IMPORTANCIA DE LA BIOLOGIA

Todos los campos de la Biología implican una gran importancia para el bienestar de la especie humana y de las otras especies vivientes.

El conocimiento de la variedad de la vida, su explotación y conservación es de gran importancia en nuestro diario vivir. ¿Usted se ha enfermado? Bien, todos hemos enfermado alguna vez, y para que el médico pudiera obtener un diagnóstico correcto de nuestra enfermedad, él tuvo que conocer las funciones orgánicas normales, o sea, las funciones que consideramos dentro de los parámetros homeostáticos. Este estado normal y el estado anormal son analizados, precisamente, por la Biología.

El estudio del origen de las enfermedades es también responsabilidad de la Biología, por ejemplo la etiología del cáncer, las infecciones, los problemas funcionales, etc.

La biología también estudia el comportamiento de las plagas que afectan directa o indirectamente a los seres vivientes -especialmente a los seres vivientes de los cuales se sirven los seres humanos- para encontrar medios para combatirlas sin dañar a otras especies o al medio ambiente.

Los recursos alimenticios y su calidad, los factores que causan las enfermedades, las plagas, la explotación sostenible de los recursos naturales, el mejoramiento de las especies productivas, el descubrimiento y la producción de medicinas, el estudio de las funciones de los seres vivientes, la herencia, etc., son campos de investigación en Biología.

El estudio de los alimentos que consumimos, de los materiales producidos por los organismos vivientes, de los organismos y de los procesos implicados en la producción de las substancias nutritivas corren a cargo de la Biología. Además, por medio de la Biotecnología, los Biólogos buscamos métodos para hacer que los productores sean más eficientes en la elaboración de alimentos y de otros de nuestros suministros.

La Biología estudia también los factores de entorno que rodean a los seres vivientes; y por medio de la rama conservacionista/ambientalista busca maneras más efectivas para reducir los inconvenientes del ambiente preservando así la existencia de todos los seres vivientes que habitan el planeta.

CIENCIAS FÁCTICAS

Las ciencias fácticas son aquellas cuyos estudios parten de la observación de los hechos naturales para elaborar un conjunto de conocimientos bien organizados y confiables.

Las Ciencias Fácticas son:

La Biología, que se define como el estudio de la vida y de los seres que la experimentan.

La Física, que es la ciencia que estudia las transformaciones de la energía y sus relaciones con la materia.

La Química, que estudia las transformaciones de la materia.

La Biología se relaciona con la Física y la Química. Así mismo, la Física y la Química se relacionan con la Biología.

En todos los procesos biológicos existen transferencias, almacenamiento y movimientos no-espontáneos de la energía. Por esta razón, la Biología se relaciona estrechamente con la Física.

La transferencia de la energía, su almacenamiento y su manipulación en los seres vivientes depende de sustancias y reacciones químicas. Por ello, la Biología se relaciona estrechamente con la Química.

Por otra parte, la Astronomía, una rama de la Física, tiene una ineludible relación con los seres vivientes porque su origen fue determinado por la evolución estelar. Cada átomo que forma parte de los seres vivientes se originó en una estrella. El Hierro con el que se forma nuestra hemoglobina se generó en el momento en que los núcleos atómicos de una estrella se fusionaron para formar elementos más pesados, entre ellos, el Hierro. Las supernovas, una de las fases finales en la evolución de las estrellas, nos proveen de toda la gama de elementos que encontramos en la Tabla Periódica de los Elementos.

En una estrella, como nuestro sol, un protón de hidrógeno (masa 1) se fusiona con otro protón de hidrógeno que decae para en neutrón  y crea un núcleo del deuterio (masa 2). El deuterio posee un protón y un neutrón. El deuterio es uno de los núcleos más abundantes de una estrella. Cuando otro neutrón se funde a un núcleo de deuterio, el nuevo núcleo tendrá un protón y dos neutrones y se conocen como tritio (masa 3). De esta manera, la fusión nuclear en la estrella continúa para formar Helio, Calcio, Carbono, Oxígeno, Hierro, etc. Sin embargo, los elementos más pesados no se crean en las estrellas jóvenes, como nuestro sol, sino en las estrellas más viejas que estallan como supernovas.

Así, podemos afirmar, con un alto grado de confianza, que los seres vivos en la tierra fueron generados por la explosión de una supernova o de muchas supernovas.

PROTEÍNAS

Las proteínas constituyen más del 50% de la materia sólida de las células. Las proteínas son las más complejas y funcionalmente las más versátiles entre las biomoléculas, tanto para la composición de la célula, porque las proteínas forman estructuras celulares como membranas, microfibrillas, cilios, flagelos, etc., como para funciones de gran importancia para la supervivencia de la célula, como almacenamiento de energía, transporte de otras substancias, señalización, protección, funciones hormonales, etc. Las proteínas son también una parte crítica de todo proceso metabólico porque trabajan como enzimas, las cuales son proteínas que selectivamente aceleran o desaceleran las reacciones químicas.

