Los Elementos Biogénicos

No todos los elementos químicos forman parte de la materia viva, aunque sí un número muy elevado de ellos. Aquellos que sí entran reciben el nombre de elementos biogénicos.

Elementos Biogénicos

Son aquellos elementos químicos que entran a formar parte de la materia viva.

Los principales elementos biogénicos son:

• Carbono
• Hidrógeno
• Oxígeno
• Nitrógeno (Más importantes)
• Oligoelementos (Inferior al 0,3%)

Los elementos biogénicos reseñados en la última categoría se hallan en la materia viva en proporciones pequeñísimas, inferiores al 0,3%, lo que justifica el nombre de oligoelementos.

Los elementos biogénicos se suelen hallar en la materia viva combinados entre sí, formando moléculas. Estas moléculas son biomoléculas y se denominan principios inmediatos:

• Inorgánicos: H₂O, sales minerales, vitaminas
• Orgánicos: glúcidos, lípidos, prótidos

Principio Inmediato

Son aquellos cuerpos simples o compuestos, fácilmente separables de la materia orgánica por medios puramente físicos.

Glúcidos (Principio Inmediato de Origen Orgánico)

Son sustancias en cuya molécula se encuentran ordinariamente solo C, H y O. El nombre de hidratos de carbono que también se le atribuye, se debe a que el H y el O se encuentran en la misma proporción que en el agua. Es decir, 2 hidrógenos por cada oxígeno.

Los glúcidos pueden dividirse para su estudio en oligosacáridos y polisacáridos.

Glúcidos

1) Oligosacáridos

Oligosacáridos: Los oligosacáridos o azúcares son compuestos de molécula relativamente pequeña, muy solubles en agua, dulces y cristalizables. Los más sencillos son los monosacáridos.

Monosacáridos: Los monosacáridos más importantes son los de cinco átomos de carbono (pentosas) y los de seis (hexosas). Las principales pentosas son la ribosa (ARN) y la desoxirribosa (ADN). Las hexosas principales son la glucosa y la fructosa.

Disacáridos: Los disacáridos son azúcares formados por la unión de dos monosacáridos que al unirse liberan entre ambos una molécula de agua. Son disacáridos de importancia la sacarosa o azúcar común y la lactosa o azúcar de la leche.

2) Polisacáridos

Los polisacáridos están formados por la combinación de un gran número de moléculas de monosacáridos, encadenadas de tal forma que, al unirse, liberan entre cada dos de ellas una molécula de agua. Los polisacáridos más importantes son el almidón, sustancia de reserva propio de los vegetales, el glucógeno, sustancia de reserva de los animales y la celulosa, que es un polisacárido muy importante en la membrana de la célula vegetal.

Lípidos

Son un grupo de principios inmediatos de origen orgánico compuesto de C, H y O muy heterogéneos desde el punto de vista químico, pero que tienen propiedades físicas comunes, a saber, son insolubles en agua, solubles en el éter y en la gasolina y de escasa densidad. Hay un grupo de lípidos que tienen una composición química sencilla y que son los más abundantes: son las grasas. El resto de los lípidos, de composición más complicada, se denominan en conjunto lipoides.

1) Grasas

Los lípidos más sencillos son las grasas que son moléculas altamente energéticas que en función de su composición química, se clasifican en grasas saturadas y grasas insaturadas. Las saturadas suelen ser, con excepciones, de origen animal, mientras que las insaturadas son casi siempre de origen vegetal y en general suelen ser los llamados aceites. La grasa es la principal reserva energética del organismo, puesto que llena las células del tejido adiposo (adipocitos).

2) Lipoides

Los lipoides son sustancias de características físicas semejantes a las de las grasas, pero de composición química muy variada, en la que a veces puede entrar, además del C, H y O, el fósforo y el nitrógeno. Entre ellos mencionaremos las ceras, los fosfolípidos y esteroides.

Un fosfolípido muy común, que se encuentra en las membranas celulares es la lecitina (es un principio inmediato de origen orgánico, lipoide, fosfolípido, que se encuentra en la membrana celular).

