Homeostasis.- Los organismos mantienen un equilibrio interno, por ejemplo, controlan activamente su presión osmótica.

Transcripción

1 Características distintivas de los seres vivos Los seres vivos presentan una serie de características muy especiales que los diferencian de la materia inerte. Características distintivas de los seres vivos, en un orden biológico como lo son las moléculas del cuerpo humano o algún vegetal en un arrecife de coral, por decir algún ejemplo, tiene algún sentido particular en común, en la (figura 1.8) se resumen todas éstas características que a continuación se describirán. Organización.- Son las unidades básicas de un organismo son las células. Un organismo puede estar compuesto de una sola célula (unicelular) o por muchas (pluricelular). Homeostasis.- Los organismos mantienen un equilibrio interno, por ejemplo, controlan activamente su presión osmótica. Irritabilidad. Es una reacción ante estímulos externos. Por ejemplo, la contracción de un organismo unicelular cuando es tocado o las reacciones complejas, que implican los sentidos en los animales superiores. Movimiento.- Es el desplazamiento de un organismo o parte de él, con respecto a un punto de referencia. Por ejemplo, las hojas de una planta que se orientan hacia el sol o un animal que persigue a su presa. Metabolismo. Los organismos consumen energía para convertir los nutrientes en componentes celulares (anabolismo) y liberan energía al descomponer la materia orgánica (catabolismo).

2 Desarrollo. Los organismos aumentan de tamaño al adquirir y procesar los nutrientes. Muchas veces este proceso no se limita a la acumulación de materia sino que implica cambios mayores. Reproducción. Es la habilidad de producir nuevos organismos, tanto asexualmente desde un único progenitor, como sexualmente a partir de al menos dos progenitores. Adaptación. Las especies evolucionan y se adaptan al ambiente. Composición química. Los seres están conformados por un conjunto de moléculas, producto de la unión de uno o más de los 27 elementos. Estas se clasifican en inorgánicas y orgánicas y, a su vez, permiten que se lleven a cabo distintas reacciones metabólicas. Estructura. Todos los seres vivos están formados por una o más células, la célula es la unidad de estructura, función, origen genética y evolución. Cada una es el resultado de las asociaciones de grupos de moléculas; esta conformación estructural permite la realización de las distintas funciones celulares como la digestión, excreción reproducción, etc. Elementos que conforman la materia viva (C,H,O,N,S,P) En la naturaleza encontramos la materia inerte (es decir, la materia inorgánica o sin vida, como las rocas, el agua y los minerales) y los seres vivos. La principal diferencia entre los seres vivos y la materia es que los primeros respiran, se nutren, se reproducen, etcétera, mientras que en la materia inerte, no se realizan esas funciones. Sin embargo, la principal semejanza entre ellos es que están formados por materia. Por eso puedes verlos, tocarlos y medirlos. En la naturaleza existen 92 elementos químicos, en una roca por ejemplo podrías encontrar oxígeno y silicio, en el cuerpo de una planta o un animal seguramente encontrarás carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo y algunos otros. No todos los elementos se encuentran formando parte del cuerpo de plantas animales y seres humanos. Sólo lo forman los llamados elementos biogenésicos (elementos que forman parte de los seres vivos).

3 Elementos Biogensicos Los elementos biogenésicos son los siguientes: Oxígeno Nitrógeno Azufre Magnesio Cloro Elementos requeridos en mayor cantidad Carbono Hidrógeno Fósforo Sodio Calcio Manganeso Selenio Fierro Flúor Cobre Cromo Zinc Níquel Elementos requeridos en menor cantidad Cobalto Estroncio Vanadio Silicio Aluminio Yodo Boro Molibdeno Datos curiosos de biología: El cuerpo humano Un par de pies humanos contiene 250,000 glándulas sudoríparas. El ácido del estómago es capaz de disolver una hoja de afeitar. Siete segundos es lo que demora la comida en ir de la boca al estómago.

4 Estructura y función de las principales biomoléculas orgánicas. Los bioelementos se unen entre sí para formar moléculas que llamaremos biomoléculas. Estas moléculas se han clasificado tradicionalmente en los diferentes principios inmediatos, llamados así porque podían extraerse de la materia viva con cierta facilidad, inmediatamente, por métodos físicos sencillos, como: evaporación, filtración, destilación, disolución, etc. a) Agua Es el compuesto líquido más importante para los seres vivos. La cantidad de agua varía entre los diferentes organismos, así por ejemplo en las medusas el 95% de su estructura es agua, mientras que en los tejidos humanos el porcentaje de ese compuesto varía desde el 20% en los huesos, hasta el 85% en las células cerebrales. En los seres vivos el agua está en mayor proporción durante el desarrollo embrionario y en los estados juveniles; en el envejecimiento se disminuye y esto se refleja en el deterioro de las diferentes actividades metabólicas. b) Carbohidratos Son compuestos orgánicos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, los carbohidratos como los azúcares y los almidones generalmente se utilizan por los organismos como fuentes de energía; mientras que los otros como las celulosas, pectinas y quitinas tienen función estructural en células individuales y aún en organismos completos como hongos, plantas, bacterias artrópodos, etc. Además, algunos polisacáridos y polímeros más cortos de azucares actúan como marcadores para una variedad de procesos de reconocimiento en las células, incluyendo la adhesión de ellas con sus vecinas y el transporte de proteínas a los destinos intracelulares apropiados y otros hacen parte de sustancias celulares importantes como son los ácidos nucleicos y como cofactores que contienen vitaminas. c) Lípidos Los lípidos son un grupo amplio y heterogéneo de compuestos insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno. En su molécula ellos contienen

5 carbono, hidrógeno y oxígeno, pero este último en menor proporción respecto al carbono y al hidrógeno que en los carbohidratos. En los organismos vivos cumplen diversas funciones como las que se citan a continuación: Son reservas energéticas y se utilizan como combustibles biológicos importantes, ya que pueden suministrar cerca de 9.3 calorías por gramo ( una caloría con C mayúscula equivale a 1000 calorías; el termino caloría se usa para medir el contenido energético de los alimentos), comparada con 4.1 Calorías de azúcares y proteínas Forman cubiertas aislantes en la superficie de plantas y de animales para evitar infecciones y mantener el equilibrio hídrico en ellos. Sirven como componentes estructurales de las membranas biológicas en donde contribuyen a la formación de compartimentos con respuestas bioquímicas específicas. Constituyen sistemas aislantes contra choques térmicos, eléctricos y químicos a nivel de la hipodermis o en cubiertas de órganos internos. Otros pueden ser hormonas que participan en el control de procesos metabólicos, además sirven como precursores de otros compuestos complejos como lipoproteínas, glicoproteínas, vitaminas liposolubles etc. Los lípidos se clasifican en tres grupos principales: Lípidos simples: Incluyen Grasas verdaderas saturadas (sólidas), aceites insaturados (líquidos) y ceras los cuales tienen estructura similar y en su molécula solamente poseen carbono, hidrógeno y oxígeno. Lípidos complejos: comprenden los fosfolípidos o fosfoglicéridos, de estructura similar a las grasas pero además contienen fósforo y nitrógeno; los esfingolípidos (ceramidas, esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos). A los cerebrosidos y gangliósidos también se les conoce como glicolípidos. Lípidos derivados: Incluyen los lípidos que no se clasifican en los anteriores grupos como la familia de los esteroides, carotenoides, las prostaglandinas y las vitaminas liposolubles. d) Proteínas Son las moléculas más diversas, complejas y de mayor tamaño presentes en la célula. Contienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y usualmente azufre. En algunas proteínas pueden encontrarse unidos

6 diferentes tipos de sustancias químicas llamadas grupos prostéticos, éstos incluyen carbohidratos, lípidos, grupos fosfato, el grupo HEM que contiene hierro e iones metálicos tales como el cobre y el zinc. Las proteínas tienen formas tridimensionales que son necesarias para su función específica. Entre las funciones más importantes de las proteínas se consideran: Su papel como catalizadores orgánicos (enzimas) de casi todas las reacciones de los sistemas biológicos. Como hormonas transmitiendo información entre células. Su participación en el transporte y almacenamiento de otras moléculas pequeñas, por ejemplo el transporte de oxígeno por la hemoglobina. En el caso de los anticuerpos proporcionan defensa contra infecciones. Sirven como componentes estructurales en las células y tejidos. Ser la molécula básica en los mecanismos de movimiento, como en el caso de las proteínas contráctiles. Ser el último recurso para la obtención de energía cuando el organismo carece de otras reservas tales como lípidos y carbohidratos. e) Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido desoxirribonucleico) son polímeros especializados en almacenar, transmitir y expresar la información genética, en secuencia de aminoácidos, los cuales luego de algunos procesos conforman las proteínas de una célula. El ADN fue descubierto como el principal constituyente químico del núcleo de células eucarióticas, en tiempos en los cuales Mendel y Darwin publicaron sus trabajos alrededor de la mitad del siglo XIX. Sin embargo, durante los años 1900s, las proteínas se consideraron como las mejores candidatas para almacenar la información hereditaria. Friederick Miescher, en 1869 en trabajos con glóbulos blancos obtenidos a partir de vendajes de pacientes con heridas infecciosas, realizó la primera extracción de los

7 ácidos nucleicos. Su técnica se basó principalmente en lavar los vendajes que tenían secreciones producto de la infección con una solución salina, luego adicionó a este material que contenía principalmente un buen número de linfocitos, una solución alcalina que permitió que esas células se lisaran y el núcleo se precipitara en ella. La sustancia química que se encontró en estos núcleos, después de ciertos análisis la denominó nucleína y comprobó su presencia en otras células diferentes. Los primeros estudios (1950) que permitieron comprobar la estructura de doble hélice del ADN fueron realizados por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins quienes mediante técnicas de cristalografía y difracción de rayos X lograron diversas preparaciones de fibras de ADN uniformemente orientadas, con las que concluyeron que las bases de los nucleótidos del ADN, que son moléculas planas, están apiladas unas sobre otras. Por su parte Erwin Chargaff, junto con sus colegas en la universidad de Columbia encontraron que el ADN de muchas especies de diferentes fuentes en un mismo organismo presentaba ciertas regularidades. En casi todos los ADN analizados se conservaron las siguientes características, conocidas como la regla de Chargaff: a. La cantidad de adenina es igual a la cantidad de timina. b. La cantidad de guanina es igual a la cantidad de citocina. c. Por lo anterior la cantidad total de purinas es igual a la cantidad total de pirimidinas. Con base en los resultados analíticos de Chargaff y los patrones de difracción de Franklin y Wilkins, los investigadores J. Watson y F. Crick propusieron en 1953 un modelo de la molécula de ADN. A partir de los trabajos anteriores se concluyó:

8 La molécula de ADN consta de una hélice constituida por dos bandas. Las bandas presentan un diámetro uniforme. La hélice se enrola hacia la derecha, en el sentido de las manecillas del reloj. Las dos bandas corren en direcciones opuestas. Los enlaces fosfato-azúcar que constituyen el esqueleto de la cadena, están ubicados hacia fuera en la cadena, mientras que hacia el centro se presentan las purinas y pirimidinas sostenidas mediante puentes de hidrógenos que se forman entre ellas. El ADN El hombre ha conseguido un avance increíble en su conocimiento de los procesos de la herencia (o procesos genéticos): desde cruzas primitivas y empíricas, hoy el hombre es capaz de manipular científicamente la reproducción de seres vivos y la transmisión de sus características a sus descendientes. Así, hoy es posible que una mujer pueda escoger el sexo de su hijo que desee tener y tenerlo, sin necesidad de la relación sexual. Hechos semejantes son el resultado de los descubrimientos, acerca de los cromosomas y de la sustancia de la que están formados. El enigma de la estructura del ADN. Modelo de Watson y Crik. Los cromosomas están formados por moléculas de una sustancia biológica llamada ácido desoxirribonucleico, conocido también por sus siglas ADN. Respecto de la estructura del ADN, los estudios de Rosalind Franklin, M. F. Willkins, James D. Watson y Francis Crick, han revelado lo siguiente: Cada molécula de ADN, está formada por unidades llamadas nucleótidos. Y cada nucleótido está formado a su vez, por estas sustancias químicas: un fosfato, un azúcar y una base nitrogenada. Esa base nitrogenada es uno de 4 tipos: adenina, guanina, timina y citosina.

9 La molécula de ADN está compuesta de dos largas cadenas de nucleótidos, las cuales forman como una escalera en espiral o en forma de hélice. En dicha escalera, los peldaños están formados por dos bases nitrogenadas y los bordes de la escalera por una secuencia alternada de azúcar-fosfato-azúcar-fosfato (Fig. 1.10). Una cadena de la escalera es complemento de la otra cadena, porque la mitad de un peldaño, está hecho de una base nitrogenada y la otra mitad por otra base nitrogenada, en una combinación siempre igual. Las moléculas de ADN también se les llama moléculas informacionales o moléculas de la vida porque no existe célula de ningún ser vivo que no contenga ADN, además esas moléculas transmiten a los seres vivos nuevos, la información acerca de las características que deban heredar de sus progenitores. Lo anterior es posible gracias a que las moléculas de ADN poseen dos propiedades fundamentales: a) Capacidad de reproducirse o duplicarse, a fin de pasar puras de generación en generación b) Capacidad de almacenar y contener toda la información genética necesaria para que los individuos descendientes (una célula o un organismo pluricelular) posean las mismas características genéticas, es decir, la misma estructura y el mismo funcionamiento que sus progenitores. Funcionamiento general Los seres vivos necesitan reproducirse, es decir, generar descendientes a fin de no desaparecer como especies. Cuando una célula y organismo unicelular va a reproducirse, las dos cadenas de su molécula de ADN se duplican, dan origen a cuatro cadenas o dos nuevos organismos unicelulares quedan de cada cual con dos cadenas de ADN, es decir, en una molécula completa de ADN, la cual contiene características genéticas del ser vivo progenitor. En el caso de los organismos pluricelulares, que generalmente se reproducen sexualmente, el gameto masculino y femenino lleva ADN de la progenitora. De esta forma, los organismos descendientes poseerán características genéticas heredadas de ambos progenitores. Nunca ha ocurrido desde el surgimiento de los seres vivos, que la naturaleza se equivoque, los animales nunca han producido un ser humano, los gatos nunca han engendrado un perro, ni las células de hígado han producido alguna vez una célula de piel. No ha habido error porque las moléculas de ADN funcionan como un código extremadamente preciso que transmite a los descendientes las características exclusivamente propias de sus progenitores.