Las proteínas están formadas por subunidades llamadas aminoácidos. Los Aminoácidos son moléculas orgánicas compuestas por dos grupos, un grupo carboxilo y un grupo amino. La fórmula general para un aminoácido es como sigue:

C2H4O2N-R

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R significa una cadena de uno o más átomos de Carbón, que puede combinarse con otros elementos, como H, O, P y S, que sin embargo, no son parte del grupo carboxilo.

Ejemplo de aminoácido:

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        H   H

        |    |

Grupo Amino-----> H - N - C - C = O <-----Grupo Carboxilo

        |    |    |

        H    H   O - H

GLICINA (gly)

Hay 20 aminoácidos en la naturaleza de los cuales están formadas todas proteínas. Polímeros construidos por dos o más aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos, son llamados polipéptidos.

Las enzimas, las hormonas, el Colágeno, la Clorofila y la Hemoglobina son proteínas muy importantes para los seres vivientes.

Por Wendy T. Noriega

¿SON LOS VIRUS SERES VIVIENTES?

Por Wendy T. Noriega

Pensamos que, a estas alturas del avance de las ciencias, la controversia sobre si los virus son seres vivientes o son seres inertes ya debería haber terminado. Es muy claro que los virus son partículas inertes que quizás se originaron como desechos de las mismas células que después de miles o millones de años sirven como anfitrionas de esos desechos. Dado que los virus poseen una sección de ADN correspondiente al ADN del genoma completo de las células anfitrionas, tienen posibilidades de reproducción; sin embargo, como son seres inertes, no vivientes, los virus son incapaces de reproducirse por ellos mismos, a diferencia de los seres vivientes que sí pueden auto-replicarse cuando ocurre la exigencia para hacerlo.

Esta incapacidad de los virus responde precisamente a que ellos no experimentan el estado de la vida, pues de hacerlo, ellos podrían tomar la energía del ambiente en cualquier momento, dirigiéndola hacia estados específicos para hacer uso de ella en la producción de sus propias enzimas y auto-replicarse. Pero no, los virus no pueden ni adquirir energía del ambiente y, mucho menos, manipularla hacia procesos bioquímicos específicos. Los virus no hacen esto ni siquiera estando como huéspedes de una célula.

Por Wendy T. Noriega

La teoría más confiable y con más hechos a favor es la de que los virus en realidad no atacan a las células, sino que las mismas células los identifican como material propio, introduciéndolos al citosol y proporcionándoles los productos necesarios para su replicación. La generación de muchas partículas virales (reconocidas finalmente por la célula como materiales de desecho) provocan, en la mayoría de los casos, la destrucción de la célula anfitriona.

Las células cometen el mismo error con los priones, los cuales son fragmentos proteicos defectuosos que se generan dentro de las mismas células (que finalmente son destruidas por ellos), a partir de proteínas normales, como productos de desecho que se auto-replican usando las mismas rutas metabólicas de la célula que los contiene.

Por Wendy T. Noriega

Los virus son sistemas termodinámicos constituidos por partículas de ácidos nucleicos contenidos dentro de una cápsula generalmente hecha de proteínas, aunque algunos virus de ARN, como algunas partículas parásitas de plantas, estén desnudos, o sea, no contenidos por una cápside.

La particularidad de los virus es que si ellos se encuentran en un campo abiótico, ellos muestran las características de los seres inertes, pues no son capaces de capturar autónomamente la energía del ambiente para redirigirla hacia procesos metabólicos específicos ni hacia funciones definidas, por ejemplo, la reproducción, la respiración, la fermentación, etc. Sin duda, cuando los virus se encuentran en un campo abiótico son seres inertes.

Sin embargo, cuando los virus son colocados aleatoriamente en el campo biótico adecuado, siempre y cuando ese campo biótico sea compatible con las sucesiones genómicas de los virus, ellos son capaces de autoreplicarse, aprovechándose de la energía y de las moléculas catalíticas del medio biótico en donde ellos progresan como si fuesen parásitos.

Por Wendy T. Noriega

Éstas son las características macroscópicas de los virus por las cuales algunos biólogos los consideran como sistemas vivientes, mientras que otros biólogos consideran que los virus son simplemente sistemas inertes.

Ésto no es una cuestión de dogmas ni de creencias personales. Analicemos los hechos de una forma sencilla para obtener una conclusión coherente acerca del estado de energía de los virus.

1. Los virus no pueden ocupar posiciones en los campos de alta densidad de energía de manera autónoma.

2. La sucesión del material genético de los virus coincide con la sucesión de ciertas secciones del ADN o del ARN de las células anfitrionas o parasitadas, de aquí que se considere que los virus se hayan originado como productos de desecho derivados de las células que serían sus anfitrionas en el futuro.

