CLASIFICACION QUIMICA DE LOS SERES VIVOS

Tema 2. Composición química de los seres vivos

2. Composición química de los seres vivos

La tabla periódica está conformada por 118 elementos de los cuáles aproximadamente el 95% se encuentran en el océano, y los seres humanos tienen tan sólo 27 elementos. Estos elementos reciben el nombre de bioelementos que al unirse a otros forman la biomoléculas, las cuales se clasifican en orgánicas e inorgánicas.

2.1 Elementos químicos y su función en los seres vivos

De los 118 elementos químicos presentes en la naturaleza, 6 son indispensables para la vida, a estos elementos se les llama bioelementos primarios.

• Carbono (C): Es el elemento más importante. El principal en la construcción de las moléculas orgánicas.
• Hidrógeno (H): Componente estructural de las moléculas inorgánicas. En altas concentraciones ocasiona deficiencias de oxígeno en el organismo.
• Oxígeno (O): Formador estructural de las moléculas biológicas. Es el producto más importante para la vida en la biosfera. Forma parte de la molécula más trascendente de la vida: el agua.
• Nitrógeno (N): Formador estructural de las moléculas biológicas. Esencial para el crecimiento de los seres vivos. Forma fertilizantes. Se deposita en el suelo, donde sirve de alimento para las plantas.
• Fósforo (P): En todas las formas de vida los fosfatos desempeñan un papel esencial en los procesos de transferencia de energía como metabolismo, la fotosíntesis, la función nerviosa y la acción muscular. Se encuentra en las plantas y en el ATP.

Azufre (S): Formador de moléculas biológicas, reacciona como agente antioxidante,   forma sulfuros y sulfatos. Se encuentra en las paredes arteriales, bilis, cartílago, glándulas suprarrenales, insulina y vitamina B1 de algunos organismos.

 

Además de estos elementos, existen otros que aunque se encuentran en menores cantidades tienen una función importante para la estabilidad, que de faltar o no tener la cantidad normal, los seres vivos tendrían patologías considerables. A estos se les llama bioelementos secundarios y son: Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K), Magnesio (Mg), Hierro (Fe), Flúor (F), Zinc (Zn), Cloro (Cl), Manganeso (Mn), Yodo (I), y Litio (Li).

2.2 Moléculas inorgánicas  de interés biológico

Las moléculas inorgánicas son: El agua, las sales minerales, gases, minerales de sólidos y minerales en disolución; aunque las más trascendentes para la vida son el agua y las sales minerales. Estas moléculas son fundamentales para los seres vivos por la función que desempeñan y se describen a continuación.

Agua: Molécula vital, pequeña pero con gran fuerza de cohesión. Se encuentra en los tres estados de la materia: gaseoso, líquido y sólido. Es el vehículo de entrada de nutrientes

• y salida de desechos. Regula la temperatura corporal y ocupa entre el 60% y 90% del volumen de todos los seres vivos. Se clasifica en pura, ligera, pesada, dura y oxigenada.
• Sales minerales: Con el agua se disocian en iones y electrolitos. Algunos ejemplos de sales minerales son: NaCl (sal de mesa), KCl, CaCO3, CaCl2, MgCl2, Ca3 (PO4)2 y Na2SO4.
• Gases: Solubles en agua, se encuentran participando en la fotosíntesis y en la respiración. Además participan en la formación de alcoholes, carboxilos y carbonilos. Los más comunes son: O2 y CO2.
• Minerales sólidos: Generalmente se encuentran en forma de sales y forman estructuras duras como huesos, dientes y depósitos superficiales en los vegetales y protozoarios. Los más abundantes son: Ca, Mg y P.
• Minerales en disolución: Metálicos o no metálicos que mantienen el equilibrio celular. Algunos ejemplos son: Ca, Cl, K, Mg, Mn y Na.

Como ya se había dicho, las moléculas inorgánicas más importantes son el agua y las sales minerales. A continuación se describen algunas de sus propiedades:

Propiedades del agua.

