Fundamentos de la Vida Celular: Bioelementos y Biomoléculas

Bioelementos y Biomoléculas: La Base Química de la Vida

La materia viva está compuesta por una serie de elementos químicos y moléculas que desempeñan funciones vitales. Estos componentes se dividen principalmente en bioelementos y biomoléculas.

Bioelementos

Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Se clasifican según su abundancia:

• Primarios: Constituyen aproximadamente el 99% de la masa de la célula. Son capaces de formar cadenas estables. Incluyen: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N).
• Secundarios: Representan alrededor del 0.9% de la masa celular. Son esenciales para diversas funciones. Incluyen: sodio (Na), potasio (K), cloro (Cl) y calcio (Ca).
• Oligoelementos: Presentes en muy baja proporción (aproximadamente 0.1%), pero son esenciales para la vida celular. Incluyen: hierro (Fe), cobre (Cu) y flúor (F), entre otros.

Biomoléculas

Las biomoléculas son las moléculas que constituyen a los seres vivos. Pueden ser inorgánicas u orgánicas.

El Agua

Es la biomolécula inorgánica más abundante en los seres vivos. Está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H₂O). Es una molécula dipolar, lo que significa que, aunque es eléctricamente neutra en conjunto, presenta una distribución desigual de cargas, con un polo positivo (hidrógenos) y un polo negativo (oxígeno). Las moléculas de agua se unen entre sí mediante puentes de hidrógeno, que son interacciones débiles pero numerosas.

Propiedades del Agua

• Líquida a temperatura ambiente.
• Alto calor específico y de evaporación.
• Elevada tensión superficial.
• Menor densidad en estado sólido (hielo).

Funciones del Agua

• Amortiguador térmico: Evita cambios bruscos de temperatura.
• Disolvente universal: Disuelve la mayor parte de las biomoléculas. Las reacciones químicas de la célula se realizan en un medio acuoso.
• Esqueleto hidrostático: Mantiene la forma de la célula.
• Transporte: Medio para el transporte de sustancias.
• Estructural: La presión del agua (turgencia) mantiene el volumen y la forma de las células sin membrana rígida.
• Determina el pH.

Sales Minerales

Son biomoléculas inorgánicas que se encuentran en el organismo en dos estados diferentes:

• Precipitadas: En estado sólido. Tienen función estructural, de protección y sostén (ejemplos: en dientes y huesos).
• En disolución: Disueltas en agua. Tienen función reguladora, controlando el paso de agua a la célula.

Control del Equilibrio Hídrico (Ósmosis)

Las sales minerales en disolución son cruciales para el control del equilibrio hídrico de las células mediante el proceso de ósmosis. El agua tiende a moverse hacia donde hay mayor concentración de sales:

1. Poca concentración de sales fuera de la célula: El agua sale de la célula (medio hipotónico).
2. Igual concentración de sales dentro y fuera de la célula: Entra y sale la misma cantidad de agua (medio isotónico).
3. Mucha concentración de sales fuera de la célula: Entra mucha agua a la célula (medio hipertónico).

También son importantes en forma de iones para diversas funciones celulares.

Glúcidos o Hidratos de Carbono

Son biomoléculas orgánicas (no contienen fósforo, P). Sus funciones principales son:

• Energética: Fuente primaria de energía.
• Reserva: Almacenamiento de energía.
• Estructural: Forman parte de estructuras celulares.

Tipos de Glúcidos

• Monosacáridos: Estructura básica. Función energética. Destacan la Ribosa y la Desoxirribosa (pentosas, componentes de ácidos nucleicos) y la Glucosa (hexosa, principal fuente de energía).
• Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos. Función energética. Ejemplos: lactosa, maltosa, sacarosa.
• Polisacáridos: Formados por la unión de más de dos monosacáridos. Función de reserva y estructural. No son dulces ni solubles en agua. Ejemplos: en vegetales (celulosa, estructural; almidón, reserva) y en animales (glucógeno, reserva).

Lípidos o Grasas

Son biomoléculas orgánicas. Sus funciones principales son:

• Hormonal: Algunas hormonas son lípidos (esteroides).
• Estructural: Componentes de membranas celulares.
• Protección: Aislamiento térmico y mecánico.
• Reserva energética: Almacenan gran cantidad de energía.

Tipos de Lípidos

• Saponificables: Contienen ácidos grasos. Pueden formar jabón mediante saponificación. Ejemplos: Fosfolípidos (forman parte de la membrana celular), Triglicéridos (función energética y de protección).
• Insaponificables: No contienen ácidos grasos. Derivan del isopreno. No forman jabón. Ejemplo: colesterol.

Proteínas

Son biomoléculas orgánicas de gran tamaño formadas por la unión de aminoácidos. Un aminoácido típico contiene un grupo amino (-NH₂), un grupo carboxilo (-COOH), un átomo de carbono central (carbono alfa) y una cadena lateral (grupo R) que varía entre los diferentes aminoácidos. Existen 20 tipos comunes de aminoácidos que se unen formando cadenas mediante enlaces peptídicos.

Funciones de las Proteínas

La función de una proteína está determinada por su estructura tridimensional. Algunas funciones importantes son:

• Enzimática: La más importante; las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones químicas (catalizadores biológicos).
• Inmunológica: Anticuerpos (inmunoglobulinas, Ig) que defienden al organismo.
• Transporte: Como la hemoglobina, que transporta oxígeno.
• Reserva: Almacenan aminoácidos.
• Hormonal: Algunas hormonas son proteínas o péptidos que regulan y coordinan funciones de diferentes órganos (ejemplo: insulina).
• Contráctil: Permiten el movimiento muscular (actina y miosina).
• Energética: Pueden ser utilizadas como fuente de energía en caso necesario.
• Protectora: Forman estructuras de protección (ejemplo: queratina).

Ácidos Nucleicos

Son biomoléculas orgánicas muy grandes formadas por la unión de nucleótidos.

Composición de un Nucleótido

Cada nucleótido está formado por tres componentes:

1. Un monosacárido (pentosa): Puede ser Ribosa o Desoxirribosa. Solo uno de los dos estará presente en un nucleótido dado.
2. Un grupo fosfato (ácido fosfórico, P).
3. Una base nitrogenada: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C), Guanina (G) o Uracilo (U).

Tipos de Ácidos Nucleicos

• ADN (Ácido Desoxirribonucleico):
  • Formado por una doble cadena de nucleótidos enrollada en forma de doble hélice.
  • Se encuentra principalmente en el núcleo de células eucariotas y en el citoplasma de células procariotas.
  • Es el portador del mensaje genético.
  • Su monosacárido es la Desoxirribosa.
  • La complementariedad de las bases nitrogenadas es: Adenina (A) se aparea con Timina (T), y Citosina (C) se aparea con Guanina (G).
• ARN (Ácido Ribonucleico):
  • Formado por una única cadena de nucleótidos.
  • Su monosacárido es la Ribosa.
  • La complementariedad de las bases nitrogenadas es: Adenina (A) se aparea con Uracilo (U), y Citosina (C) se aparea con Guanina (G).
  • Su función principal es la descodificación y transmisión de la información contenida en el ADN para la síntesis de proteínas en los ribosomas.
  • Existen tres tipos principales de ARN: ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosómico (ARNr).