Biomoléculas

Los seres vivos están conformados por moléculas inorgánicas y orgánicas. En las primeras están incluidas el agua y las sales inorgánicas. Las segundas se clasifican en carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Biomoléculas inorgánicas

El agua (H2O) es considerado el solvente universal. Es el compuesto más abundante de los seres vivos, ya que lo podemos encontrar de manera intracelular y extracelular. Es también el vehículo de entrada de nutrientes a la célula, permite liberar los productos de desecho y favorece el metabolismo.

 Las sales minerales regulan la actividad enzimática, la presión osmótica y el pH, generan potenciales eléctricos y mantienen la salinidad.

 Biomoléculas orgánicas:

Los carbohidratos, también conocidos como hidratos de carbono, son moléculas formadas por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Son la principal fuente de energía. En los animales, los carbohidratos se almacenan en forma de glucógeno y en las plantas en forma de almidón. Intervienen en la formación de las membranas celulares, forman parte de la estructura molecular del ADN y el ARN, son parte de la estructura de las paredes celulares de plantas, algas y hongos. Son parte de los cartílagos, huesos y tendones, ya que los protegen de la deshidratación. Se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.  

Los lípidos están formados por una molécula de glicerol y tres moléculas de ácidos grasos. Son insolubles al agua. La mayoría se encuentran en estado sólido y se llaman grasas y los otros se encuentran en estado líquido a temperatura ambiente y son llamados aceites. Los lípidos dan impermeabilidad a la membrana celular, son parte del tejido nervioso, son elementos funcionales en las hormonas, son parte de las estructuras de las plantas y son reservas energéticas en los seres vivos. 

Las proteínas son compuestos formados por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), aunque pueden contener también azufre (S), fósforo (P) y rara vez calcio (Ca) y yodo (I). Están constituidas por estructuras llamadas aminoácidos. Nueve de estas unidades son conocidos como aminoácidos esenciales porque son indispensables para la síntesis de tejidos, hormonas, enzimas entre otros. Éstos se obtienen de los alimentos, ya que el cuerpo humano no puede sintetizarlos. En la figura 1 se muestran algunas de las funciones de las proteínas.  

 

Figura 1. Funciones de las proteínas

Los ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), los cuales se localizan en el núcleo de la célula. Los nucleótidos son las unidades que conforman estas biomoléculas. 

 El ácido desoxirribonucleico (ADN) es la molécula hereditaria y se encuentra en los cromosomas de todos seres vivos. Está formada por dos cadenas de nucleótidos colocadas en forma de espiral. Los nucleótidos del ADN están formados por un grupo fosfato, una azúcar de cinco carbonos llamado Desoxirribosa y bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y timina).  Observa la estructura del ADN en la figura 2. 

 El ácido ribonucleico (ARN), también está constituido por nucleótidos, pero a diferencia del ADN, presenta una sola cadena de nucleótidos, ribosa en vez de desoxirribosa y uracilo en lugar de timina. (Figura 2). Se conocen tres tipos: ARN mensajero, ARN ribosomal y ARN de transferencia. 

Figura 2. Estructura del ADN y ARN

La célula:

La unidad biológica más pequeña de los seres vivos capaz de reproducirse, comunicarse, digerir sustancias y realizar otros procesos metabólicos, es la célula.  Presentan gran variedad de forma, tamaños y consistencias. Un organismo pluricelular presenta variedad de células y por lo tanto de tejidos que le permiten cumplir múltiples funciones, a diferencia de los organismos unicelulares.  

Las células son tridimensionales, es decir, presentan profundidad, largo y ancho, la mayoría son microscópicas, sin embargo, hay algunas células que llegan a medir hasta un metro de longitud. Hay dos tipos de células: eucariota y procariota. En las células eucariotas se encuentran incluidas la célula animal y vegetal (Figura 3).                  

Figura 3. Célula animal y vegetal 

Las células poseen una membrana celular que presentan poros para la entrada y salida de sustancias. Esta estructura está formada por una doble capa de fosfolípidos, proteínas, moléculas de colesterol y carbohidratos. Entre las funciones de la membrana celular se encuentran: mantener la homeostasis celular, regular el intercambio de sustancias, recibir y procesar la información extracelular, Interactuar con las membranas plasmáticas de las células vecinas, determinar la forma de la célula mediante su interacción con el citoesqueleto.  

