realidad, son polihidroxicetonas y polihidroxialdehídos.
• Monosacáridos: Una sola molécula de polihidroxiacetona (cetosas) o de polihidroxialdehído (aldosas).
Según el número de carbonos se denominan: Triosas, Tetrosas, Pentosas, Hexosas, etc.
En disolución las moléculas se encuentran cicladas en forma pentagonal o hexagonal.
Los más importantes son: Pentosas: Ribosa y Desoxirribosa (Ácidos nucleicos); Hexosas: Glucosa, Fructosa y Galactosa (Moléculas energéticas)
• Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace glucosídico.
Los principales disacáridos son: Maltosa (Glu-Glu) , Lactosa (Gal-Glu), Sacarosa (Glu-Fru) y Celobiosa (Glu-Glu) Son moléculas energétcas, excepto la Celobiosa que forma parte de la celulosa.
• Polisacáridos: Formados por muchas moléculas, por lo tanto, son polímeros. Los más importantes son: Almidón (reserva energética en vegetales), Glucógeno (reserva energética en animales), Celulosa (forma parte de las paredes celulares de los vegetales) y Quitina (forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos).
Resumen de las funciones de los glúcidos
a. Energía a inmediata: Monosacáridos como glucosa y fructosa y los disacáridos. b. Reserva energética a corto plazo como los polisacáridos glucógeno y almidón. c. Estructural como los polisacáridos celulosa y quitina.
4.2. Los Lípidos
Son biomoléculas formadas por C, H siempre, O casi siempre; a veces llevan P y/o N. Son un grupo muy heterogéneo.
No son solubles en agua, siendo solubles en disolventes orgánicos: acetona, éter, etc. El nombre proviene del griego “lipos”, que significa grasa.
Son untuosos y poco densos.
• Lípidos saponificables: En su composición llevan ácidos grasos, (saturados e insaturasos), que se unen a alcoholes mediante enlace de tipoéster.
Simples cuando sólo llevan C, H y O. Son los acilglicéridos o grasas (animales y vegetales) y las ceras.
Complejos cuando además llevan P, N o los dos. Los más importantes son los fosfoglicéridos.
Estas moléculas son anfipáticas, es decir tiene una zona polar y otra apolar. Debido a esto su comportamiento en medio acuoso les hace formar micelas y bicapas lipídicas, que son la estructura fundamental de las membranas biológicas.
Se forman a partir de los diacilglicéridos mas un ácido fosfórico y un alcohol o aminoalcohol.
• Lípidos no saponificables: No llevan ácidos grasos.
Isoprenoides o terpenos: derivados del isopreno. Realizan funciones como pigmentos, esencias vegetales y como vitaminas (A, E y K)
Esteroides: Derivados del esterano. Realizan funciones como hormonas, sales biliares, colesterol y vitamina D.
Resumen de las funciones de los lípidos
a. Reserva energética a largo plazo: Acilglicéridos. b. Estructural
▪ A nivel celular formando las membranas biológicas: Saponificables complejos y colesterol.
▪ A nivel orgánico recubren tejidos y órganos, actuando como impermeabilizantes, y aislantes térmicos y mecánicos: Acilglicéridos y ceras.
4.3. Las proteínas
Las proteínas son biomoléculas orgánicas formadas por C, H, O y N siempre y además pueden llevar S, P, Fe, Cu, Mg, etc.
Las proteínas representan el 50% del peso en seco de un ser humano. Son las macromoléculas que mayor número de funciones realizan. Se forman por la unión de aminoácidos mediante enlace peptídico.
• Estructura de un aminoácido y clasificación.
• Los péptidos y formación del enlace peptídico.
• Características del enlace peptídico
El enlace peptídico es un enlace covalente formado entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente.
Es un enlace rígido, con dimensiones y propiedades entre un enlace simple y uno doble. Esto se debe al efecto de resonancia y hace que los elementos que están unidos al enlace peptídico se encuentren en el mismo plano.
• Diversidad de las proteínas
La diversidad de las proteínas se debe tanto al número y tipo de aminoácidos como al orden de éstos en la cadena.
La selección natural se ha encargado de elegir las funcionales y eliminar las que no son útiles.
• Estructura de las proteínas
PRIMARIA: Informa de la secuencia de aminoácidos. La función va a depender de esta secuencia, pero no es real. Siempre el primer aminoácido se encuentra en el estreno N-terminal (Nt) y el último en el extremo Carboxilo terminal (Ct).
SECUNDARIA: Es la disposición en el espacio de la estructura primaria. Esta disposición puede ser de tres tipos:
- hélice: Se produce al girar los planos donde se encuentra el enlace peptídico. Los grupos R se sitúan hacia fuera.
- laminar: Se produce por la interacción entre polipéptidos lineales situados de forma paralela o antiparalela. Se estabiliza por puentes de hidrógeno entre los O y los H de cadenas distintas. Los grupos R se sitúan hacia arriba y hacia abajo de la lámina. Hélice del colágeno: Es un tipo especial de hélice más alargada. Para formar una molécula de colágeno se necesitan tres hélices
TERCIARIA: Se produce cuando coexisten partes de la - hélice y la - laminar en la misma proteína. Esta estructura se mantiene debido a la existencia de aminoácidos que interrumpen la estructura secundaria, los radicales hidrófilos tenderán a salir hacia el medio y los hidrófobos a alejarse, los restos S-H son capaces de formar puentes disulfuro S-S y a que la carga de algunos aminoácidos hace que se atraigan o repelan.