Los Prótidos

La composición elemental es más compleja que la de los glúcidos y lípidos, formados por C, H y O, tienen siempre N, muy frecuentemente S y a veces otros elementos. Cuando se descomponen por hidrólisis aparecen unos compuestos llamados aminoácidos. Los aminoácidos son por consiguiente, los sillares fundamentales de las moléculas proteicas.

Clases de Prótidos

Los holoproteidos o proteínas y los heteroproteidos llamados también proteínas conjugadas.

Se distinguen entre sí ambas clases de proteínas porque los holoproteidos están constituidos exclusivamente por cadenas de aminoácidos. Los heteroproteidos, además, presentan moléculas de naturaleza química no proteica.

Diferencia entre Holoproteidos y Heteroproteidos

Los holoproteidos producen aminoácidos y los heteroproteidos aparte de aminoácidos, otras sustancias.

Holoproteidos

Son las verdaderas proteínas, formadas únicamente por cadenas de aminoácidos.

Los holoproteidos constituyen los componentes más importantes de los seres vivos.

Se pueden dividir atendiendo a la forma de sus moléculas: las proteínas fibrilares y las proteínas globulares. Entre las primeras figuran la miosina del músculo, la queratina de la piel, pelos y uñas y la colágena del tejido conjuntivo. Entre las globulares son muy importantes las albúminas como la seroalbúmina de la sangre y la lactalbúmina de la leche y las globulinas, importantes componentes del plasma sanguíneo.

Heteroproteínas

Se clasifican atendiendo a su grupo prostético.

Se divide en varios grupos, de acuerdo con la naturaleza química de su grupo prostético.

1) Glucoproteidos: con un grupo prostético glucídico; uno de los de mayor significación biológica es la mucina de la saliva.

2) Nucleoproteidos: formados por la unión de una proteína con unos compuestos complicados llamados ácidos nucleicos.

Principios Inmediatos Inorgánicos

1) El Agua (H₂O)

En la materia viva juega el agua un papel muy importante, tanto por las elevadas proporciones en que se halla como por las diversas misiones que lleva a cabo en los organismos.

Los seres orgánicos son muy ricos en agua, aunque la proporción de esta sustancia varía de unos organismos a otros.

El papel del agua en la materia viva: El agua en la materia viva ejerce su más importante papel como disolvente de una gran parte de los componentes de la misma, pero actúa también por sí misma en una serie de reacciones químicas (reacciones de hidrólisis).

2) Vitaminas

Las vitaminas son sustancias activas producidas casi exclusivamente por las plantas.

Son muy numerosas; se designan con letras del alfabeto.

Con las vitaminas se pueden hacer dos grupos:

A) Vitaminas Liposolubles

Solubles en las grasas. Son principalmente la A y la D.

• Vitamina A o antixeroftálmica: Su falta ocasiona la desecación de la conjuntiva del ojo (xeroftalmia) y la ceguera. También ocasiona el raquitismo, porque no crecen ni se endurecen los huesos.

Se encuentran en el aceite del hígado del bacalao, en la leche, mantequilla, yema de huevo y en los órganos coloreados de las plantas; órganos verdes, raíz de la zanahoria, en el tomate.

• Vitamina D o antirraquítica: Suele ir unida a la A. Su falta origina el raquitismo por no crecer ni calcificarse los huesos.

Se encuentra, igual que la A, en el aceite de hígado de bacalao, etc. También se forman en la piel de los animales a partir de una provitamina y bajo la acción de los rayos ultravioleta del sol.

B) Vitaminas Hidrosolubles

Solubles en agua. Son: las vitaminas del complejo B, la C y otras.

• Vitamina B o antineurítica: Su falta origina una enfermedad, el beriberi, que se caracteriza por trastornos nerviosos y parálisis.

Se encuentra en la piel de las semillas del trigo, arroz, etc.; en la levadura de cerveza, en las frutas, legumbres verdes, etc.

