¿Cuál es la composición química de los seres vivos?
La composición química de los seres vivos se basa en moléculas orgánicas y algunos elementos inorgánicos, más o menos en las mismas proporciones y que ejercen funciones similares en todos ellos.
Los organismos vivos están compuestos por células y esas células presentan distintos grados de complejidad en su organización. Algunas son relativamente sencillas, como las bacterias, y otras se caracterizan por patrones de organización más complejos, con muchos más elementos en su organización interna, tal como es el caso de la mayor parte de las células eucariotas.
Los elementos estructurales de la materia viva están conformados por biomoléculas y los constituyentes principales de la mayor parte de dichas biomoléculas son, en el caso del ser humano, por ejemplo, carbono (50%), oxígeno (20%), hidrógeno (10%), nitrógeno (8.5%), calcio (4%) y fósforo (2.5%) (todos valores relativos al peso seco).
Estos seis elementos representan aproximadamente el 95% del total de la composición de la materia orgánica, el 5% restante corresponde a otros elementos tales como: potasio, azufre, sodio, cloro, magnesio, hierro, manganeso y yodo.
Hay que destacar que la mayor parte de la composición de los organismos (más del 60% del peso corporal) es agua en estado líquido, que es un elemento fundamental para la vida pues en él se encuentran inmersas tanto las estructuras intracelulares como las células mismas.
Este medio líquido les aporta a las células las condiciones necesarias más importantes y en él se desarrollan todas las reacciones bioquímicas relevantes para la supervivencia.
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Varios de los elementos principales que entran en la composición de la materia viva se combinan en proporciones diversas para formar distintos conjuntos de moléculas orgánicas pequeñas, que sirven a su vez como elementos estructurales para la formación de biomoléculas más complejas.
La relación entre esos elementos estructurales y las biomoléculas complejas principales de los organismos es como sigue:
– Desoxirribonucleótidos y ácido desoxirribonucleico (ADN)
– Ribonucleótidos y ácido ribonucleico (ARN)
– Aminoácidos y proteínas
– Monosacáridos y polisacáridos
– Ácidos grasos y lípidos
Desoxirribonucleótidos y ácido desoxirribonucleico
El ácido desoxirribonucleico o ADN contiene la información hereditaria de todos los seres vivos, procariotas y eucariotas. Esta importante biomolécula, además, determina las principales características de una célula, tanto desde el punto de vista morfológico como metabólico, estructural y de su desarrollo.
El ADN codifica la información necesaria para la síntesis proteica, así como también la que se requiere para sintetizar el ARN, que es otra importante molécula orgánica necesaria para la síntesis y el control de muchos procesos celulares.
Es un polímero compuesto por dos hebras de subunidades denominadas nucleótidos, cuyas estructuras están formadas por una molécula de desoxirribosa (un monosacárido de 5 átomos de carbono), uno o más grupos fosfato y una base nitrogenada de uno o dos anillos (purina o pirimidina, respectivamente).
Las bases púricas del ADN son la adenina (A) y la guanina (G), mientras que las bases pirimidínicas son la timina (T) y la citosina (C).
Linealmente, los nucleótidos de una misma hebra de ADN se unen unos con otros a través de enlaces fosfodiéster, que consisten en los grupos fosfato y los azúcares a los que estos están unidos covalentemente.
Las bases presentes en una de las hebras se unen complementariamente con las que se encuentran enfrentadas a estas en la otra hebra mediante puentes de hidrógeno, siempre de la misma manera: la adenina con la timina (AT) y la guanina con la citosina (GC).
Ribonucleótidos y ácido ribonucleico
Así como el ADN, el ácido ribonucleico es una biomolécula y es la que se encarga del proceso de unión de los aminoácidos que conforman a las proteínas, así como en otros procesos más complejos de regulación y control de la expresión génica.
Es también un biopolímero, pero los nucleótidos que lo forman reciben el nombre de ribonucleótidos, pues el monosacárido que los estructura no es una desoxirribosa, como en el ADN, sino una ribosa. También poseen uno o más grupos fosfato y sus bases nitrogenadas difieren respecto a las del ADN en que no está presente la guanina, sino el uracilo (U).
Aminoácidos y proteínas
Las proteínas son biomoléculas que pueden alcanzar distintos grados de complejidad y son significativamente versátiles en cuanto a estructura y función. Estas no sólo dan estructura y forma a las células, sino que también pueden tener actividades que permiten el desarrollo rápido de reacciones bioquímicas esenciales (las enzimas).