Por Wendy T. Noriega

3. Los virus no poseen membranas, citosol o ATP sintetasa. Ya se ha demostrado que el citosol es la única fase de la materia que puede experimentar la vida y que el estado de la energía en la vida solo puede experimentarse en membranas especializadas que poseen ATP sintetasa (membrana celular de los procariotas, membranas internas mitocondriales y membranas tilacoidales de los cloroplastos).

4. Los virus no tienen mitocondrias, las cuales son organelos capaces de capturar y almacenar la energía para redirigirla hacia la ejecución de las muchas funciones de un verdadero ser viviente.

5. Los virus no poseen membranas plasmáticas, ni membranas internas, que pudieran experimentar la fuerza motriz protónica que es la que establece un potencial de membrana en forma autónoma (vida).

6. Los virus no poseen membranas capaces de ser excitadas por choques con fotones para capturar la energía liberada después de la colisión y mantener un potencial de membrana continuo que permita usar esa energía capturada en la síntesis de moléculas más complejas para almacenar la energía de activación llevada por los fotones.

Por Wendy T. Noriega

7. Los virus no adquieren vida durante su estancia parasitoide en las células anfitrionas, dado que la vida no puede transferirse ni infundirse, sino que los virus son dirigidos por las mismas células anfitrionas para hacerlos coincidir con sus propias características macroscópicas que no tienen nada ver con el estado de la vida, sino con otros microestados experimentados por las moléculas auto-catalíticas (los ácidos nucleicos, las proteínas catalíticas, las enzimas, etc.).

8. El estado de la vida sólo puede ser experimentado y sólo puede ser mantenido por un arreglo específico de la materia, es decir, sólo por estados con posiciones y movimientos específicos de las moléculas completamente incorporadas y formando biomembranas.

Veamos un ejemplo:

Los virus del SIDA pueden autoreplicarse dentro de los linfocitos de algunos mamíferos. Para alcanzar el medio adecuado en donde pueda reproducirse, el VIH no puede trasladarse en forma autónoma, sino que tiene que ser transportado en ciertos fluidos corporales que deben ser introducidos en el organismo no enfermo a través de alguna mucosa o de alguna herida. Si esos fluidos conteniendo virus no fueran depositados dentro de un organismo viviente, sino en un medio inerte, a la intemperie, su destino sería como el de cualquier partícula no-viviente, pues los virus son incapaces de obtener energía del ambiente en forma no-espontánea, y por ende, con el paso del tiempo, su energía interna se disipa o dispersa espontáneamente hacia más microestados disponibles causando su desintegración como sistemas termodinámicos. Por esta razón, el Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH/SIDA) solo permanece viable a la intemperie por un tiempo máximo de 30 minutos. Después de este tiempo, el VIH es incapaz de autoreplicarse, infectar, etc.

Por Wendy T. Noriega

La conclusión de esta tesis es que los virus no son seres vivientes porque, tanto por su composición molecular macroscópica como por su estado energético microscópico corresponde al de los sistemas termodinámicos inertes con un estado de no-equilibrio térmico, pero con espontaneidad en el incremento de microestados posibles. Los virus no poseen las estructuras necesarias para realizar intercambios de energía autónomos con el ambiente ni para crear el campo electrodinámico propio de la vida.

AGUA

El agua (H2O) es un factor indispensable para la vida. La vida se originó en el agua, y todos los seres vivos tienen necesidad del agua para subsistir. El agua forma parte de diversos procesos químicos orgánicos, por ejemplo, las moléculas de agua se usan durante la fotosíntesis, liberando a la atmósfera los átomos de oxígeno del agua. El agua actúa como termoregulador del clima y de los sistemas vivientes: Gracias al agua, el clima de la Tierra se mantiene fijo.

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El agua funciona también como termoregulador en los sistemas vivos, especialmente en animales endotermos (aves y mamíferos).

Ésto es posible gracias al calor específico del agua, que es de una caloría para el agua (calor específico es el calor -medido en calorías- necesario para elevar la temperatura de un gramo de una substancia en un grado Celsius). En términos biológicos, ésto significa que frente a una elevación de la temperatura en el ambiente circundante, la temperatura de una masa de agua subirá con una mayor lentitud que otros materiales. Igualmente, si la temperatura circundante disminuye, la temperatura de esa masa de agua disminuirá con más lentitud que la de otros materiales. Así, esta cualidad del agua permite que los organismos acuáticos vivan relativamente con placidez en un ambiente con temperatura fija.

