Niveles de Organización Biológica

La vida y sus niveles de organización

• Los seres vivos son complejos y su complejidad se extiende a las moléculas que los componen y cómo se organizan en asociaciones macromoleculares.

Niveles de organización bióticos

• Existen cuatro niveles exclusivos de los seres vivos.
• Nivel celular: Comprende las células, unidades de materia viva con membrana y citoplasma, clasificadas en eucariotas y procariotas.
• Nivel pluricelular: Abarca organismos con más de una célula y distintos grados de complejidad.
• Tejidos: Conjuntos de células especializadas similares con el mismo origen y función.
• Órganos: Unidades estructurales y funcionales de seres vivos superiores, formadas por diferentes tejidos para una acción concreta.
• Sistemas: Conjuntos de órganos similares que realizan acciones independientes (ej., nervioso, óseo, muscular, endocrino).
• Aparatos: Conjuntos de órganos diferentes coordinados para una función.
• Nivel de población: Individuos de la misma especie en una zona y momento determinados, considerados por sus relaciones en espacio y tiempo.
• Nivel de ecosistema: Incluye la comunidad o biocenosis (conjunto de poblaciones interrelacionadas) y el biotopo (lugar con condiciones fisicoquímicas). El conjunto de biocenosis y biotopo forma el ecosistema.
• La biosfera, el conjunto de ecosistemas de la Tierra, es el nivel más complejo de organización.

Bioelementos y biomoléculas

• Los seres vivos, aunque diversos, comparten una composición química homogénea.
• Los bioelementos son los elementos químicos que forman los seres vivos, clasificados en dos grupos.
• Los bioelementos primarios forman el 98% de un ser vivo y son abundantes en sus compuestos, siendo C, H, O y N los principales.
• Los bioelementos secundarios representan el 2% restante, incluyendo Na, K, Mg, Ca, Cl, Fe, Mn, Co, I, Cu, B, F, Li, Zn, Al, Cr, Si, Se, Br, Mo, V, Ni, As, Sn, Rb, Sr, Pb, Cd, Ce, Ba, Ti, Hg, Cs, Ge, Sb, Ag, Nb, Zr, La, Te, Ga, Ta, Bi, Y, Au, Sc, In, Th, U, Sm, Be, Rh, Po y W.
• Los oligoelementos son esenciales para la vida aunque algunos solo para algunos organismos. Su proporción debe ser menor al 0,1%.
• Los bioelementos se unen y forman biomoléculas que pueden ser orgánicas o inorgánicas.
• El carbono es fundamental en compuestos orgánicos, permitiendo la construcción de cadenas largas, variadas y estables a través de cuatro enlaces covalentes.

Los compuestos inorgánicos: biomoléculas inorgánicas

• El agua es el compuesto más abundante en los seres vivos (más del 50%).

EL AGUA

• La molécula de agua consta de dos átomos de H y uno de O unidos por enlaces covalentes.
• El agua es neutra, pero el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, generando un exceso de carga negativa en el O y positiva en los H, formando una molécula bipolar.
• Las moléculas de agua se atraen mediante enlaces de hidrógeno, formando una estructura reticular.

Funciones del Agua

• Poder Disolvente: La composición del agua le permite ser un gran disolvente debido a que muchas sustancias tienen grupos químicos de carga que son atraídas por las moléculas de agua, rompiendo su estructura original.
• Facilita reacciones químicas y el transporte de compuestos disueltos en organismos.
• Estructura Reticular: Las moléculas de agua se atraen entre sí (tensión superficial) y a moléculas del recipiente. Cuando el recipiente es estrecho se produce el efecto de capilaridad.
• Calor Específico: El agua tiene un alto calor específico, lo que le confiere una función termorreguladora en los seres vivos. Utilizado por los mamíferos para bajar su temperatura cuando es excesiva haciendo que el sudor se evapore, gracias al calor aportado por el propio cuerpo.
• Densidad: El agua es menos densa en estado sólido, lo que permite que cuando hielan lagos y mares, el hielo flote y proteja el agua líquida subyacente.