• Vitamina B2 o lactoflavina: Se halla en la leche, huevos, etc.
• Vitamina antipelagrosa o factor P.P (ácido nicotínico): Pertenece al complejo B. Su falta causa la pelagra o enfermedad de la rosa, por producirse un fuerte enrojecimiento de la piel en las regiones expuestas al sol. Causa perturbaciones nerviosas. Es propia de las comarcas con alimentación a base de maíz, muy pobre en esta vitamina.
• Vitamina C o antiescorbútica: Su falta ocasiona el escorbuto, enfermedad propia de los que se alimentan solo de conservas y que se caracteriza por la hinchazón de las encías, caída de los dientes, hemorragias internas, síncopes y la muerte.

Se encuentra en el limón, naranja, hortalizas, leche, etc. (Cuando te dicen vitamina B no se dice así, se dice complejo vitamínico B).

Morfología de la Célula Animal

Aunque en el cuerpo de los animales existe una gran variedad de células, cada una de ellas adaptada a la función o funciones que desempeñan en el organismo, existen caracteres comunes que definen a la célula animal en general.

Desde el descubrimiento del microscopio electrónico y de las técnicas especiales que permiten su utilización con fines biológicos, se conocen muy bien las distintas partes u orgánulos que la forman.

Definición

Célula: La célula se define como la unidad anatómica, fisiológica y genética de todo ser vivo.

Carioplasma: Líquido viscoso que está en el interior del núcleo.

Los Sistemas de Membranas en la Célula

Las membranas son unos elementos constitutivos importantes de la célula, por lo cual comenzaremos por estudiar la estructura general de dichas membranas, que es la misma para los diferentes sistemas que hay en la célula, aislándola del exterior o formando la limitante de algunos de los orgánulos.

La microscopía electrónica nos ha enseñado que las distintas membranas de la célula tienen una estructura y composición similar (2 capas de proteínas por fuera y por dentro 2 capas de fosfolípidos), por lo que se les llama membranas unitarias.

• Proteína
• Fosfolípidos
• Fosfolípidos
• Proteína

La Membrana Citoplasmática

Una de estas membranas unitarias es la membrana citoplasmática.

Limita y rodea a toda la célula, constituyendo su frontera; por consiguiente, está encargada de controlar todos los intercambios de la célula con su medio ambiente.

Definiciones

Dictiosoma: Conjunto de membranas unitarias en grupo de 4 – 5 que entran a formar parte del Aparato de Golgi.

El Citoplasma

Hacia dentro de la membrana celular aparece un líquido viscoso, el hialoplasma o citosol, inmersos en él hay otros sistemas de membranas; del retículo endoplasmático y aparato de Golgi.

Además, esparcidos por el hialoplasma existen unos orgánulos celulares limitados por membranas unitarias: las mitocondrias, los lisosomas y el núcleo; y otros orgánulos no limitados por membranas: los ribosomas y los centriolos.

Sin Membrana Unitaria:

• Ribosomas
• Centriolos

Con Membrana Unitaria:

• Aparato de Golgi
• Núcleo
• Lisosomas
• Mitocondrias
• Retículo endoplasmático

El Retículo Endoplasmático

Es un conjunto de membranas unitarias que se extiende en capas más o menos paralelas y que forman una colección de cavidades irregularmente aplanadas, con forma de sacos, llamadas cisternas.

Parte del retículo endoplasmático especializada rodea al material nuclear, constituyendo la membrana nuclear.

Función del retículo endoplasmático: El retículo endoplasmático acumula sustancias de reserva para la célula y participa en la síntesis de proteínas y lípidos.

El Aparato de Golgi

Se trata de un conjunto de membranas unitarias que forman unas cisternas o sáculos pequeños, aplastados y apilados en grupos de cuatro o cinco; cada uno de estos grupos se denomina dictiosoma y el conjunto de dictiosomas es el aparato de Golgi.

Su función es acumular sustancias de reserva para la célula, modificar proteínas y lípidos, y empaquetarlos en vesículas para su transporte.

Las Mitocondrias

Cada mitocondria tiene en conjunto la forma de un saco o globo, cuya cubierta exterior es una membrana unitaria que la separa por completo del hialoplasma, la membrana mitocondrial externa. Hacia el interior, y separada de la externa por un estrecho espacio, se ve otra membrana unitaria, la membrana mitocondrial interna, pero esta no es lisa, como la anterior, sino replegada en unos profundos pliegues o crestas.

La cavidad mitocondrial, es decir el centro de la mitocondria, está ocupada por una sustancia llamada matriz de la mitocondria.

Su función son las centrales energéticas de la célula, es decir, las encargadas de producir energía (ATP) a través de la respiración celular.

Los Lisosomas

Son como bolsitas rodeadas por una membrana unitaria. Pero a diferencia de las mitocondrias, esta membrana es única, lisa y no replegada, por lo que no forma crestas. El contenido de los lisosomas es una sustancia homogénea y densa.

Su función es la digestión celular, degradando moléculas y orgánulos celulares dañados o innecesarios.

El Núcleo

1) El núcleo está rodeado de una doble membrana, la membrana nuclear interna y membrana nuclear externa, entre ambas membranas hay un espacio que se llama espacio perinuclear.

Debajo de la membrana nuclear interna hay una capa de materias que constituyen lo que se llama la lámina nuclear.

2) En el interior del núcleo existe una sustancia gelatinosa que se llama nucleoplasma o carioplasma e introducido en esta sustancia se encuentran otros elementos del núcleo como la cromatina que está constituida por fibras de ADN más o menos condensadas y el nucléolo que está constituido por ARN y proteínas.

Su función es controlar las actividades celulares, contener la información genética (ADN) y dirigir la síntesis de proteínas.

Los Ribosomas

Son unos gránulos de unas 15nm de diámetro que se caracterizan por su contenido en ARN, lo que les da su nombre; también son ricos en proteínas.

Cada ribosoma se compone realmente de dos subunidades ribosómicas distintas, una mayor que otra, que se adhieren mutuamente formando una unidad. A veces se reúnen varios ribosomas para dar origen a un conjunto funcional llamado polisoma.

Lugares que ocupan los ribosomas entre las células:

• 1) Pueden encontrarse rodeando al retículo endoplasmático (RER).
• 2) Pueden encontrarse dispersos por todo el citoplasma.
• 3) También pueden encontrarse en la membrana nuclear externa.

Su función es la síntesis de proteínas.

Centriolos

La microscopía electrónica nos ha enseñado que los centriolos están formados por unos túbulos de un diámetro de 20 nm. Estos túbulos se disponen constantemente en nueve grupos de tres cada uno (tripletes).

Pueden tener dos posiciones dentro de la célula, siempre aparecen por pareja, o bien cerca del núcleo (diplosoma) si la célula entra en división celular.

La otra posición es cerca de la membrana, posición paralela porque de cada uno van a salir cilios que rodean a la célula. Dan origen a los cilios. Son 9 grupos de 3 varillas que están juntas formando una especie de tonel.

Su función es participar en la división celular y formar los cilios y flagelos.

Los Cilios y los Flagelos (Órganos Vibrátiles de la Célula)

No en todas las células animales, pero sí en muchas de ellas, existen, además de los orgánulos estudiados en las líneas precedentes, ciertos orgánulos vibrátiles que sirven para mover la célula o para que la célula mueva los objetos del medio ambiente celular (partículas, líquidos).

Estos orgánulos vibrátiles tienen todos una estructura idéntica, pero tradicionalmente se distingue entre flagelos y cilios, según ciertas características de menor interés: si son escasos y largos, se denominan flagelos; si son numerosos y cortos, reciben el nombre de cilios o pestañas.

Diferencias: Cilios y Flagelos

Los cilios son muchos y cortos y los flagelos son menos y largos.

Su función es el movimiento celular.

La Célula Vegetal

Las células de los vegetales tienen una organización fundamentalmente igual que las células animales. Sin embargo, difieren de estas en la ausencia de centriolos (y por consiguiente de flagelos y de cilios), la existencia de una membrana esquelética, la posesión de un sistema vacuolar sumamente desarrollado y la presencia de los orgánulos llamados plastos.

Los Plastos

En el citoplasma de las células vegetales hallamos unos orgánulos que no existen en las células animales y que tienen una enorme trascendencia para la nutrición de las plantas: se trata de los plastos.

Existen varias categorías de plastos. Unos son simplemente acumuladores de sustancias incoloras y son llamados leucoplastos, que a su vez pueden ser amiloplastos, oleoplastos y proteoplastos, según se deposite en ellos almidón, lípidos o prótidos.

Otros plastos se caracterizan por la posesión de pigmentos: son los cromoplastos. Entre estos últimos tienen una importancia fundamental los cloroplastos en los que se localiza la clorofila.

Cada cloroplasto está rodeado de una membrana unitaria denominada membrana plastidial externa. Por dentro de esta hay otra membrana unitaria, del mismo espesor, la membrana plastidial interna.

Su función es la fotosíntesis, proceso mediante el cual las plantas producen su propio alimento a partir de la energía solar.

La Membrana Esquelética

A la célula animal se le suele llamar célula”desnud”, porque no tiene protección alguna frente al ambiente, a excepción de su delicadísima membrana celular. Las células de las plantas poseen, en cambio, una protección adicional formada por una membrana rígida, gruesa, exterior a la membrana celular, que recibe el nombre de membrana esquelética o pared celular.

En la mayor parte de las plantas (en todas ellas, excepto en los hongos) la pared celular se compone principalmente de celulosa, dispuesta en capas paralelas a la superficie de la célula. La capa más externa de la membrana esquelética es de una sustancia llamada pectina.

La membrana celulósica es rígida y así mantiene la forma de la célula vegetal, puede estirarse mucho, permitiendo alargarse y crecer a la célula que protege.

Su función es proporcionar soporte y protección a la célula vegetal.

El Sistema Vacuolar

Las células vegetales presentan en su citoplasma unas cavidades llenas de líquido llamadas vacuolas. Estas vacuolas son pequeñas en las células jóvenes, pero en las adultas se hacen muy grandes, de tal manera que algunas células vegetales tienen la mayor parte de su citoplasma ocupado por grandes vacuolas. Las vacuolas están en comunicación con las cisternas del retículo endoplasmático.

Unas veces el líquido que se almacena en las vacuolas tiene la significación de un material alimenticio o de reserva o el de un producto de excreción. Pero en muchos casos las vacuolas contienen simplemente agua con muy pocas sustancias disueltas.

Su función es almacenar agua, nutrientes y productos de desecho, y contribuir al mantenimiento de la forma celular.

Células Eucariotas y Células Procariotas

Todo lo que anteriormente se ha dicho sobre la célula animal y la célula vegetal, no es de aplicación a otro tipo de seres de organización biológica inferior, que son las cianofíceas y las bacterias.

Existen 2 tipos de células: las células eucariotas y las células procariotas. Las células eucariotas son las células que tienen un núcleo completo o núcleo verdadero como las células de los animales y los vegetales. Las células procariotas tienen un núcleo primitivo, como por ejemplo las de las algas (que son las algas azules) y las bacterias. Aunque se reproducen, no pertenecen al nivel celular, sino que pertenecen a un nivel inferior que se llama macromoléculas. Las otras se dice que es un tipo de vida acelular.

La Mitosis

Al llegar las células a un determinado momento de su vida, se reproducen, es decir, producen otras células semejantes a ellas. La reproducción o multiplicación celular es un proceso de división por medio del cual una célula (célula madre) se divide en dos partes (células hijas) que luego crecerán hasta alcanzar el tamaño característico de la estirpe de que se trate.

Esto se asegura por un proceso llamado mitosis que es, sin duda, el acontecimiento más importante de la división celular.