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La evaporación es el cambio de una substancia de un estado físico líquido a un estado físico gaseoso. Necesitamos 540 calorías para evaporar un gramo de agua. En este punto, el agua hierve (punto de ebullición). Esto significa que tenemos que elevar la temperatura hasta 100°C para hacer que el agua hierva. Cuando el agua se evapora desde la superficie de la piel, o de la superficie de las hojas de una planta, las moléculas de agua arrastran consigo calor. Ésto funciona como un sistema refrescante en los organismos.

Otra ventaja del agua es su punto de congelación. Cuando se desea que una substancia cambie de un estado físico líquido aun estado físico sólido, se debe extraer calor de esa substancia.

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La temperatura a la cual se produce el cambio en una substancia desde un estado físico líquido a un estado físico sólido se llama punto de fusión. Para cambiar el agua del estado físico líquido al sólido, tenemos que disminuir la temperatura circundante a 0°C.

Para fundirla de nuevo, es decir para cambiar un gramo de hielo a agua líquida, se requiere un suministro de calor de 79.7 calorías. Cuando el agua se congela, la misma cantidad de calor es liberada al ambiente circundante. Esto permite que en invierno la temperatura del entorno no disminuya al grado de aniquilar toda la vida en el planeta.

En las reacciones de combustión de los nutrientes que tiene lugar en el interior de las células para obtener energía se producen pequeñas cantidades de agua. Esta formación de agua es mayor al oxidar las grasas - 1 gr. de agua por cada gr. de grasa -, que los almidones -0,6 gr. por gr., de almidón-. El agua producida en la respiración celular se llama agua metabólica, y es fundamental para los animales adaptados a condiciones desérticas. Si los camellos pueden aguantar meses sin beber es porque utilizan el agua producida al quemar la grasa acumulada en sus jorobas. En los seres humanos, la producción de agua metabólica con una dieta normal no pasa de los 0,3 litros al día.

Como se muestra en la siguiente figura, el organismo pierde agua por distintas vías. Este agua ha de ser recuperada compensando las pérdidas con la ingesta y evitando así la deshidratación. 

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan  parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Propiedades del agua

Acción disolvente

El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno.

En el caso de las disoluciones iónicas  los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

La capacidad disolvente es la responsable de  que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.

 

Elevada fuerza de cohesión.

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático.

Gran calor específico.

También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante .

Elevado calor de vaporización.

Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa.
Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera.

      Las funciones del agua , íntimamente relacionadas con las propiedades anteriormente descritas , se podrían resumir en los siguientes puntos:              

  *  En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las reacciones que nos permiten estar vivos. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo. Esto se debe a que las enzimas (agentes proteicos que intervienen en la transformación de las sustancias que se utilizan para la obtención de energía y síntesis de materia propia) necesitan de un medio acuoso para que su estructura tridimensional adopte una forma activa.

  *  Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel.

   *Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células. El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos. Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de deshecho del metabolismo celular.

  *Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones (H₃O⁺) o hidroxilos (OH ^-)  al medio.

  

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos, o hidratos de carbono, son compuestos orgánicos  constituidos por átomos de Carbono, Oxígeno e Hidrógeno. También se les denomina Azúcares, Glucósidos o Sacáridos. La fórmula básica para los carbohidratos es CH2O.

Podemos distinguir tres clases de carbohidratos:

Monosacáridos (sacárido que no puede hidrolizarse para obtener sacáridos más pequeños), Disacáridos (dos moléculas de monosacáridos) y Polisacáridos (tres o más moléculas de monosacáridos).

Los Monosacáridos son glucósidos que no se pueden hidrolizar para obtener moléculas más pequeñas de glucósidos. (Presiona aquí para ver las fórmulas estructurales de la Glucosa y de otros Monosacáridos).

Los Disacáridos están formados por dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico, por ejemplo la Sacarosa (Glucosa+Fructosa), Maltosa (Glucosa+ Glucosa), la Lactosa (Glucosa+Galactosa), etc. (Presiona aquí para aquí ver fórmulas de Disacáridos).

Los Polisacáridos son polímeros de sacáridos, formados por tres o más monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos, como la Amilosa (almidón no ramificado), la cual está formada exclusivamente por moléculas alfa-Glucosa, la Amilopectina (almidón ramificado), el Glucógeno (polímero de almacenamiento en los animales), la Celulosa, etc. .

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IMPORTANCIA DE LOS CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos, o Hidratos de Carbono, son muy necesarios para la vida, pues además de servir como fuente primaria de energía para los seres vivos, sirven para formar estructuras celulares. Por ejemplo, la celulosa es el componente principal de la pared celular en la célula vegetal.

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Nivel Celular: Los biosistemas están formados por células.

La célula es la unidad básica funcional y estructural de todo ser vivo.

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Las moléculas se organizan altamente para construir membranas estructurales (organelos), que poseen funciones específicas, según los materiales con que ellas están formadas.