Las sales minerales

• Son compuestos formados por la unión de dos iones que se atraen, uno positivo (catión) y otro negativo (anión), unidos por un enlace iónico; también son sales minerales los iones aislados.
  • Cationes: Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, K+, Cu2+, etc.
  • Aniones: carbonato: CO3; bicarbonato: HCO3¯; cloruro: Cl¯; fosfato: PO4; nitrato: NO3; etc.
• Se presentan de forma sólida o precipitada, o disueltas en agua.

Funciones de las Sales Minerales

• Forman estructuras de protección o sostén cuando están en forma sólida e insoluble, como en conchas de moluscos (carbonato de calcio), huesos (fosfato de calcio) o caparazones de diatomeas y esqueletos de esponjas (silicatos).
• Regulan los procesos osmóticos y mantienen el volumen celular cuando están disueltas, interviniendo en la ósmosis, el paso de solvente a través de una membrana semipermeable.

Biomoléculas orgánicas

Los Glúcidos

• Son moléculas que constan de C, H y O, y a veces también N, S o P.
• Son aldehídos o cetonas con grupos hidroxilo y se clasifican según el número de cadenas de carbono que tienen.

Clasificación de Glúcidos

• Monosacáridos: Tienen una sola cadena de carbono.
• Oligosacáridos: Tienen de 2 a 10 cadenas de carbono.
  • Los disacáridos tienen 2 cadenas de carbono
  • Los trisacáridos tienen 3 cadenas de carbono.
• Polisacáridos: Tienen de 11 a millones de cadenas de carbono.

Monosacáridos

• Tienen una sola cadena de carbono (de 3 a 7 carbonos) y son solubles en agua y de sabor dulce.
  • Triosas: Con tres carbonos (ej., gliceraldehído, interviene en la fotosíntesis y en el metabolismo de la glucosa).
  • Pentosas: Con cinco carbonos (ej., ribosa, forma parte de la estructura del ARN y del ATP; desoxirribosa, forma parte de la estructura del ADN). Hexosas: Con seis carbonos (ejemplos: glucosa, principal nutriente de los seres vivos; galactosa, tiene función energética y se halla en la leche y fructosa, tiene función energética y se halla en muchas frutas.)

Disacáridos

• Tienen dos cadenas de carbono y se forman por la unión de dos monosacáridos; solubles en agua y de sabor dulce.
• El enlace que une los dos monosacáridos se llama glucosídico.
  • Maltosa: formada por dos glucosas y presente en la cebada.
  • Lactosa: formada por galactosa y glucosa y contenida en la leche.
  • Sacarosa: formada por glucosa y fructosa y hallada en la caña de azúcar y en la remolacha.

Polisacáridos

• Son macromoléculas formadas por la unión de muchos monosacáridos; son insolubles en agua y no son dulces.
  • Almidón: exclusivo de los vegetales y se almacena en forma de granos en tubérculos y semillas. Es una reserva energética.
  • Glucógeno: exclusivo de los animales, se almacena en forma de granos en el hígado y los músculos. Es una reserva energética.
  • Celulosa: formada por millones de glucosas y tienen función estructural, pues forma parte de la pared celular de los vegetales.
  • Quitina: Forma el exoesqueleto de los artrópodos y la pared celular de los hongos.

Los glúcidos: Funciones

• Energética: Aportan energía a las células, especialmente la glucosa; también la fructosa, maltosa, lactosa. Los polisacáridos almidón y glucógeno sirven como reserva energética.
• Estructural: Forman parte de la estructura de otros compuestos, como la ribosa en el ARN o la desoxirribosa en el ADN. También estructuras protectoras como la celulosa en vegetales y la quitina en artrópodos y hongos.
• Asimismo intervienen en procesos celulares (fotosíntesis, respiración celular, etc.).

Los lípidos

Concepto

• Moléculas formadas por C, H y O, a veces también P y S.
• Insolubles en agua y solubles en líquidos no polares.