La mitosis se divide en varias fases: profase, metafase, anafase y telofase que estudiaremos a continuación.

Profase

El núcleo sigue con la membrana nuclear, las cromátidas se van desarrollando y aparecen los centrómeros que unen las cromátidas.

Se distribuyen las dos cromátidas de cada cromosoma porque están espiralizados. Desaparece el nucléolo. Los centriolos se van separando hacia los polos y se va formando el huso acromático.

Desaparece la membrana nuclear, se forman los ásteres, el huso acromático y los cromosomas aparecen encima del huso acromático.

Metafase

Como la membrana nuclear ha desaparecido, los cromosomas están dispersos en el citoplasma, en la vecindad del huso, formando un grupo desordenado.

Los cromosomas se colocan en el ecuador del huso acromático, insertándose el centrómero de cada uno de ellos en unas fibras del huso, llamadas fibras cromosómicas.

El centrómero se divide en dos y se lleva a cada una a una cromátida.

El huso acromático empieza a deshacerse.

Las cromátidas se separan y cada una se lleva su centrómero.

Anafase

Las cromátidas están mucho más separadas porque quieren llegar a los centriolos. El huso acromático ha desaparecido.

Telofase

Es la fase final de la mitosis, en la telofase suceden los siguientes acontecimientos:

Los cromosomas hijos, reunidos en dos lotes, comienzan a desespiralizarse de manera que pronto se harán imposibles de observar al microscopio, al alcanzar la estructura propia de la interfase.

Se observará que cada cromosoma tiene ahora solamente una cromátida, mientras que al principio de la profase lo encontramos con dos, lo que significa, evidentemente, que la duplicación de las cromátidas se produce precisamente durante el periodo interfásico.

Las fibras del huso acromático van desapareciendo, mientras alrededor de cada uno de los lotes de cromosomas, el retículo endoplasmático se organiza en una nueva membrana nuclear.

Por último, en cada uno de los dos núcleos hijos se forma un nucléolo, elaborado por los cromosomas desespiralizados que contiene.

De este modo queda completado el proceso.

Citocinesis

En la inmensa mayoría de los casos, la división nuclear va acompañada de una división del citoplasma, completando de esta forma la reproducción de la célula. Este proceso se denomina citocinesis.

La citocinesis suele comenzar durante las últimas fases de la mitosis, avanzando al par que se va consumando la división del núcleo y se puede realizar de muy diversas maneras que dependen del tipo de célula y aun de su estado fisiológico.

Sin embargo, se puede decir que en general la citocinesis adopta una forma distinta en las células animales y en las células vegetales.

En las células animales la división celular suele hacerse a consecuencia de la aparición de una estrangulación del citoplasma en el ecuador de la célula, perpendicular al eje del huso acromático, de manera que al final ambas células hijas están unidas por un estrecho pedículo que al final se rompe, haciéndose independientes.

Diferencias entre Célula Animal y Vegetal

Tanto la célula vegetal como la animal poseen membrana celular, pero la célula vegetal cuenta, además, con una pared celular de celulosa, que le da rigidez.

La célula vegetal contiene cloroplastos: orgánulos capaces de sintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar (fotosíntesis) lo cual los hace autótrofos (producen su propio alimento), y la célula animal no los posee por lo tanto no puede realizar el proceso de fotosíntesis.

Pared celular: La célula vegetal presenta esta pared que está formada por celulosa rígida, en cambio la célula animal no la posee, sólo tiene la membrana citoplasmática que la separa del medio.

Vacuolas: Una vacuola única llena de líquido que ocupa casi todo el interior de la célula vegetal, en cambio, la célula animal, tiene varias vacuolas y son más pequeñas.

Reproducción: Las células vegetales pueden reproducirse mediante un proceso que da por resultado células iguales a las progenitoras, este tipo de reproducción se llama reproducción asexual.

Las células animales pueden realizar un tipo de reproducción llamado reproducción sexual, en el cual, los descendientes presentan características de los progenitores pero no son idénticos a ellos.