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BIOMEMBRANAS Y PARED CELULAR:

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La célula posee un medio hídrico llamado citosol que contiene los factores necesarios para su supervivencia. Este medio interno celular debe mantenerse separado del entorno para evitar los cambios químicos que, de no existir esa barrera, ocurrirían espontáneamente, terminando en la desorganización del sistema completo.

El medio interno celular debe mantenerse cuasi-estable, pues la obtención y la biotransferencia de la energía son altamente específicas. Si el medio interno de la célula quedase desprotegido, por ejemplo, cuando la membrana o la pared celulares se rompen, la célula muere de inmediato porque los compuestos se disgregan en el medio externo, apartándose de otras biomoléculas con las cuales ellos interactúan. Además, muchas biomoléculas cambian o pierden sus propiedades bióticas y su organización al quedar expuestas a la acción del medio ambiente o a condiciones no estables.

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Todas las células tienen biomembranas que separan su ambiente interno del entorno. Las bacterias tienen una membrana simple y una pared celular periférica, hecha de peptidoglicano (proteínas + oligosacáridos), adyacente a la membrana celular. Ambas estructuras, la membrana y la pared, contienen al citosol. Algunas bacterias tienen una membrana externa simple, una pared celular intermedia y otra membrana simple externa. Todas las células eucariotas poseen una membrana fosfolipídica de dos capas externa. Las células vegetales poseen una membrana fosfolipídica de dos capas interna con respecto a una pared celular externa hecha de celulosa.

La membrana citoplasmática está constituida por una bi-capa fosfolipídica con proteínas incrustadas de afuera hacia dentro. Imagínese la membrana citoplasmática como un sándwich de aguacate, en el que las dos rebanadas de pan son las "cabezas" (hidrofílicas) de la bi-capa fosfolipídica, y el aguacate representa las "colas" de la bi-capa fosfolipídica (hidrofóbicas), una capa es fijada a la otra por las colas. Para completar nuestro sándwich, incrustamos aceitunas de un lado a otro, y algunos fragmentos de palillos de dientes incrustados en la rebanada superior y otros fragmentos en la rebanada más baja. Las aceitunas representan unas estructuras muy importantes de la membrana proteica identificadas como permeasas.

Las permeasas son enzimas que transportan sustancias a través de la membrana celular, sea hacia el interior o hacia el exterior de la célula, y son altamente específicas en su función. Además de este papel, la membrana celular opera como contenedor y como protección para el citoplasma. Los fragmentos de palillo de dientes representan los carbohidratos, glucoproteínas, y glucolípidos.

El ingrediente vivo de la célula es el citoplasma. El citoplasma es un complejo de sustancias orgánicas e inorgánicas, básicamente, proteínas, lípidos, carbohidratos, minerales y agua. Estas sustancias se organizan para constituir organelos, por ejemplo, el retículo endoplásmico, los ribosomas, los cloroplastos, las mitocondrias, el aparato de Golgi, el nucléolo, el núcleo, los lisosomas, las vacuolas, y los centrosomas.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN BIOLOGÍA

Podemos ver un orden Biológico en cada organismo existente, y podemos encontrar niveles de organización desde los átomos, hasta el mayor ser vivo. Los átomos se organizan para formar moléculas, las moléculas para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos para formar órganos, los órganos para formar aparatos y sistemas, y éstos forman un total llamado ser vivo o individuo. Un grupo de individuos que comparten las mismas características genéticas (una especie) forma una población, un grupo de poblaciones diferentes constituyen una comunidad, las comunidades actúan recíprocamente con su ambiente para constituir un Ecosistema, la suma de todos ecosistemas y comunidades en la Tierra es la Biosfera. La Biosfera es el nivel de organización más grande en la Biología.

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Nivel atómico: Un núcleo con masa y con uno o más niveles de energía (dependiendo de la clase de elemento de que se trate), con electrones girando a su alrededor, constituye a un átomo. El núcleo atómico contiene subpartículas de varios tipos, pero los de mayor importancia son los Protones, con una carga eléctrica positiva, y los Neutrones compuestos por subpartículas con cargas negativas y positivas electromagnéticas que se neutralizan unas a otras. Cada subpartícula (protones y neutrones) del núcleo cuenta con una masa atómica definida, pero para obtener un número atómico específico debemos considerar sólo la suma de electrones en ese átomo.

Por otra parte, los electrones poseen una carga eléctrica negativa. Ésto mantiene la estabilidad en los niveles diferentes de energía (determinado por medio de la ecuación de Schrödinger) donde los electrones "giran" de un nivel de la energía a otro.

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Nivel molecular: Átomos de la misma clase (elemento) o de diferentes clases (compuesto) forman una molécula. Hay algunas moléculas elementales en la naturaleza formadas por sólo un átomo (moléculas monoatómicas), como el argón, el helio, el xenón, etc.

