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| Busto de Demócrito (460 a. C.-370 a. C.) |
Biología celular I: Las moléculas de la vida
La idea que ha primado a lo largo de la historia de la humanidad, según la cual el ser humano es algo único, hace difícil aceptar que los seres vivos, y entre ellos nuestra especie, están constituidos de los mismos elementos químicos que la materia inanimada y sometidos a las mismas leyes físicas y químicas que los sistemas no vivos.
La Biología Celular es la disciplina que se encarga del estudio de las células en lo que respecta a las propiedades, estructura, funciones, orgánulos que contienen, su interacción con el ambiente y su ciclo vital.
1. Elementos químicos de la materia viva
La materia está constituida por la combinación de elementos químicos.
De los 92 elementos químicos que existen en la naturaleza, cuatro: carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N) y oxígeno (O), constituyen el 96% de todos los seres vivos.
2. Átomos
El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia, en el siglo V a. C., siendo Demócrito uno de sus máximos exponentes.
La partícula más pequeña de un elemento que posee todas las propiedades químicas características de ese elemento, es el átomo.
En el centro de cada átomo está el núcleo donde se encuentran dos tipos de partículas: los protones, que poseen carga eléctrica positiva, y los neutrones, que carecen de carga eléctrica.
Los átomos se distinguen por el número de protones que contienen, cantidad que constituye el número atómico.
El núcleo está rodeado por partículas cargadas negativamente, los electrones, que se mantienen en órbita alrededor del núcleo por la atracción electrostática que ésta ejerce.
Los átomos se unen entre sí para formar moléculas. Las reacciones químicas que se producen entre átomos dependen del número y distribución de los electrones.
La estabilidad del átomo va a estar en función de que sus electrones estén en los niveles de energía más inferiores y de que éstos estén completos. La mayoría de los átomos de la materia viva tienen distribuciones electrónicas inestables, por lo que se combinan entre sí para alcanzar la estabilidad y de esta manera forman las moléculas.
Los enlaces químicos permiten a los átomos adquirir una estructura electrónica estable y energéticamente favorable.
Los dos tipos principales de enlaces son el enlace iónico y el enlace covalente.
Enlace iónico: enlace químico formado al transferirse electrones de un átomo a otro.
Cuando pierden o ganan electrones, los átomos quedan eléctricamente cargados y se denominan iones.
Ión: átomo o molécula pequeña que contiene un número desigual de electrones y protones y que, por tanto, puede presentar carga eléctrica positiva (catión) o negativa (anión).
Enlace covalente: enlace químico producido cuando dos átomos comparten al menos un par de electrones.
Manteniéndose juntos los átomos, pueden compartir sus electrones y de esta manera completar los niveles energéticos externos con electrones que modifican sus órbitas para estar parte del tiempo en un núcleo y parte en el otro. En la mayoría de los enlaces covalentes se comparten dos electrones. Se denominan enlaces sencillos.
Otros enlaces covalentes implican compartir más electrones, son los denominados enlaces dobles.
En algunos enlaces covalentes, los pares de electrones se comparten desigualmente, debido a que los núcleos de los átomos atraen a los electrones compartidos con diferente fuerza.
Estos enlaces se denominan enlaces covalentes polares, y aquellas moléculas en las que la distribución de cargas se contrarresta, se consideran moléculas apolares, mientras que son polares aquellas que tienen una zona cargada positivamente y otra cargada negativamente.
3. Las moléculas de los seres vivos
Se pueden clasificar en inorgánicas y orgánicas.
La moléculas inorgánicas, además de encontrarse en la materia viva, se hallan en la materia inerte y éstas son: agua, sales minerales y gases.
El agua es la molécula más abundante de los seres vivos y sin ella probablemente la vida no se hubiera desarrollado.
Está formada por dos átomos de hidrógeno que se unen covalentemente a un átomo de oxígeno (H20).
Las moléculas que caracterizan a los seres vivos son las moléculas orgánicas.
Los enlaces químicos permiten a los átomos adquirir una estructura electrónica estable y energéticamente favorable.
Los dos tipos principales de enlaces son el enlace iónico y el enlace covalente.
Enlace iónico: enlace químico formado al transferirse electrones de un átomo a otro.
Cuando pierden o ganan electrones, los átomos quedan eléctricamente cargados y se denominan iones.
Ión: átomo o molécula pequeña que contiene un número desigual de electrones y protones y que, por tanto, puede presentar carga eléctrica positiva (catión) o negativa (anión).
Enlace covalente: enlace químico producido cuando dos átomos comparten al menos un par de electrones.
Manteniéndose juntos los átomos, pueden compartir sus electrones y de esta manera completar los niveles energéticos externos con electrones que modifican sus órbitas para estar parte del tiempo en un núcleo y parte en el otro. En la mayoría de los enlaces covalentes se comparten dos electrones. Se denominan enlaces sencillos.
Otros enlaces covalentes implican compartir más electrones, son los denominados enlaces dobles.
En algunos enlaces covalentes, los pares de electrones se comparten desigualmente, debido a que los núcleos de los átomos atraen a los electrones compartidos con diferente fuerza.
Estos enlaces se denominan enlaces covalentes polares, y aquellas moléculas en las que la distribución de cargas se contrarresta, se consideran moléculas apolares, mientras que son polares aquellas que tienen una zona cargada positivamente y otra cargada negativamente.
3. Las moléculas de los seres vivos
Se pueden clasificar en inorgánicas y orgánicas.
La moléculas inorgánicas, además de encontrarse en la materia viva, se hallan en la materia inerte y éstas son: agua, sales minerales y gases.
El agua es la molécula más abundante de los seres vivos y sin ella probablemente la vida no se hubiera desarrollado.
Está formada por dos átomos de hidrógeno que se unen covalentemente a un átomo de oxígeno (H20).
Las moléculas que caracterizan a los seres vivos son las moléculas orgánicas.
Éstas contienen carbono, elemento que destaca entre todos los demás elementos de la tierra por su capacidad para formar grandes moléculas. Las moléculas orgánicas más pequeñas son los azúcares simples, los ácidos grasos, los aminoácidos y los nucleótidos.
Ellas son los constituyentes de las macromoléculas más abundantes en los seres vivos: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos.
Glúcidos: "moléculas orgánicas formadas por carbono, oxígeno e hidrógeno en unas proporciones determinadas (CH2O)n. También se denominan hidratos de carbono o carbohidratos"
La glucosa es esencial, tanto cuantitativa como funcionalmente, ya que constituye la principal fuente de energía para las células.
Lípidos: "moléculas orgánicas muy variadas que tienen en común ser insolubles en agua. Un grupo de éstos, los fosfolípidos, constituyen la base estructural de las membranas biológicas"
Nuestro organismo tiene una capacidad limitada para almacenar glúcidos, por lo que los azúcares que ingerimos y exceden la posibilidad de transformación en glucógeno son convertidos en ácidos grasos. Los lípidos actuan como energía de reserva.
Proteínas: "moléculas formadas por una secuencia lineal de aminoácidos unidos entre sí mediante enlaces peptídicos"
Las enzimas constituyen el grupo de proteínas más variadas y especializadas.
Intervienen en las reacciones mediante las que se degradan los nutrientes, se transforma la energía y se fabrican las macromoléculas biológicas desde precursores más simples.
Acidos nucléicos: "moléculas orgánicas compuestas de nucléótidos unidos entre sí por enlaces fosfodiéster. El ARN y el ADN son ácidos nucléicos"
Un nucleótido es una molécula compleja formada por la unión de moléculas distintas. La importancia especial de los nucleótidos estriba en que constituyen los elementos que componen los ácidos nucléicos, moléculas que almacenan la información biológica para asegurar la transmisión de la información genética de unas células a otras y conseguir que esta transmisión se exprese.
Existen dos tipos principales de ácidos nucléicos: el ARN y el ADN.
Ácido ribonucléico (ARN): "modelo de cadena simple formada por una secuencia lineal de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Existen tres tipos de ARN: ribosómico, mensajero y de transferencia"
Ácido desoxirribonucléico (ADN): "molécula de doble cadena que codifica la información genética; ambas cadenas se mantienen juntas por la fuerza de puentes de hidrógeno entre bases píricas y pirimidínicas, citosina con guanina y adenina con timina"
Ellas son los constituyentes de las macromoléculas más abundantes en los seres vivos: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos.
Glúcidos: "moléculas orgánicas formadas por carbono, oxígeno e hidrógeno en unas proporciones determinadas (CH2O)n. También se denominan hidratos de carbono o carbohidratos"
La glucosa es esencial, tanto cuantitativa como funcionalmente, ya que constituye la principal fuente de energía para las células.
Lípidos: "moléculas orgánicas muy variadas que tienen en común ser insolubles en agua. Un grupo de éstos, los fosfolípidos, constituyen la base estructural de las membranas biológicas"
Nuestro organismo tiene una capacidad limitada para almacenar glúcidos, por lo que los azúcares que ingerimos y exceden la posibilidad de transformación en glucógeno son convertidos en ácidos grasos. Los lípidos actuan como energía de reserva.
Proteínas: "moléculas formadas por una secuencia lineal de aminoácidos unidos entre sí mediante enlaces peptídicos"
Las enzimas constituyen el grupo de proteínas más variadas y especializadas.
Intervienen en las reacciones mediante las que se degradan los nutrientes, se transforma la energía y se fabrican las macromoléculas biológicas desde precursores más simples.
Acidos nucléicos: "moléculas orgánicas compuestas de nucléótidos unidos entre sí por enlaces fosfodiéster. El ARN y el ADN son ácidos nucléicos"
Un nucleótido es una molécula compleja formada por la unión de moléculas distintas. La importancia especial de los nucleótidos estriba en que constituyen los elementos que componen los ácidos nucléicos, moléculas que almacenan la información biológica para asegurar la transmisión de la información genética de unas células a otras y conseguir que esta transmisión se exprese.
Existen dos tipos principales de ácidos nucléicos: el ARN y el ADN.
Ácido ribonucléico (ARN): "modelo de cadena simple formada por una secuencia lineal de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Existen tres tipos de ARN: ribosómico, mensajero y de transferencia"
Ácido desoxirribonucléico (ADN): "molécula de doble cadena que codifica la información genética; ambas cadenas se mantienen juntas por la fuerza de puentes de hidrógeno entre bases píricas y pirimidínicas, citosina con guanina y adenina con timina"
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| "Representación esquemática de la molécula de ADN, molécula portadora de la información genética" |
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| Situación del ADN dentro de una célula eucariota |
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| Friedrich Miescher (1844-1895) |
El ADN fue aislado por primera vez en 1869, por el biólogo y médico suizo Friedrich Miescher.