Sea cual sea el tipo de proteína de que se hable, todas están formadas por unos “bloques” básicos llamados aminoácidos, que son moléculas que poseen un átomo de carbono “asimétrico” unido a un grupo amino (-NH2), a un grupo carboxilo (-COOH), a un átomo de hidrógeno (-H) y a un grupo R que los diferencia.
Los aminoácidos más comunes en la naturaleza son 20 y se clasifican respecto a la identidad del grupo R; estos son:
– asparagina, glutamina, tirosina, serina, treonina (los polares)
– ácido aspártico, ácido glutámico, arginina, lisina, histidina (los que tienen carga) y
– glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, triptófano, prolina, cisteína, metionina y fenilalanina (los apolares).
Una vez el ADN es traducido a una molécula de ARN, cada triplete de nucleótidos representa un código que le indica a la estructura que sintetiza las proteínas (los ribosomas) qué tipo de aminoácido debe incorporar a la cadena peptídica en crecimiento.
Los polipéptidos que forman las proteínas se producen, entonces, gracias la unión entre sus aminoácidos, que consiste en el establecimiento de un enlace peptídico entre el carbono del grupo carboxilo de un aminoácido y el nitrógeno del grupo amino del aminoácido adyacente.
Monosacáridos y polisacáridos
Los carbohidratos son de las biomoléculas más abundantes en los seres vivos. Cumplen funciones básicas como elementos estructurales, nutricionales, señalizadores, etc. Están formadas por complejos químicos de carbono, hidrógeno y oxígeno en distintas proporciones.
Las plantas son de los principales seres vivos productores naturales de carbohidratos y la mayor parte de los animales dependen de estos para subsistir, pues de estos extraen energía, agua y carbono.
Los carbohidratos estructurales de los vegetales (celulosa, lignina, etc.), así como los de reserva de las plantas (almidón) y de muchos animales (glucógeno), son polisacáridos más o menos complejos que consisten en polímeros de unidades de azúcares simples o monosacáridos (principalmente glucosa).
Ácidos grasos y lípidos
Los lípidos son compuestos insolubles en agua que constituyen la sustancia fundamental de las membranas biológicas, elementales desde el punto de vista funcional y estructural de todas las células vivas.
Son moléculas anfipáticas, es decir, moléculas que tienen un extremo hidrofílico y otro hidrofóbico. Están formados por cadenas de ácidos grasos unidas a un esqueleto carbonado, generalmente glicerol, cuyo tercer átomo de carbono “libre” está unido a un sustituyente particular que le da la identidad a cada molécula.
Los ácidos grasos son hidrocarburos, es decir, compuestos únicamente por átomos de carbono e hidrógeno unidos entre sí.
La asociación de múltiples lípidos en forma de bicapa es la que hace posible la formación de una membrana y las características de hidrofobicidad de esta estructura, así como la presencia de proteínas integrales y periféricas, hacen de esta una estructura semipermeable.
El agua (H2O) es uno de los elementos químicos más importantes para los seres vivos y las células que los conforman. Gran parte del peso corporal de los animales y de las plantas está formado por este líquido incoloro.
Por medio de la fotosíntesis que realizan las plantas, el agua es la principal fuente del oxígeno que respiran los animales y también de los átomos de hidrógeno que forman parte de los compuestos orgánicos.
Es considerada como el solvente universal y sus propiedades la hacen especialmente importante para el desarrollo de virtualmente todas las reacciones bioquímicas que caracterizan a los organismos vivos.
Si se contempla desde el punto de vista celular, el agua está dividida en “compartimentos”:
- El espacio intracelular, donde el citosol está formado por agua con otras sustancias mezcladas, fluido en el cual están suspendidos los orgánulos de las células eucariotas.
- El espacio extracelular, que consiste en el medio que rodea a las células, bien sea en un tejido o en un ambiente natural (organismos unicelulares).
Gran parte de los elementos químicos en las células se encuentra en forma de las biomoléculas mencionadas anteriormente y de muchas otras omitidas en este texto. No obstante, otros elementos químicos importantes se encuentran en forma de iones.
Las membranas celulares son, generalmente, impermeables a los iones disueltos en el medio interno o externo de las células, por lo que estos pueden entrar o salir de estas a través de transportadores o canales especiales.
La concentración iónica del medio extracelular o del citosol influye sobre las características osmóticas y eléctricas de las células, así como en distintos procesos de señalización celular que dependen de estos.
Entre los iones más importantes para los tejidos animales y vegetales se encuentran el calcio, el potasio y el sodio, el cloro y el magnesio.
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