No obstante, la mayoría de las moléculas elementales están formadas por dos o más átomos, como el oxígeno, el hidrógeno, etc.

Cuando se combinan átomos diferentes para formar moléculas, las substancias resultantes son llamadas compuestos. Un ejemplo típico de compuesto es el agua. El agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno (H2O).

Hay dos clases de compuestos: los compuestos Orgánicos y los compuestos inorgánicos. Los orgánicos tienen átomos de carbono en su estructura (por ejemplo, el bióxido de carbono), en tanto que los compuestos inorgánicos no poseen átomos de carbono.

Las estructuras de los seres vivientes se construyen con compuestos orgánicos; es decir, por moléculas basadas en el elemento Carbono. Las moléculas orgánicas principales que se arman para construir la vida son los ácidos nucleicos, los carbohidratos, los lípidos y las proteínas. Estos cuatro tipos de compuestos se organizan para formar las estructuras de una célula.

Los átomos y moléculas se organizan para formar células, las moléculas para formar las células, las células para formar los tejidos, los tejidos para formar órganos, los órganos para formar aparatos y sistemas, y éstos forman el total llamado ser vivo. Un grupo de individuos que comparten las mismas características genéticas (una especie) forma una población, un grupo de poblaciones diferentes constituyen una comunidad, las comunidades actúan recíprocamente con su ambiente para constituir un Bioma, la suma de todos ecosistemas y comunidades en la Tierra es la Biosfera.

Nivel Químico.- Se puede dividir en 2:

Átomo: Un núcleo con masa y con uno o más niveles de la energía (dependiendo de la clase del elemento que viene acerca de), con electrones que giran en ellos, constituye un átomo. El núcleo atómico contiene subpartículas de varios tipos, pero los de mayor importancia son los Protones, con una carga eléctrica positiva, y los Neutrones compuestos por subpartículas con cargas negativas y positivas electromagnéticas que se neutralizan unas a otras.

Cada subpartícula (los protones y los neutrones) del núcleo cuenta para dar la masa atómica, pero para obtener un número atómico específico debemos considerar sólo la suma de electrones en ese átomo. Por su lado, los electrones poseen una carga eléctrica negativa.

 Esto mantiene la estabilidad en los niveles diferentes de la energía (determinado por medio de la ecuación de Schrödinger) donde los electrones "giran" de un nivel de la energía a otro.

Molécula: Átomos de la misma clase (elemento) o de diferente clases (compuesto) forman una molécula. Hay algunas moléculas elementales en la naturaleza formadas por sólo un átomo (moléculas monoatómicas), como el hidrógeno y el helio. No obstante, dos o más átomos forman la mayoría de moléculas, como el oxígeno.

Cuándo átomos diferentes se combinan para formar moléculas, son llamadas compuestos. Un ejemplo típico de compuesto es el agua. El agua es formada

por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Hay dos clases de compuestos: los compuestos Orgánicos y los compuestos inorgánicos. Los orgánicos tienen átomos de carbón en su estructura, mientras los recintos inorgánicos no tienen átomos de carbón.

Axiomas de la Biologia

Abramos un paréntesis para ampliar nuestro conocimiento sobre la organización y la reproducción de los Biosistemas (un Biosistema es cualquier ser viviente). Éste es un tópico de gran importancia para la Biología que Usted no encontrará fácilmente en sus libros de texto.

En Biología, como en la Física y la Química, existen axiomas o principios que no pueden ser violados en el Universo Conocido. Estos principios obedecen sobre todo a las Leyes de la Termodinámica, a las cuales están sujetos todos los seres vivientes terrestres.

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1. AXIOMA DE LA BIOGÉNESIS: En el tiempo presente, la vida sólo procede de la vida, la vida no puede originarse de materia inerte. Éste es el axioma biológico llamado Biogénesis.

Sin embargo, este axioma no es coherente si se toma en cuenta la nueva definición de vida a la luz de los nuevos descubrimientos. El axioma de la abiogénesis actual es así:

Los seres vivos sólo proceden de seres vivos preexistentes. Los seres vivos no pueden originarse de materia inerte dado que las condiciones para generarse en el planeta Tierra no se presentan en la actualidad (Campo Biótico).

La continuidad de la vida depende de la transmisión de las características hereditarias, las cuales residen en las moléculas de los ácidos nucleicos.

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2. AXIOMA DE LA INTRANSFERENCIA DE LA VIDA: La vida no puede ser transferida, conferida o inducida a un sistema inerte, aún habiéndose tratado de un sistema anteriormente vivo, sino que solamente puede ser continuada a través de la secuencia reproductiva de un biosistema (Vea Campos Bióticos).