El citoplasma es un coloide similar a la clara de huevo en el que se encuentran los organelos celulares. Dentro del citoplasma se realizan varias reacciones químicas importantes para el funcionamiento celular. El núcleo es el organelo más importante de la célula, ya que contiene el material genético de la célula y es el lugar desde el cual se dirigen todas las funciones de la célula. Además del núcleo hay otros organelos celulares como, por ejemplo: ribosomas, lisosomas, pared celular, cloroplasto, vacuola, retículo endoplásmico, aparato de Golgi y mitocondria. En la tabla 1 se pueden observar las funciones de estos organelos celulares. 

 

Tabla 1. Funciones de los organelos celulares

ORGANELO	FUNCION
Mitocondrias	Producción de la energía celular
Ribosomas	Síntesis de proteínas
Lisosomas	Digestión celular
Retículo Endoplásmico	Síntesis de proteínas y lípidos
Organelo	Realizan funciones esenciales para el metabolismo, la reproducción y el mantenimiento de la célula, similares a los órganos en un cuerpo multicelular. Cada uno tiene un rol específico que contribuye al funcionamiento general de la célula.
Aparato de Golgi	Director de tránsito de las proteínas que fabrica la célula
Vacuolas	Almacena sustancias como agua, desechos celulares entre otros.
Cloroplastos	En su interior se realiza la Fotosíntesis. Este organelo solo se encuentra en las plantas.
Pared Celular	Es una barrera de protección que permite resguardar a la célula de los cambios de presión osmótica. Este organelo se encuentra en las plantas, algas y hongos.

Evolución biológica:

La evolución biológica, es el proceso que explica como los seres vivos generan descendencia con modificaciones. Esta definición incluye la microevolución y la macroevolución. La microevolución o evolución de pequeña escala se refiere a los cambios en la frecuencia génica, en una población, de una generación a la siguiente y la macroevolución o evolución de gran escala se refiere al surgimiento de diferentes especies a partir de un ancestro común, a través de muchas generaciones. Bajo este contexto, la evolución ayuda a comprender la historia de la vida como un proceso. 

 Teoría de la evolución:

Lamarck, Jean Baptiste (Bazentin, 1744 – París, 1829). Después de abandonar la carrera militar, se dedicó a la medicina y a la botánica, trabajando en el Jardín del Rey de París, en el Jardín de las Plantas y en el Museo Nacional de Historia Natural. Lamarck, fue quien acuño el término biología y formuló una de las primeras teorías evolucionistas, basadas en la herencia de los caracteres adquiridos. 

Lamarck fue el primero en postular el transformismo como teoría de la evolución, en la cual afirmaba que los organismos no son estáticos, ya que sufren cambios graduales a lo largo de muchas generaciones. En 1809 publicó su obra llamada Filosofía Zoológica, en donde expuso los principios de su teoría evolucionista basada en la herencia de los caracteres adquiridos (Tabla 2). 

Tabla 2. Principios de la teoría evolucionista basada en la herencia de los caracteres adquiridos, según Lamarck. 

PRINCIPIOS	EXPLICACIÓN
Automejoramiento de las especies	Los seres vivos cambian por deseo y voluntad propia, con el fin de adaptarse a los cambios del ambiente.
Uso y desuso de órganos	La estructura que un organismo no necesita tiende a reducirse, mientras que los órganos que son utilizados tienden a desarrollarse.
Herencia de los caracteres adquiridos	Los cambios que sufren los organismos durante su vida pueden ser heredados a sus descendientes.

Darwin, Charles Robert (Shrewsbury, 1809 – Down, 1882). Estudió medicina en la Universidad de Edimburgo y teología en la Universidad de Cambridge. Entre 1831 y 1836 trabajó como naturalista a bordo del Beagle, siendo las observaciones realizadas durante este viaje las que le llevaron a desarrollar la teoría de la evolución por selección natural publicada en 1858, donde explica que la diversidad natural es el resultado de las modificaciones acumuladas por la evolución a lo largo de las sucesivas generaciones. La Teoría de Darwin se resume en la Tabla 3. 

 

Tabla 3. Principios de la teoría sobre la evolución por selección natural, según Darwin

PRINCIPIOS	EXPLICACIÓN
Variación	Los individuos de una población muestran diferencias o variaciones.
Sobreproducción	Los organismos tienen más descendientes que los que pueden sobrevivir con los recursos disponibles.
Lucha por la existencia	Si nacen más organismos de los que el medio pueda mantener, se establece entre ellos una lucha por la existencia, en donde solo sobrevivirá el más apto.
Especiación	A través de muchas generaciones, algunas características se heredan y otras no, originando nuevas especies, distintas a las originales.

Evidencias de la evolución 

 La teoría de la evolución se basa en una serie de pruebas o evidencias aportadas por diferentes disciplinas científicas, tales como: la paleontología, biogeografía, anatomía, embriología, bioquímica y genética, entre otras, que infieren que todos los seres vivos actuales son el resultado de la evolución (Tabla 4). Por ejemplo, la paleontología, examina las pruebas de la existencia de seres vivos en el pasado basándose en el estudio comparativo de fósiles. Numerosas formas fósiles definen nuevas especies, como es el caso de un antepasado humano llamado Homo sapiens y más recientemente otro llamado Homo naledi, el cual muestra una extraña mezcla de rasgos primitivos y modernos. 

Evidencias evolutivas	Explicación	Imagen
Registro Fósil	Los fósiles son restos de organismos que dejaron pruebas de su existencia en las rocas sedimentarias de los estratos de la corteza terrestre.
Embriología comparada	Los embriones jóvenes de diversos grupos de animales presentan muchos rasgos semejantes, esto permite compararlos y conocer la relación evolutiva que existe entre las diferentes especies.
Anatomía comparada	La anatomía comparada sirve para estudiar las semejanzas y diferencias de las estructuras anatómicas (homólogas, análogas o vestigiales) de los organismos.
Biogeografía	Estudia la distribución geográfica de los seres vivos.
Biología molecular	Un ejemplo de la evidencia molecular es que todas las células vivas usan información codificada en ADN y ARN que se transmite de una generación a otra y dirige la síntesis de proteínas. Este código genético es prácticamente idéntico en todos los organismos.

Tabla 4. Evidencias de la evolución.

Adaptación y sobrevivencia diferencial 

Uno de los procesos más importantes para entender las teorías evolutivas son las adaptaciones, las cuales pueden definirse como los ajustes que dan a los organismos la oportunidad de sobrevivir y reproducirse. La adaptación es el cambio genético evolutivo que sucede para resolver problemas presentes en el ambiente a fin de ajustarse a él de la manera más eficaz y armónica. Hay tres tipos de adaptaciones, las cuales se resumen en el Tabla 5. 

Tabla 5. Tipos de adaptaciones.

Tipos de adaptaciones	Explicación
Morfológicas	Son cambios en la estructura que sufren los organismos en algunas partes de su cuerpo.
Fisiológicas	Son cambios en el proceso metabólico de un organismo.
Conductuales	Son cambios en el comportamiento de un organismo.

Variabilidad y cambios adaptativos 

Cuando un organismo está adaptado a un ambiente particular, significa que sus antepasados tuvieron algunas variaciones favorables que les permitieron vivir, tener descendencia y transmitirles esas variaciones. Esto quiere decir que se adaptaron al ambiente por selección natural. Las adaptaciones proveen evidencia no sólo de que en las poblaciones ocurren cambios graduales a lo largo del tiempo en respuesta a fuerzas selectivas del ambiente, sino también de que muchas de ellas distan de ser perfectas como consecuencia de las restricciones dadas por la historia evolutiva de las mismas poblaciones. En cada organismo existen adaptaciones que son el resultado de un proceso de selección de características en sus ancestros. Permiten aprovechar los recursos del medio, sobrevivir y contribuir a la persistencia de la especie, con base en la reproducción de dichas adaptaciones. Las características adaptativas que solemos identificar con mayor facilidad son estructurales o anatómicas; responden a la variación de un órgano o parte de este para hacer más eficiente sus funciones. Un ejemplo lo representan las plantas de los trópicos. En el trópico húmedo, con fuertes precipitaciones casi todo el año, las plantas poseen hojas grandes como es el caso de los plátanos, mientras que, en el trópico seco con menor humedad y meses de poca precipitación, encontramos plantas con hojas diminutas, alternando con espinas como el palo verde o el cornezuelo. También hay adaptaciones fisiológicas o metabólicas (posibilidad para digerir ciertas clases de alimentos). Un ejemplo son las termitas y el comején capaces de digerir la madera. Las adaptaciones también son conductuales (migración, construcción de albergues, aprendizaje para cazar y ocultarse, apareamiento, etc.). La habilidad que muestran las arañas cuando tejen su tela, la conducta rígidamente jerarquizada de una sociedad de hormigas, el camuflaje en forma y color de muchas especies con su medio, la delicada complejidad de un ojo, órganos, estructuras, conductas, suelen estar diseñados para la supervivencia y la reproducción.