Biología y Características de los Seres Vivos

La biología es mucho más que el simple estudio de plantas y animales; es la ciencia que analiza todas las formas de vida y sus interacciones con el medio ambiente. Según la Hipótesis Gaia, la vida puede interpretarse como un sistema autorregulado que mantiene las condiciones de la Tierra mediante mecanismos de retroalimentación.

Los seres vivos comparten características fundamentales que los distinguen de la materia inerte. Poseen una organización específica según su especie y están formados por células (pueden ser unicelulares o pluricelulares). Mantienen la homeostasis, equilibrando su medio interno frente a cambios externos, y presentan capacidad de adaptación para sobrevivir en diferentes ambientes.

Además, los organismos vivos muestran excitabilidad (reaccionan a estímulos), experimentan crecimiento (por hipertrofia o hiperplasia), y tienen la capacidad de reproducción para generar descendencia. A lo largo de generaciones, pueden presentar evolución, originando nuevas especies. Finalmente, realizan metabolismo, convirtiendo energía dentro de las células mediante reacciones bioquímicas.

⚡ ¡Dato clave! El metabolismo celular siempre sigue ciclos de retroalimentación e involucra enzimas, que actúan como catalizadores biológicos acelerando las reacciones sin ser consumidas en el proceso.

Las enzimas, mayoritariamente proteínas globulares, son esenciales para la vida. Funcionan uniendo sustratos específicos en su sitio activo para facilitar reacciones químicas. Su actividad puede verse afectada por factores como el pH, temperatura y la presencia de cofactores o coenzimas. Algunas vitaminas, como el NAD, funcionan como coenzimas esenciales para muchas reacciones metabólicas.

Enzimas y Composición Química de los Seres Vivos

Las enzimas son moléculas fascinantes que funcionan como catalizadores biológicos. Su sitio activo, formado por aminoácidos específicos, es donde se une el sustrato y ocurre la reacción química. Una vez formados los productos, comienza un nuevo ciclo de reacción, permitiendo que cada enzima catalice miles de reacciones por segundo.

La especificidad es una característica clave: cada enzima cataliza solo un tipo de reacción y actúa sobre un sustrato específico o un grupo muy reducido. Muchas necesitan cofactores (sustancias no proteicas) para funcionar correctamente; cuando estos son moléculas orgánicas se denominan coenzimas.

Los factores que más influyen en la actividad enzimática son el pH, la temperatura y los cofactores/coenzimas. Ciertos compuestos pueden inhibir esta actividad:

• Inhibidores reversibles: pueden ser competitivos (ocupan el sitio activo) o no competitivos $se unen a otro sitio y desorganizan la proteína-enzima$
• Inhibidores irreversibles: se unen permanentemente y desnaturalizan la proteína

La composición química de los seres vivos incluye elementos primarios (O, C, H, N, Ca, P), secundarios (K, S, Na, Cl, Mg, Fe) y oligoelementos (I, F, Mn, Co, Zn, Se, Mo). Estos elementos forman compuestos inorgánicos (agua y minerales) y orgánicos (macromoléculas como proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos).

💡 Las proteínas son las moléculas más versátiles de los seres vivos y pueden tener funciones enzimáticas, reguladoras, de transporte, defensa, contracción muscular y soporte estructural.

Las proteínas se clasifican según su forma (globulares o fibrilares) y estructura. Su estructura primaria (secuencia de aminoácidos) determina su función y está codificada en los genes. La estructura secundaria muestra la disposición espacial de la cadena polipeptídica, mientras que la terciaria representa el plegamiento tridimensional completo de la proteína.

Estructura de Proteínas y Biomoléculas

La estructura cuaternaria de las proteínas se refiere a la disposición espacial de múltiples subunidades polipeptídicas que forman proteínas complejas. Esta organización es crucial para la función de proteínas oligoméricas como la hemoglobina.

Los aminoácidos son los bloques fundamentales de las proteínas. Cada aminoácido contiene un grupo ácido carboxilo (–COOH) y un grupo básico amina (–NH₂) unidos a un átomo de carbono central. Se enlazan mediante uniones peptídicas, formando cadenas con extremos N-terminal (aminoácido libre) y C-terminal (carboxilo libre).

Los hidratos de carbono son otra clase fundamental de biomoléculas formadas por C, H y O. Funcionan principalmente como fuente rápida de energía, pero también forman estructuras celulares y actúan como catalizadores en coenzimas. Se clasifican en:

• Monosacáridos: azúcares simples como pentosas (ribosa) y hexosas (glucosa)
• Oligosacáridos: 2-10 monosacáridos unidos, incluyendo disacáridos como sacarosa y lactosa
• Polisacáridos: largas cadenas de monosacáridos como almidón (reserva vegetal), celulosa (pared celular vegetal) y glucógeno (reserva animal)

🔬 Los glucosaminoglucanos (GAGS) son polisacáridos complejos que forman parte de la matriz extracelular y son esenciales para la estructura y función de tejidos conectivos como cartílagos y tendones.

Los lípidos, formados principalmente por C, H y O, son insolubles en agua pero solubles en compuestos orgánicos. Funcionan como almacenadores de energía a largo plazo, componentes de membranas biológicas y precursores de hormonas. Los lípidos saponificables contienen ácidos grasos (lípidos simples y complejos), mientras que los no saponificables (isoprenoides, esteroides) tienen funciones reguladoras.

Lípidos y Ácidos Nucleicos

Los lípidos simples, como los triglicéridos, están formados por tres moléculas de ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol. Estos funcionan principalmente como reserva energética. Las ceras, compuestas por ésteres de ácidos grasos de cadena larga, tienen funciones protectoras en muchos organismos.

Entre los lípidos complejos destacan los fosfolípidos, componentes fundamentales de las membranas celulares. Su estructura anfipática, con una cabeza polar hidrofílica y cola apolar hidrofóbica, les permite formar bicapas estables. Los glucolípidos, como gangliósidos y cerebrósidos, son componentes del glucocálix celular.

El colesterol, un esteroide presente en las membranas celulares, es crucial para la fluidez de la membrana y sirve como precursor para la síntesis de hormonas sexuales y corticoides. Aunque es esencial, su acumulación excesiva puede provocar aterosclerosis.

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son macromoléculas formadas por cadenas de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Cada nucleótido contiene una base nitrogenada (púrica o pirimidínica), un azúcar (ribosa o desoxirribosa) y un grupo fosfato.

💡 El ADN es el soporte físico que contiene toda la información genética de un organismo. El orden de sus bases nitrogenadas determina el código genético que se transmitirá a las siguientes generaciones.

En la clasificación de los seres vivos, la especie constituye la unidad básica, definida como un grupo de poblaciones naturales interfértiles aisladas reproductivamente de otras especies. El sistema de clasificación jerárquica incluye: dominio, reino, filo/división, clase, orden, familia, género y especie. El sistema binomial de Linnaeus $género + especie$ nombra científicamente a cada organismo.

Clasificación de los Seres Vivos y Estructuras Acelulares

Los dominios principales son Archaea, Bacteria y Eukarya. En el dominio Eukarya encontramos cuatro reinos principales: Protistas, Fungi, Animalia y Plantae. Esta clasificación se basa en criterios de estructura corporal, etapas de desarrollo y semejanzas bioquímicas, empleando conceptos de homología (origen común, funciones distintas) y analogía (función similar, origen distinto).

Las estructuras acelulares como virus, viroides y priones, aunque no son considerados seres vivos completos, presentan algunas características de la vida como autorreplicación, herencia y mutación.

• Los virus poseen una cadena de ADN o ARN envuelta por proteínas (nucleocápside) y algunos por una membrana lipídica. Son parásitos intracelulares obligados que se replican utilizando la maquinaria celular del huésped. Pueden seguir ciclos líticos (destruyen la célula) o lisogénicos (permanecen en la célula sin destruirla inicialmente).

• Los viroides son aún más simples, compuestos únicamente de ARN, y causan enfermedades principalmente en plantas.

• Los priones son proteínas infecciosas sin material genético que transmiten información mediante el mal plegamiento de proteínas, causando enfermedades neurodegenerativas en animales.

⚠️ Los virus SARS-CoV-2, causantes de COVID-19, son virus ARN que utilizan la enzima transcriptasa inversa para reproducirse, copiando su ARN en ADN dentro de las células huésped.

La materia viva se organiza en niveles de complejidad creciente: átomos, moléculas, células, tejidos, órganos, sistemas, organismos, poblaciones, comunidades, ecosistemas y, finalmente, la biosfera. Este orden jerárquico muestra cómo las estructuras más simples se integran para formar entidades más complejas y funcionales.

Ecosistema y Ecología

La ecología estudia las interacciones de los organismos entre sí y con su ambiente físico. Este fascinante campo puede subdividirse en autoecología (estudio de organismos o especies individuales) y cinecología (estudio de grupos de organismos que forman una unidad).

Un ecosistema es una unidad delimitada espacial y temporalmente que integra los organismos vivos, el medio que los rodea y sus interacciones. Está compuesto por la comunidad biótica (seres vivos) y los componentes abióticos $factores físico-químicos$.

Dentro de un ecosistema, una población es un conjunto de individuos de la misma especie que comparten un espacio y tiempo determinados. Cada población posee propiedades características:

• Densidad: número de individuos por unidad de área o volumen
• Patrón de distribución espacial: cómo se ubican los organismos en el espacio
• Estructura por edades y sexos: composición demográfica
• Regulación: factores que limitan su crecimiento

Las poblaciones pueden analizarse mediante parámetros como tasas de natalidad, mortalidad y el saldo migratorio, que determinan su crecimiento o disminución.

🌍 La biosfera, el mayor ecosistema conocido, comprende todas las zonas de la Tierra donde existe vida. Es un sistema integrado y autorregulado que mantiene las condiciones necesarias para la supervivencia de los organismos.

La homeostasis en ecosistemas se refiere a la tendencia al equilibrio o estabilidad fisicoquímica. Los mecanismos homeostáticos incluyen procesos de retroalimentación positiva (actividades que se estimulan recíprocamente) y negativa (actividades que se regulan en sentido inverso), siendo esta última fundamental para la estabilidad de los sistemas vivos.

Interacciones en Comunidades y Ciclos Biogeoquímicos

Las interacciones entre especies son fundamentales para el funcionamiento de los ecosistemas. La competencia ocurre cuando especies diferentes utilizan el mismo recurso limitado, pudiendo llevar a la exclusión competitiva donde la especie más eficiente elimina a la otra. Cada especie ocupa un nicho ecológico específico, que representa su estrategia de supervivencia y función dentro del ecosistema.

La depredación implica el consumo de organismos vivos, formando parte de complejas redes alimentarias. La simbiosis abarca asociaciones estrechas entre organismos de diferentes especies:

• Parasitismo (+/-): el parásito se beneficia perjudicando al huésped
• Mutualismo (+/+): ambas especies se benefician y son interdependientes
• Comensalismo (+/0): una especie se beneficia sin afectar a la otra
• Protocooperación (+/+): ambas especies se benefician pero pueden sobrevivir separadas
• Amensalismo (0/-): una especie inhibe o daña a la otra sin asociarse directamente

En los ecosistemas, la materia se recicla mientras que la energía fluye en una sola dirección. Esta estructura trófica incluye:

1. Productores: principalmente organismos fotosintéticos que convierten energía solar en química
2. Consumidores: herbívoros (primarios), carnívoros (secundarios, terciarios) y omnívoros
3. Descomponedores: hongos y bacterias que degradan materia orgánica muerta

🍂 En cada paso de la cadena trófica se pierde aproximadamente el 90% de la energía disponible, lo que limita el número de niveles tróficos posibles en un ecosistema.

Los ciclos biogeoquímicos representan las vías de transformación entre componentes bióticos y abióticos. El ciclo del carbono, por ejemplo, muestra cómo el CO₂ atmosférico se incorpora a los seres vivos mediante la fotosíntesis y regresa a la atmósfera a través de la respiración y descomposición.

Ciclos Biogeoquímicos e Impacto Humano

El ciclo del oxígeno está íntimamente ligado al del carbono: las plantas producen O₂ mediante la fotosíntesis, mientras que animales y seres humanos lo consumimos para respirar, exhalando CO₂ que las plantas utilizan nuevamente. Este intercambio constante mantiene el equilibrio atmosférico.

El ciclo del nitrógeno es particularmente complejo, ya que la mayoría del N₂ atmosférico no es directamente utilizable por los organismos. Este ciclo incluye varias etapas clave:

1. Fijación: bacterias transforman el N₂ atmosférico en nitratos aprovechables por las plantas
2. Asimilación: las plantas convierten nitratos en aminoácidos y proteínas, que los animales obtienen al alimentarse
3. Amonificación: los descomponedores transforman compuestos nitrogenados en amoníaco
4. Nitrificación: el amoníaco se convierte en nitritos y luego en nitratos

La bioenergética estudia las transformaciones de energía en los sistemas biológicos. La energía libre de Gibbs determina la espontaneidad de las reacciones: si es negativa (reacción exergónica), ocurre espontáneamente; si es positiva (endergónica), requiere acoplarse a la hidrólisis de ATP.

⚠️ Las actividades humanas han alterado dramáticamente los ecosistemas naturales, causando erosión, desertificación, extinción de especies y modificaciones ambientales que provocan la aparición o reaparición de enfermedades.

La contaminación ambiental incluye fenómenos como la eutroficación (exceso de nutrientes en cuerpos de agua), el efecto invernadero antropogénico (emisiones de gases que causan calentamiento global) y la lluvia ácida (precipitación acidificada por óxidos de nitrógeno y azufre). Estos problemas, derivados principalmente de actividades humanas, tienen consecuencias graves para la biodiversidad y la estabilidad de los ecosistemas.

Funciones del Cuerpo Humano: Nutrición

Las funciones del cuerpo humano se agrupan en tres grandes categorías: relación, nutrición y reproducción. Estas funciones trabajan de manera integrada y son posibles gracias a sistemas de órganos especializados.

La función de nutrición permite que nuestras células obtengan nutrientes, energía y oxígeno para realizar todas sus actividades. En este proceso intervienen cuatro sistemas principales:

• El sistema digestivo transforma los alimentos en moléculas más simples
• El sistema respiratorio facilita el ingreso de oxígeno y la eliminación de dióxido de carbono
• El sistema circulatorio transporta sustancias y oxígeno a todas las células
• El sistema excretor elimina los desechos a través de la orina

El sistema digestivo realiza cinco funciones esenciales: tránsito de alimentos por el tubo digestivo, secreción de jugos digestivos para la degradación de nutrientes, absorción de nutrientes, circulación sanguínea por las vísceras para transportar las sustancias absorbidas, y control neuroendocrino de todo el proceso.

🔍 La pared gastrointestinal tiene una estructura tisular compleja con cuatro capas principales: mucosa (interior), submucosa, capa muscular y serosa (exterior). Esta organización permite la motilidad, digestión y absorción eficiente de los alimentos.

El sistema digestivo incluye la boca (masticación y deglución), faringe (propulsión del alimento), esófago (conducción), estómago (almacenamiento y digestión enzimática), intestino delgado (digestión y absorción), intestino grueso (absorción de agua y formación fecal), y órganos accesorios como el páncreas (enzimas digestivas y hormonas), hígado (metabolismo y producción de bilis) y vesícula biliar (almacenamiento de bilis).

Sistema Digestivo

El proceso digestivo implica una serie de transformaciones físicas y químicas del alimento, reguladas por el sistema nervioso autónomo y hormonas. Este fascinante viaje comienza en la boca, donde los alimentos son fragmentados por los dientes y humedecidos por la saliva, formando el bolo alimenticio que luego es deglutido.

Al pasar por la faringe, la epiglotis cierra la tráquea para evitar que los alimentos entren en las vías respiratorias. El bolo alimenticio desciende por el esófago mediante movimientos peristálticos hasta el estómago, donde ingresa a través del esfínter cardias.

En el estómago, el bolo se mezcla con secreciones gástricas que contienen ácido clorhídrico y pepsinógeno (que se convierte en pepsina), formando el quimo. Esta mezcla ácida pasa al duodeno a través del píloro, donde es neutralizada por secreciones alcalinas del páncreas.

🧠 ¿Sabías que la mucosa gástrica produce factor intrínseco de Castle, una proteína esencial para la absorción de vitamina B12? Su deficiencia puede causar anemia perniciosa.

En el intestino delgado continúa la digestión de almidones (iniciada en la boca) y comienza la digestión de grasas por acción de la bilis. Las enzimas pancreáticas descomponen proteínas en aminoácidos y las disacaridasas convierten los disacáridos en monosacáridos absorbibles. Las grasas, emulsionadas por las sales biliares, son hidrolizadas por la lipasa pancreática.

El agua y el sodio son absorbidos principalmente en el intestino delgado y luego en el grueso. En el colón, las bacterias simbióticas degradan sustancias no digeridas. Finalmente, lo que no ha sido digerido o absorbido se elimina como materia fecal.