El agua es la molécula inorgánica más importante de todas. Se forma por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y se unen mediante un puente de hidrógeno, sus propiedades son:

1. Tensión superficial elevada. Las plantas suben el agua por sus tallos y los insectos se aprovechan de esto para desplazarse por ella sin mojarse.
2. Calor específico elevado. Al sudar los animales liberan energía que se necesita para romper los puentes de hidrógeno de las moléculas.
3. Actividad térmica elevada. El agua desprendida por las plantas afecta la humedad ambiental, lo que influye en el clima.
4. Poder disolvente elevado. Los seres vivos aprovechan las reacciones químicas que se llevan a cabo con mayor rapidez si las sustancias se encuentran disueltas.

Propiedades de las sales minerales.

1. Pueden encontrarse en estado sólido o líquido.
2. En estado sólido: forman estructuras duras, como caparazones o esqueletos de algunos invertebrados marinos, o en huesos y dientes.
3. Disueltas en agua: regulan los cambios osmóticos a través de las membranas celulares, el pH y concentraciones de iones como el Ca+, K+, Na+, etc.

2.3 Biomoléculas orgánicas

Químicamente los seres vivos están formados de las mismas moléculas y la mayoría de las veces presentan los mismos porcentajes, por ejemplo, una bacteria, tiene el 70% de agua, 15% de proteínas, 7% de ácidos nucleicos, 4% de carbohidratos, 2% de lípidos, 1% de iones orgánicos y menos del 1% de iones inorgánicos. Como podemos observar tan solo el 30% de las moléculas que conforman un organismos son orgánicas, el resto son inorgánicas.

Las biomoléculas orgánicas se forman combinando átomos de carbono con átomos de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y algunos otros elementos como el azufre y el fósforo. Los seres vivos son los únicos capaces de sintetizar y degradar estás biomoléculas para obtener energía y regular funciones celulares. Se pueden clasificar en cuatro grupos: Carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

1. A. Carbohidratos: Los carbohidratos son las biomoléculas más abundantes en la naturaleza, están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, también se les conoce como polialcoholes, glúcidos y sacáridos o azúcares. Su función principal es proveer al organismo la energía de arranque necesaria para desempeñar las actividades más importantes como la del funcionamiento del corazón, además de ser responsables de los movimientos corporales. Hay tres clases de carbohidratos: Monosacáridos, Oligosacáridos y Polisacáridos.

• Monosacáridos: Son los carbohidratos más simples, ya que contienen un sólo monómero. Algunas de sus propiedades son de aspecto cristalino, solubles en agua, sabor dulce y color blanco. Están presentes en todas las células de los seres vivos y todos los utilizan como la principal fuente de energía. A continuación se describen los principales monosacáridos y algunas de sus propiedades.
• Glucosa (C₆H₁₂O₆): Monosacárido más importante y esencial para la vida. Representa la energía de arranque, es el producto orgánico resultado de la fotosíntesis y se transforma en almidón en los cereales y hortalizas. Se encuentra en el suero sanguíneo y en el medio extracelular. Es el componente del metabolismo energético ya que todos los seres vivos son capaces de metabolizar la glucosa para obtener energía y realizar sus funciones.
• Fructosa (C₆H₁₂O₆): Monosacárido también llamado levulosa o azúcar de las frutas. Se encuentran en grandes cantidades en frutas como el mango, uva, caña de azúcar y plátano, al igual que en algunas verduras y la miel. Se utiliza como edulcorante para los diabéticos ya que no precisa de insulina para metabolizarse.
• Galactosa (C₆H₁₂O₆): Monosacárido de la leche se convierte en glucosa en el hígado como aporte energético.
• Ribosa (C₅H₁₀O₅): Se combina con las bases nitrogenadas para formar el ácido ribonucleico (ARN).
• Desoxirribosa (C₅H₁₀O₄): Aldosa de cinco carbonos con un –H en el carbono 2 que forma el ácido desoxirribonucleico (ADN) que es donde se guarda todo el código genético de los seres vivos.