Clasificación de los lípidos

• Lípidos saponificables: que sí contienen ácidos grasos y pueden formar jabones. Ejemplos son los ácidos grasos, glicéridos (acilglicéridos o grasas), ceras y fosfolípidos.
• Lípidos insaponificables: que no contienen ácidos grasos y no pueden formar jabones. Incluyen a los terpenos y esteroides.

Ácidos Grasos

• Compuestos de una cadena larga de C e H y un grupo carboxilo (-COOH).
• Poseen un extremo polar (hidrófilo) y otro no polar (hidrófobo), lo que les confiere carácter anfipático.

Clasificación

• Saturados: No poseen dobles enlaces.
• Insaturados: Poseen uno o más dobles enlaces.

Funciones

• Aportan energía y formar parte de la estructura de otros lípidos.

Glicéridos, Acilglicéridos o Grasas

• Resultan de la unión de uno, dos o tres ácidos grasos con una molécula de glicerina (glicerol).
• Si un glicérido tiene un solo ácido graso es un monoglicérido o monoacilglicérido.
• Si tiene dos ácidos grasos es un diglicérido o diacilglicérido.
• Si tiene tres es un triglicérido o triacilglicérido.

Funciones

• Principal reserva energética de los seres vivos.
• Protección contra el frío y protección de los órganos.

Fosfolípidos

• Se forman por la unión de dos moléculas de ácidos grasos, una de glicerina y un ácido fosfórico.
• Son moléculas anfipáticas con un extremo hidrófilo y otro hidrófobo.
• Forman las membranas de las células.

Glucolípidos

• Lípidos unidos a un hidrato de carbono.
• Participan en procesos de reconocimiento y comunicación celular, y en la estabilidad de la membrana.

Ceras

• Se forman por la unión de un ácido graso muy largo con un alcohol también muy largo.
• Recubren partes exteriores de seres vivos impermeabilizándolos, evitando la entrada/pérdida de agua.

Lípidos Insaponificables

Terpenos o Isoprenoides

• Formados por la unión de moléculas de isopreno.
  • Monoterpenos (dos isoprenos, ej., mentol).
  • Diterpenos (cuatro isoprenos, ej., retinol o vitamina A).
  • Triterpenos (seis isoprenos).
  • Tetraterpenos (ocho isoprenos, ej., carotenos y xantofilas).
• Pueden ser lineales o cíclicos y abundan en los vegetales.

Esteroides

• Formados por cadenas cíclicas de carbono y cumplen diversas funciones (ej., colesterol en membranas celulares, testosterona y progesterona como hormonas).
• Algunos ejemplos de esteroides naturales importantes incluyen:
  • Colesterol: Se encuentra en las membranas celulares y ayuda a mantener su fluidez. Se forma en el hígado y también se obtiene de los alimentos.
  • Testosterona: Hormona formada en los testículos.
  • Progesterona: Hormona formada en los ovarios.
  • Ácidos biliares: Son un conjunto de ácidos.
  • Vitamina D: Favorece la absorción de calcio y fósforo en el intestino delgado. Su carencia provoca el raquitismo.

Funciones de los lípidos

• Energética: Principalmente función de los ácidos grasos; los glicéridos son reserva energética.
• Estructural: Componentes de membranas celulares (fosfolípidos); impermeabilizan (ceras).
• Reguladora/Catalizadora: Enzimas, hormonas y vitaminas.

Las proteínas

• Son macromoléculas formadas por la unión de aminoácidos.
• Los aminoácidos se unen a través de enlaces peptídicos.

Aminoácidos

• Un aminoácido es un compuesto con un grupo carboxilo (- COOH) de naturaleza ácida, un grupo amino (-NH2) de naturaleza básica, un C, un Hy un radical (R) variable.
• Existen veinte aminoácidos diferentes
• La unión de dos aminoácidos se produce mediante un enlace peptídico. Más de 50 aminoácidos forman un polipéptido, cadena polipeptídica o proteína.

Estructura de las proteínas

• Estructura primaria (19): Secuencia de aminoácidos de la proteína.

• Estructura secundaria (2°) Es la disposición espacial que adopta la estructura primaria. Hay dos tipos principales de estructuras secundarias:

  • Hélice, helicoidal o alfa (a): Debido a enlaces de hidrógeno y puentes disulfuro forma el enlace helicoidal
  • En láminas plegadas o beta (β): La cadena de aminoácidos adopta la forma de una línea quebrada dispuesta en diferentes planos, con los radicales de los aminoácidos fuera de esos planos.

• Estructura Terciaria (3°) Es la disposición espacial en globular: La proteína se pliega formando un ovillo,, la estructura terciaria se mantiene gracias a nuevos enlaces débiles (enlaces de hidrógeno y disulfuro) que aparecen al plegarse la proteína.

• Estructura cuaternaria (4°) Es la estructura que poseen algunas proteínas formadas por dos o más cadenas de aminoácidos.

• Si una proteína pierde sus estructuras 2º, 3º y 4º cambia su forma y deja de funcionar. Es lo que se conoce como desnaturalización de las proteínas.

Las Proteínas: Funciones

• Enzimática: Catalizan reacciones químicas (enzimas).
• Transportadora: Transportan sustancias (ej., hemoglobina y mioglobina).
• Contráctil: Contracción de células musculares (actina y miosina).
• Defensiva: Defienden de microbios (inmunoglobulinas); coagulación de la sangre (trombina y fibrinógeno).
• Estructural: Citoesqueleto y centrosoma (tubulina); fibras (colágeno); pelo, uñas (queratina).
• Reguladora/Hormonal: Insulina y hormona de crecimiento. Energética y de reserva de aminoácidos: Algunas proteínas como la caseína o la ovoalbúmina son una reserva de aminoácidos.

Ácidos Nucleicos

• Son macromoléculas con C, H, O, N y P formadas por la unión de nucleótidos.
• Son polímeros de nucleótidos.

Nucleótidos

• Un nucleótido tiene tres partes:
  • Pentosa (ribosa o desoxirribosa).
  • Base nitrogenada (adenina, guanina, timina, citosina o uracilo).
  • Ácido fosfórico (H3PO4).
• Además de formar ácidos nucleicos, algunos nucleótidos tienen otras funciones, como el AMP, ADP y ATP.
  • AMP (adenosín monofosfato): ribosa, adenina y un ácido fosfórico.
  • ADP (adenosín difosfato): ribosa, adenina y dos ácidos fosfóricos.
  • ATP (adenosín trifosfato): ribosa, adenina y tres ácidos fosfóricos.

Ácidos Nucleicos

• Son macromoléculas formadas por la unión de nucleótidos. Hay dos tipos: ácido ribonucleico y ácido desoxirribonucleico.

Ácido Ribonucleico (ARN)

• Sus nucleótidos (ribonucleótidos) tienen:
  • ribosa
  • adenina, guanina, citosina o uracilo y ácido fosfórico.
• Se encuentra en el núcleo, citosol, ribosomas, mitocondrias y cloroplastos.
• Existen tres tipos de ARN:
  • ARN mensajero (ARNm): transporta información genética del núcleo a ribosomas.
  • ARN de transferencia (ARNt): transporta aminoácidos a ribosomas.
  • ARN ribosómico (ARNr): forma la estructura de los ribosomas.

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

• Sus nucleótidos (desoxirribonucleótidos) tienen:
  • desoxirribosa.
  • Base nitrogenada: adenina, guanina, citosina o timina, nunca uracilo.
  • ácido fosfórico.
• Los nucleótidos se disponen formando dos cadenas o hebras paralelas, en espiral y en sentido contrario (antiparalelas).
• Las bases enfrentadas de ambas hebras están unidas por enlaces de hidrógeno. Es el portador de la información genética en los seres vivos y se halla sobre todo en el núcleo

Expresión Génica

• La expresión de genes permite obtener proteínas a partir de genes.
• Los genes son secuencias de nucleótidos de ADN que codifican la información necesaria para la síntesis de proteínas.
• Dicha síntesis tiene lugar en dos pasos:
• Transcripción: En el núcleo
• Traducción: En el citoplasmático