La vida solamente puede ser continuada a través de la generación de nuevos individuos a partir de individuos preexistentes. Ésto se logra a través de la reproducción, en la cual la perpetuación de la estructura molecular juega el rol más importante.

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3. AXIOMA DE LA IRREPARABILIDAD DE LA VIDA: Una vez perturbado el estado térmico peculiar de un biosistema es imposible restaurarlo, ya sea por mecanismos naturales o por medio de los mecanismos tecnológicos conocidos. Ésto obedece a la irreversibilidad de la flecha del tiempo, a la cual está ligado todo incremento en la entropía global del Universo.

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EVOLUCIÓN: Los seres vivientes actúan recíprocamente con su ambiente. Cuando las condiciones del entorno cambian, los organismos tienen que adaptarse a esos cambios. La evolución se refiere a los cambios que deben ocurrir en los organismos para que ellos se adapten a los cambios del ambiente. Para que esos cambios en el organismo sean considerados en el contexto de la adaptación evolutiva, ellos deben ocurrir en el ADN. De esta manera, el cambio será heredado a la progenie. (Para más detalles lea: Evolución)

Algunos autores incluyen más características de la vida, pero debido a que muchos biólogos consideran a los virus como seres vivos, sólo se describen los requisitos mínimos para la vida ya mencionados. (LEA ABAJO: CIERRE SOBRE LOS VIRUS)

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Diferencias entre sistemas termodinámicos inertes y sistemas termodinámicos vivientes:

• Los sistemas termodinámicos inertes capturan energía del ambiente, igual que lo hacen los sistemas termodinámicos vivientes; pero los sistemas termodinámicos inertes no demoran no-espontáneamente el aumento de los microestados hacia los cuales su energía interna puede dispersarse, mientras que los sistemas termodinámicos vivientes lo hacen no-espontáneamente.

• Algunos sistemas termodinámicos inertes pueden continuar su estado cuántico al autoreplicarse, tal y como lo hacen los sistemas termodinámicos vivientes; pero los sistemas termodinámicos inertes no pueden preservar un número estable de microestados hacia los cuales su energía interna se difunde entre una y otra generación.

• Algunas estructuras termodinámicas inertes pueden crecer, como lo hacen las estructuras termodinámicas vivas; pero los límites de su crecimiento no son tan precisos como los de los sistemas termodinámicos vivientes.

• Algunas estructuras moleculares termodinámicas inertes evolucionan, como lo hacen las estructuras moleculares termodinámicas vivientes; pero los sistemas termodinámicos inertes evolucionan sólo a través de un número limitado de trayectorias, mientras que las estructuras moleculares termodinámicas vivientes son capaces de evolucionar a través de múltiples trayectorias. Esta diferencia obedece a la tendencia espontánea de todos los sistemas termodinámicos hacia el equilibrio. Los sistemas termodinámicos vivientes tienen más formas de eludir temporalmente esta tendencia que los sistemas termodinámicos inertes.

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Esto último debe ser explicado mediante un ejemplo:

Considere a un sistema inerte que es puesto bajo una presión selectiva del ambiente, por ejemplo, una proteína expuesta a una temperatura de 50° C. Como un sistema inerte, la proteína cambiará su fase hacia otra fase conocida como desnaturalización, o a la fase de desintegración de su estructura molecular. Éstas serán las únicas trayectorias espontáneas de evolución disponibles para el sistema termodinámico inerte como una reacción ante la presión del ambiente. Esto será determinado por la tendencia espontánea universal hacia el equilibrio térmico.

Ahora considere un sistema termodinámico viviente, por ejemplo una bacteria. Cuando ella es expuesta a una temperatura de 50° C, ella responderá a través de muchos mecanismos espontáneos para defenderse de esa presión del ambiente. Uno de ellos es adoptando un estado denominada espora; otra manera consiste en la adaptación bioquímica a esa condición produciendo proteínas que toleren temperaturas más altas. Otra trayectoria consistirá en tratar de huir del área donde ocurre la presión, etc. Como hemos visto, sistemas termodinámicos vivientes también comparten la tendencia espontánea hacia el equilibrio térmico, sólo que ellos pueden bloquear esta tendencia espontánea durante períodos más largos que los sistemas termodinámicos inertes, porque los primeros tienen más formas disponibles para resolver el problema que los sistemas termodinámico inertes.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVO

NASIF NAHLE SABAGORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL: Los seres vivientes presentan una organización estructural y funcional. Ambas, la estructura y la función, se encuentran estrechamente interrelacionadas.

Más que un orden superior o una complejidad excepcional, lo que distingue a los seres vivientes de los seres inertes es la organización de sus estructuras y el encadenamiento de sus funciones. Las moléculas se organizan para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos órganos, los órganos aparatos y sistemas, y al conjunto de todos los sistemas forman un individuo. Existen individuos que están formados por una sola célula, por ejemplo las bacterias, los protistas y algunos hongos; sin embargo, aunque en cantidad y/o volumen un organismo multicelular posea más materia, no serán más complejos que un individuo unicelular.