• Oligosacáridos: La mayoría de los oligosacáridos de tres o más monómeros no se encuentran como moléculas libres en la célula, sino unidas a otras biomóleculas formando los glucolípidos y glucoproteínas. Al igual que los monosacáridos, son de aspecto cristalino, solubles en agua y de sabor dulce. Los disacáridos son los más abundantes de este tipo de glúcidos y son los que almacenan energía de corto plazo. Los principales disacáridos de interés biológico son: sacarosa, maltosa y lactosa.
• Sacarosa: Es el azúcar de mesa que se obtiene de la caña de azúcar, la remolacha y otros vegetales. Se trata de un disacárido formado por una molécula de glucosa y una de fructosa. Se encuentra en muchos frutos, néctar de flores, semillas, raíces y miel.
• Maltosa: Es el azúcar que se obtiene como producto de la degradación del almidón del germinado de la cebada, conocida como malta, además se obtiene como producto de la digestión del almidón en el intestino de algunos mamíferos.
• Lactosa: Es el azúcar de la leche. Es fuente de energía en las crías de los animales.
• Polisacáridos: Realizan muchas funciones en los seres vivos: los hay de reserva y estructurales. No son de sabor dulce, pueden ser insolubles o formar dispersiones coloidales. Entre los polisacáridos más conocidos se encuentran el almidón en plantas y el glucógeno en animales que son un ejemplo de polisacáridos de reserva y la celulosa formadora de las paredes de las plantas que es un ejemplo de polisacáridos estructurales; además de la quitina.

• Almidón: Es el polisacárido de almacenamiento más importante en las plantas. Se presenta en forma de gránulos o partículas relativamente densas e insolubles en agua fría. El almidón se almacena en raíces como la yuca y el camote, tubérculos como la papa y en frutos y semillas.
• Celulosa: Es el principal polisacárido de la pared celular de las plantas. Está presente en las plantas leñosas y herbáceas. Es el carbohidrato más abundante en la naturaleza y las enzimas que son capaces de degradar la celulosa, no está presente en el ser humano y sin embargo es conveniente consumir este tipo de alimentos, ya que son fuente de mucha fibra.
• Glucógeno: Es la forma principal de almacenamiento que tienen los animales. Se encuentra  mayormente en el hígado y músculo estriado. En ambos órganos, el glucógeno se degrada en glucosa en las células musculares para la obtención de energía para los movimientos y en el hígado para la conservación de la glucosa sanguínea, cuando no hay ingesta de alimentos.
• Quitina: Polisacárido que se puede encontrar en varios grupos de seres vivos. Es la sustancia estructural más importante del exoesqueleto de algunos artrópodos, crustáceos y moluscos. También se encuentra en menor cantidad en hongos y algunas algas.

2. Lípidos: Los lípidos son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y pequeñas cantidades de oxígeno; algunos pueden tener menores cantidades de azufre y fósforo. También reciben el nombre de grasas. Son no solubles en agua y solubles en solventes orgánicos. Esto les da mayor cantidad de energía de reserva a los seres vivos y actúan como vitaminas A, D, E y K. Se clasifican de diferentes formas por la variedad y funciones que desempeñan.

