Conceptos Clave en Biología: Una Visión Detallada

Este documento explora los conceptos fundamentales de la biología, abarcando desde los componentes más básicos, como los bioelementos, hasta las estructuras más complejas, como las células y sus orgánulos. Se describen las principales biomoléculas, sus estructuras y funciones, así como los procesos clave en los que participan.

Bioelementos y Biomoléculas

  • Bioelemento: Elemento químico presente en un ser vivo. Se clasifican según su abundancia en:
    • Primarios: C, O, H y N (aproximadamente 97% de la materia viva). Forman las biomoléculas orgánicas.
    • Secundarios: P, S, Ca, Mg, entre otros (aproximadamente 3%).
    • Oligoelementos: Presentes en pequeñas cantidades (<0.1%), pero con funciones esenciales.
  • Biomolécula: Molécula presente en los seres vivos. Se clasifican en:
    • Inorgánicas: Agua y sales minerales.
    • Orgánicas: Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (exclusivas de los seres vivos).
  • Oligoelemento: Bioelemento secundario presente en cantidades muy pequeñas, pero con funciones importantes. Pueden ser esenciales (presentes en todos los seres vivos) o no esenciales.

Glúcidos

  • Glúcido: Biomolécula orgánica compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno.
    • Monosacáridos (osas): Glúcidos más sencillos. Son blancos, cristalizables, dulces y solubles en agua. Químicamente son polialcoholes (3-7 átomos de carbono) con una función aldehído o cetona.
    • Ósidos: Formados por la unión de monosacáridos.
    • Oligosacáridos: Formados por la unión de pocos monosacáridos. Destacan los disacáridos (dos monosacáridos), como la sacarosa, maltosa y lactosa. Tienen función energética.
    • Sacarosa: Disacárido formado por glucosa y fructosa (enlace O-glucosídico dicarbonílico α 1-2). Se encuentra en la remolacha azucarera y la caña de azúcar. No tiene poder reductor.
    • Polisacáridos: Formados por más de 10 monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos. Pueden ser homopolisacáridos (mismo monosacárido) o heteropolisacáridos (distintos monosacáridos). Ejemplos: almidón, glucógeno, celulosa y quitina. Funciones energéticas y estructurales.
    • Enlace O-glucosídico: Enlace covalente que une monosacáridos. Se forma entre el -OH del carbono anomérico del primer monosacárido y otro -OH del segundo. Puede ser dicarbonílico (si reaccionan los dos carbonos anoméricos) o monocarbonílico.
    • Almidón: Homopolisacárido de reserva energética en vegetales. Formado por glucosas unidas por enlace α (1-4). Compuesto por amilosa (no ramificada) y amilopectina (ramificada).
    • Glucógeno: Homopolisacárido de reserva energética en animales. Formado por α-D-glucosas unidas por enlace O-glucosídico α (1-4). Muy ramificado. Se encuentra en el hígado y los músculos.
    • Celulosa: Polisacárido estructural de los vegetales. Formado por glucosas unidas por enlaces β (1→4). Se dispone en fibras en la pared celular.
    • Quitina: Polímero no ramificado de N-acetil-β-D-glucosamina (derivado de la glucosa) unidas por enlaces β (1-4). Función estructural: pared celular de hongos y exoesqueleto de artrópodos.

Lípidos

  • Lípido: Biomolécula orgánica compuesta principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Grupo heterogéneo, insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos.
    • Saponificables: Contienen ácidos grasos.
    • Insaponificables: No contienen ácidos grasos.
    • Ácido graso: Cadena carbonada lineal con un grupo carboxilo en el extremo. Pueden ser saturados (sin dobles enlaces) o insaturados (con dobles enlaces).
    • Ácido graso esencial: Ácido graso poliinsaturado que no podemos sintetizar y debemos consumir en la dieta (ej: ácido linoleico y linolénico).
    • Esterificación: Reacción entre un ácido graso y un alcohol monovalente, formando un éster y agua.
    • Saponificación: Reacción entre un ácido graso y un hidróxido monovalente (NaOH o KOH), formando un jabón y agua.
    • Triglicéridos: Ésteres de glicerol y tres ácidos grasos. Sustancias hidrófobas. Si predominan ácidos grasos saturados, son sólidos (sebos o grasas). Si predominan ácidos grasos insaturados, son líquidos (aceites). Función de reserva energética y aislante térmico.
    • Fosfolípidos: Lípidos complejos con glicerol, ácidos grasos, un grupo fosfato y una molécula polar (aminoalcohol o polialcohol). Componentes fundamentales de las membranas biológicas.
    • Ceras: Ésteres de un ácido graso (14-36C) y un monoalcohol de cadena larga (16-30C). Hidrófobas. Función de protección y revestimiento impermeabilizante.
    • Lípidos de membrana: Lípidos anfipáticos que forman parte de las membranas biológicas (fosfolípidos y colesterol).
    • Isoprenoides (Terpenos): Lípidos insaponificables derivados del isopreno. Estructura lineal o cíclica. Funciones diversas (vitamínica, aromática, etc.).
    • Esteroides: Lípidos insaponificables derivados del esterano. Se diferencian por la disposición de los dobles enlaces y los grupos funcionales. Ejemplos: colesterol, vitaminas D, hormonas sexuales.

Proteínas

  • Proteína: Polímero de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Biomoléculas orgánicas más abundantes en los seres vivos. Funciones diversas: estructural, enzimática, hormonal, etc.
  • Aminoácido: Compuesto orgánico con un grupo amino, un grupo carboxilo y un radical unidos al mismo carbono (carbono alfa). Existen 20 aminoácidos proteicos diferentes.
  • Aminoácido esencial: Aminoácido que el cuerpo humano no puede sintetizar y debe ingerirse en la dieta (ej: valina, leucina).
  • Enlace peptídico: Enlace covalente entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro. Implica la pérdida de una molécula de agua. Tiene carácter parcial de doble enlace (no hay giro libre).
  • Estructura primaria de las proteínas: Secuencia de aminoácidos, desde el extremo N-terminal hasta el C-terminal.
  • Estructura secundaria de las proteínas: Disposición de la cadena polipeptídica en el espacio (α-hélice, β-plegada, hélice de colágeno). Se estabiliza por puentes de hidrógeno.
  • Estructura terciaria de las proteínas: Plegamiento de la estructura secundaria, debido a interacciones entre radicales. Se estabiliza por puentes de hidrógeno, interacciones hidrófobas, fuerzas electrostáticas y puentes disulfuro. Puede ser globular (esférica y soluble) o fibrosa (alargada e insoluble).
  • Estructura cuaternaria de las proteínas: Unión de varias cadenas polipeptídicas (ej: hemoglobina). Se unen por enlaces entre radicales (puentes de hidrógeno, interacciones hidrófobas, fuerzas electrostáticas y puentes disulfuro).
  • Desnaturalización: Pérdida de la conformación natural de una proteína (estructura espacial) y, por lo tanto, de su función. Causada por variaciones de temperatura, pH o concentración salina.
  • Puentes de hidrógeno: Enlaces débiles de naturaleza electrostática atractiva entre un átomo electronegativo (como el oxígeno) y un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo.

Ácidos Nucleicos

  • Ácido nucleico: Macromolécula formada por la polimerización de nucleótidos. Responsables de la información genética y su expresión.
    • Nucleótido: Monómero de los ácidos nucleicos. Formado por una pentosa (ribosa o desoxirribosa), una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina o uracilo) y una molécula de ácido fosfórico.
    • Base nitrogenada: Compuesto heterocíclico (carbono y nitrógeno). Pueden ser púricas (adenina y guanina, doble anillo) o pirimidínicas (citosina, timina y uracilo, un anillo). La timina solo está en el ADN y el uracilo solo en el ARN.
    • Enlace Fosfoéster: Enlace covalente que une nucleótidos. Se forma entre el OH del C’3 de la pentosa de un nucleótido y el fosfato unido al C 5′ de otro.
    • ADN (ácido desoxirribonucleico): Contiene la información genética. Formado por 2-desoxirribosa, adenina, timina, guanina, citosina y fosfato. Dos cadenas en hélice unidas por puentes de hidrógeno entre bases complementarias (A-T, G-C).
    • ARN (ácido ribonucleico): Responsable de la expresión génica. Formado por ribosa, adenina, uracilo, guanina, citosina y fosfato. Generalmente monocatenario (excepto en algunos virus).
    • ARNm (ARN mensajero): Lleva la información de la secuencia de aminoácidos de la proteína desde el ADN hasta el ribosoma.
    • ARNr (ARN ribosómico): Forma parte de los ribosomas (combinado con proteínas).
    • ARNt (ARN de transferencia): Transporta los aminoácidos a los ribosomas durante la síntesis proteica. Presenta zonas de doble hélice intracatenaria.

Virus y Bacterias

  • Virus: Microorganismos acelulares. Compuestos por material genético (ADN o ARN) y una cápsida proteica. Algunos virus animales tienen una envoltura lipídica adicional.
  • Bacterias: Microorganismos procariotas unicelulares. Carecen de núcleo y orgánulos membranosos. Diversas formas: cocos (esferas), bacilos (barras), vibrios (sacacorchos) y espirilos (hélices).

Estructura Celular

  • Membrana plasmática: Bicapa lipídica (fosfolípidos y colesterol) con proteínas englobadas (integrales o periféricas) y oligosacáridos en la cara externa.
  • Hialoplasma (Citosol): Medio intracelular donde se encuentran los orgánulos. Es un coloide (no una disolución verdadera) que puede tener estado de gel o de sol.
  • Retículo endoplasmático (RE): Orgánulo membranoso que se extiende entre las membranas plasmática y nuclear. Dos compartimentos:
    • RER (rugoso): Sacos aplanados con ribosomas adheridos.
    • REL (liso): Red tubular sin ribosomas.
  • Aparato de Golgi: Orgánulo membranoso formado por sacos aplanados (dictiosoma) y vesículas asociadas. Maduración y empaquetamiento de proteínas. Formación del tabique telofásico (células vegetales) y lisosomas primarios.
  • Lisosoma: Orgánulo de membrana simple originado en el Aparato de Golgi. Digestión celular (pH interno de 4.8 debido a enzimas hidrolíticas).