Siempre la misma secuencia inicial y, en las mismas condiciones del medio, forma la misma conformación tridimensional, que es la más estable y a la que se denomina estado nativo. Puede adquirir una forma globular o fibrosa.
CUATERNARIA: Se produce por la asociación de varias cadenas polipeptídicas, denominadas subunidades o protómeros mediante enlaces similares a los de la estructura terciaria
Solubilidad. Las proteínas globulares son solubles, aunque su gran tamaño hace que formen dispersiones coloidales. Las filamentosas son insolubles, formando estructuras.
Desnaturalización. Cuando a una proteína se la somete a cambios de temperatura y pH, pierde su conformación y deja de realizar bien su función, además puede llegar a precipitar.
Especificidad. Cada ser vivo tiene unas proteínas específicas que vienen determinadas por su información genética, aunque realicen la misma función. Debido a esto, se producen los rechazos ante los trasplantes de órganos.
• Funciones de las proteínas
Estructural: A nivel celular: Glucoproteínas de la membrana, la tubulina de los microtúbulos del citoesqueleto, de cilios y flagelos, actina de los microfilamentos y las histonas de los ácidos nucleicos. A nivel histológico se pueden citar las queratinas, las elastinas y el colágeno.
Transporte: Las permeasas de la membrana, la hemoglobina, la transferrina, las lipoproteínas etc.
Enzimática: Es posiblemente la función más importante. Facilitan las reacciones químicas haciendo que se realicen a gran velocidad, pero a temperatura baja.
Hormonal: Insulina, tiroxina, hormona del crecimiento, etc.
Defensa: Las inmunoglobulinas o anticuerpos, la trombina y el fibrinógeno, las mucinas, así como los antibióticos.
Motoras: La actina y la miosina que intervienen en la contracción muscular. Cinesinas en el movimiento de vesículas y orgánulos y la dineína en el movimiento de los cilios y flagelos.
Reserva de aminoácidos: Ovoalbumina, la caseína, etc. Homeostática: Regulan el pH y la presión osmótica.
4.4. Los ácidos nucleicos
Son biomoléculas orgánicas formadas por C, H, O, N y P. Nunca llevan S.
Se forman por la polimerización de nucleótidos, que se unen mediante enlace fosfodiéster (-O-P-O-).
Se distinguen dos tipos el ADN y el ARN.
• El ADN
Es un polímero de desoxirribonucleótidos de A, G, C, y T. Unidos mediante enlace fosfodiéster.
Su peso molecular es muy elevado
Se encuentra ADN, además de en el núcleo, en el interior de mitocondrias y cloroplastos.
En las células eucariotas se encuentra unido a proteínas histonas formando la cromatina y, durante la división celular, los cromosomas.
Estructura primaria
Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena.
Esta secuencia indica la información genética o mensaje biológico.
Cada tres bases forman un triplete o codón que informa para la síntesis de un aminoácido.
Estructura secundaria
Fue descubierta por Watson y Crick.
Es la disposición en el espacio de dos cadenas de ADN enfrentadas, unidas mediante puentes de hidrógeno
Complementarias, pero no idénticas.
Los puentes de hidrógeno son dobles entre la A y la T y triples entre la C y la G.
Siempre se cumple que el: nº de A = nº de T y que el nº de C = nº de G. A partir de esta estructura la molécula es capaz de autoduplicarse en dos moléculas idénticas.
• El ARN
El ARN es un polímero de ribonucleótidos de A, C, G y U Unidos mediante enlace fosfodiéster.
Se forma a partir del ADN, mediante el proceso denominado transcripción. Se pueden encontrar 3 tipos principales:
ARNm: Actúa como intermediario en el traslado de la información genética del ADN desde el núcleo al citoplasma
ARNt: Su función es la de transporte de aminoácidos libres en el citoplasma hasta los ribosomas. Es la molécula que relaciona los dos códigos, el de nucleótidos y el de aminoácidos a través de sus
ARNr: Es el más abundante.
Se une a proteínas para formar los ribosomas, que son los orgánulos donde se produce la traducción dentro del proceso de síntesis de proteínas.
Se distinguen dos tipos de ribosomas:
Los de las células eucariotas con un tamaño grande de 80S Los de las células procariotas con un tamaño pequeño de 70S
• Funciones de los ácidos nucleicos
1. Almacenamiento de la información genética. La realiza el ADN excepto en algunos virus.
2. Transmisión de la información genética.
El ARN se encarga de leer y transcribir la información a todas las partes de la célula.
El ADN se transmite de generación en generación en el proceso de reproducción.
• Diferencias entre el ADN y el ARN 1. Por su composición química:
El ADN lleva desoxirribosa y timina El ARN lleva ribosa y uracilo
2. Por su localización:
El ADN siempre se encuentra en el núcleo (también en mitocondrias y en cloroplastos)
El ARN tanto en el núcleo como en el citoplasma. 3. Por su función:
El ADN es el portador de la información genética
El ARN recibe la información y ejecuta la síntesis de proteínas. 4. Por su estructura
El ADN tiene un peso molecular elevado y doble cadena. El ARN tiene un peso molecular pequeño y cadena simple.