• Lípidos saponificables: Se les llama así porque forman jabones cuando reaccionan con sustancias alcalinas como KOH y NaOH. Se pueden clasificar en: Ceras, grasas, ésteres de glicerol y ceramidas o ésteres de esfingosina.
• Ceras: Son los compuestos más sencillos de los lípidos saponificables. Insolubles en agua. Funcionan como impermeabilizantes. Se encuentran en los panales de abejas y en el cerumen de los oídos.
• Grasas: Son los lípidos más abundantes, formados por una molécula de glicerol y ácidos grasos. Incluyen el sebo, el lardo, la grasa de la leche, todas las grasas animales y los aceites vegetales. Los ácidos grasos puede ser saturados o insaturados.
• Saturados: Se hallan en abundancia en las grasas de origen animal. A temperatura ambiente son sólidos, como la manteca de cerdo y el tocino.
• Insaturados: A temperatura ambiente estos lípidos son líquidos y reciben el nombre de aceites vegetales como el de oliva, maíz, cacahuate, coco, soya, almendra, linaza, etc.
• Ésteres de glicerol: Se dividen en fostolípidos y plasmalógenos.
• Ceramidas o ésteres de esfingosina: Son una segunda clase de compuestos de las membranas celulares ya que se intercalan entre los fosfolípidos y le otorgan rigidez a la matriz fosfolípidica. Se dividen en esfingomielina y cerebrósidos.
• Lípidos no saponificables: Incluyen los esteroides (como el colesterol y muchas hormonas sexuales) y los terpenos.
• Esteroides: Compuestos alifáticos. Incluyen el colesterol, las hormonas esteroideas y las sales biliares.
• Hormonas esteroideas: Estas hormonas controlan el metabolismo a nivel de los genes. Las principales son: progesterona, cortisol y costiosterona, aldosterona, androstenediona y testosterona, estrona y estradiol.
• Terpenos: Incluyen a los esteroides, ácidos biliares, vitaminas liposolubles, giberelinas (hormonas para el crecimiento de las plantas, hormonas en los insectos en estados juveniles y muchos otros indispensables en el desarrollo de los seres vivos). Se encuentran en los aceites esenciales de las plantas como la vitamina A y E.

C. Proteínas: Las proteínas son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre, además se combinan con otros elementos como el cobre, hierro y magnesio. Son solubles en agua y de gran tamaño. De todas las biomoléculas son las que tienen mayor variedad funcional. Los monómeros que se forman son llamados aminoácidos. En la naturaleza existen más de 20 aminoácidos, pero son sólo 20 los que se requieren para fabricar los aminoácidos proteínicos. 10 son aminoácidos esenciales y estos no los sintetiza el ser humano por lo que es necesario consumirlos en la ingesta diaria de los alimentos; el resto de ellos son aminoácidos no esenciales. Por su composición las proteínas se dividen en 2 grupos: heteroproteínas y holoproteínas.
• Heteroproteínas: Están constituidos por aminoácidos más átomos de elementos como el cromo y el fósforo, azúcares, lípidos y bases nitrogenadas.
• Cromoproteínas: Proteínas globulares que tienen la característica de contener un grupo metálico en su estructura, realizan funciones catalíticas especiales como la de trasporte. Son de color brillante como el caso de la hemoglobina.
• Fosfoproteínas: Proteínas energéticas como la vitelina del huevo y la caseína de la leche.
• Glucoproteínas: Tienen funciones diversas entre ellas, formar moco, secreción que se produce para protección.
• Lipoproteínas: El grupo prostético está constituido por complejos lipídicos de alta y baja densidad que transportan lípidos por la sangre.
• Nucleoproteínas: Son constituyentes de los nucleosomas de la cromatina.
• Holoproteínas: Constituidas únicamente por aminoácidos y desempeñan varias e importantes funciones en los seres vivos.
• Estructural: Dan forma y soporte, como el colágeno.
• Movimiento: Participan tanto en el de los organelos como en el de la célula, como la miosina y la actina que regulan los movimientos musculares.
• Defensa: Participan como sustancias de protección, como las inmunoglobulinas.
• Reconocimiento de señales: que identifican cualquier agente externo.
• Catalizadora: Aceleran las reacciones químicas, como las enzimas.
• Hormonal: Participan como mensajeros químicos en el cuerpo, como la calcitonia.
• Transporte: Como la hemoglobina encargada del transporte del oxígeno a las células.
• Reserva: La hordeína y la galeadina son las reservas del embrión de algunos cereales.
• Reguladora: La ciclina, que interviene en la regulación de las fases de la división celular.
• Traducción de señales: Como la rodopsina, que se localiza en la retina y transforma las señales recibidas en señales eléctricas, físicas o luminosas para la formación de la imagen.

• D.    Ácidos nucleicos:

• El estudio de estas moléculas permitió el conocimiento del código genético; cada ácido nucleico está compuesto por biomoléculas muy grandes, se trata de polímeros formados por una larga cadena de moléculas llamadas nucleótidos, el cual está formado de tres partes un azúcar, un grupo fosfato y una base nitrogenada

  ADN: Es una molécula que contiene toda la información genética, lo que permite a cada célula mantener las características de la especie. Tiene la capacidad de duplicarse. Presenta estructura primaria, secundaria y terciaria. La estructura primaria está dada por la secuencia de nucleótidos en orden. La secundaria consiste en un modelo de doble hélice antiparalela hacia la izquierda o hacia la derecha. La terciaria es la forma como se compacta el ADN en un volumen muy reducido. Las funciones principales del ADN son: Almacenar y transmitir la información genética, así como determinar el crecimiento y el desarrollo de todas aquellas formas de vida, ya que:

• Mantiene la identidad de las especies biológicas.
• Permite la variación entre los individuos.
• Presenta cambios en largos períodos los que han determinados la evolución y diversificación de las especies (mutaciones).
• Origina muchas formas distintas de células y tejidos.
• Sintetiza (da origen) las proteínas que todos los seres vivos requerimos.

 ARN: Se trata de una molécula formada por nucleótidos, presenta una sola cadena pero puede enrollarse sobre sí misma mediante la formación de pares de bases en alguna sección de la molécula. La molécula ARN presenta una estructura primaria igual que el ADN pero de menor tamaño. Hay tres tipos de ARN, cada uno con una función distinta: Mensajero (ARNm), de transferencia (ARNt) y ribosomal (ARNr).

• ARNm: Se sintetiza en el núcleo de la célula y se encarga de copiar la información genética del ADN y transportarla a los ribosomas para hacer la síntesis de proteínas.
• ARNt: Es el encargado de unirse a los 20 aminoácidos y los transporta desde el citosol del citoplasma hasta el ribosoma al tiempo que determina el orden en el que va a unirse, de acuerdo con la información que el ARNm copia del ADN para fabricar las proteínas que se requieren formar.
• ARNr: Es el principal componente que junto con las proteínas ribosómicas forman los ribosomas de la célula.
Glosario:
• Actividad térmica: Capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética.
• Aldosa: Monosacárido es una molécula que contiene un carbonilo en el extremo de la misma.
• Artrópodos: Constituyen el 90% de los animales, se distinguen por tener esqueleto en la parte exterior del cuerpo, está dividido en partes, con patas y apéndices y simetría bilateral.
• Bioelementos: Elementos indispensables para la vida, son 6, carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre, fósforo y oxígeno.
• Biomoléculas: Moléculas formadas con los elementos indispensables para la vida y se dividen en orgánicas e inorgánicas.
• Calor específico: Cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa del sistema considerado para elevar su temperatura en una unidad.
• Lardo: Manteca de cerdo.
• Poder disolvente: Capacidad de solubilizar sustancias.
• Protozoarios: Son organismos microscópicos y unicelulares que viven en ambientes húmedos.
• Tensión superficial: En un líquido se refiere a la cantidad de energía necesaria para disminuir su superficie por unidad de área.

Para complementar esta parte de la clasificación  quimica de los seres vivos te invito a visualizar el siguiente video:

    En este apartado encontrarás más información acerca del tema para enriquecer tu aprendizaje.

• Ifrán, S. Fernández, N. Márquez, S. (2008). Composición química de los seres vivos. En GenomaSur.
  Recuperado el 3 de diciembre de 2009 de http://www.genomasur.com/lecturas/Guia02-1.htm
• Para conocer sobre las biomoléculas accede al sitio de You Tube (http://www.youtube.com), escribe las palabras “biomoléculas” y haz clic en el video con el nombre Biomoléculas con una duración de 2:39.