Es posible encontrar seres inertes bien organizados, por lo que necesitamos incluir otras características contextuales a la vida. La observación del conjunto entero de características nos permite distinguir entre seres vivos y seres inertes. Las otras características que nos ayudarán son la Reproducción y la Evolución, aunque aún podamos encontrar seres inertes bien organizados que se reproducen y evolucionan, hay otra característica que un ser inerte no puede cubrir, la manipulación no-espontánea de la energía para continuar obteniéndola del ambiente

REPRODUCCIÓN: La reproducción es la característica vital que permite al individuo hacer copias de sí mismo. Aunque algunas moléculas orgánicas sean capaces de hacer duplicados de ellas mismas, ellas carecen de las otras características de los seres vivientes.

Un ser vivo es resultado de una organización muy precisa; en su interior se realizan varias actividades al mismo tiempo, estando relacionadas éstas actividades unas con otras, por lo que todos los seres vivos poseen una organización específica y compleja a la vez.

Como grado más sencillo de organización en un organismo está la célula. Los procesos que se efectúan en todo el organismo son el resultado de las funciones coordinadas de todas las células que lo constituyen. En vegetales y animales superiores se observan grados de organización más compleja, como los tejidos-órganos y el más avanzado, sistemas.

Irritabilidad

La reacción a ciertos estímulos (sonidos, olores, etc.) del medio ambiente constituye la función de la irritabilidad. Por lo general los seres vivos no son estáticos, son irritables, responden a cambios físicos o químicos, tanto en el medio externo como en el interno.

Los estímulos que pueden causar una respuesta en plantas y animales son: cambios en la intensidad de luz, ruidos, sonidos, aromas, cambios de temperatura, variación en la presión, etc.

Metabolismo

El fenómeno del metabolismo permite a los seres vivos procesar sus alimentos para obtener nutrientes, utilizando una cantidad de estos nutrientes y almacenando el resto para usarlo cuando efectúan sus funciones. En el metabolismo se efectúan dos procesos fundamentales:

• Anabolismo: Es cuando se transforman las sustancias sencillas de los nutrientes en sustancias complejas.
• Catabolismo: Cuando se desdoblan las sustancias complejas de los nutrientes con ayuda de enzimas en materiales simples liberando energía.

Durante el metabolismo se realizan reacciones químicas y energéticas. Así como el crecimiento, la auto reparación y la liberación de energía dentro del cuerpo de un organismo. A estas reacciones las denominamos procesos metabólicos:

• El ciclo material, es decir, los cambios químicos de sustancia en los distintos períodos del ciclo vital, crecimiento, equilibrio e involución.
• El ciclo energético, o sea, la transformación de la energía química de los alimentos en calor cuando el animal está en reposo, o bien en calor y trabajo mecánico cuando realiza actividad muscular, así como la transformación de la energía luminosa en energía química en las plantas. En los organismos heterótrofos, la sustancia y la energía se obtienen de los alimentos. Éstos actúan formando la sustancia propia para crecer, mantenerse y reparar el desgaste, suministran energía y proporcionan las sustancias reguladoras del metabolismo.

Relación

• Adaptación:

Las condiciones ambientales en que viven los organismos vivos cambian ya sea lenta o rápidamente y los seres vivos deben adaptarse a estos cambios para sobrevivir.

El proceso por el que una especie se condiciona lenta o rápidamente para lograr sobrevivir ante los cambios ocurridos en su medio, se llama adaptación o evolución biológica. Mediante la evolución todos los seres vivos mejoran sus características de adaptación al medio en el que se encuentran, para maximizar sus probabilidades de supervivencia.

• Irritabilidad:

La irritabilidad es la capacidad de un organismo o de una parte del mismo para identificar un cambio negativo en el medio ambiente y poder reaccionar. Tiene un efecto patológico o fisiológico.

Pero principalmente la irritabilidad es la capacidad homeostática que tienen los seres vivos de responder ante estímulos que lesionan su bienestar o estado. Esta característica les permite sobrevivir y, eventualmente, adaptarse a los cambios que se producen en el ambiente.

Existen dos tipos de estímulos o señales: externos, si es que provienen desde el exterior o el ambiente donde se desarrolla un organismo, o internos, si se producen dentro del mismo organismo. Ante un estímulo determinado, un organismo responde de una forma particular, que depende tanto del estímulo como del nivel de complejidad del ser vivo.

Los seres vivos son capaces de detectar y responder a los estímulos que son los cambios físicos y químicos del medio ambiente, ya sea interno como externo. Entre los estímulos generales se cuentan: