La organización del ser humano: Nivel atómico y molecular | Biología 3º ESO

Antes de entrar en materia, una idea clave: cada nivel de organización no es solo la suma del nivel anterior. Cuando los elementos se combinan, emergen propiedades nuevas. Un conjunto de átomos enlazados químicamente no es “más átomo”, es una molécula con funciones que el átomo aislado no poseía. Esa es la gracia de “subir de nivel”.

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1. Los niveles de organización: panorama general

A lo largo de esta unidad veremos seis niveles:

1. Atómico

2. Molecular

3. Celular

4. Tisular (tejidos)

5. Orgánico (órganos)

6. Aparatos y sistemas

En esta Parte 1 nos quedamos en los dos primeros: atómico y molecular. En próximas entregas avanzaremos hacia célula, tejidos, órganos y sistemas.

2. Nivel atómico: la base de la materia

2.1. ¿Qué es un átomo?

El átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que conserva sus propiedades. Aunque hoy sabemos que el átomo es divisible (en partículas subatómicas como protones, neutrones, electrones… y muchas más), esas partículas por sí solas no conservan las propiedades del elemento. Por eso el átomo sigue siendo “la unidad con sentido” para hablar de elementos.

2.2. La tabla periódica y los bioelementos

Los átomos se ordenan en la Tabla Periódica. Pero no todos aparecen con la misma frecuencia en los seres vivos. Llamamos bioelementos a los elementos químicos presentes de manera habitual en la materia viva. A su vez, se clasifican por abundancia, no por importancia biológica:

• Macroelements (mayoritarios)

  
  

  • C (carbono): el “rey” de la química orgánica por su capacidad para formar largas cadenas y anillos.

  • H (hidrógeno), O (oxígeno), N (nitrógeno): presentes en agua y biomoléculas principales.

  • S (azufre) y P (fósforo): relevantes en proteínas (puentes disulfuro) y ácidos nucleicos/fosfolípidos.

  
  

• Microelementos (traza, pero constantes)

  
  

  • Na (sodio), K (potasio), Cl (cloro), Mg (magnesio), Ca (calcio), Si (silicio)…

    Intervienen en gradientes eléctricos, transmisión nerviosa, contracción muscular, cofactores enzimáticos y más.

  
  

• Oligoelementos (ultratraza)

  
  

  • Cr (cromo), Co (cobalto), Zn (zinc), entre muchos otros.

    Aunque sus cantidades son muy pequeñas, pueden ser vitales como cofactores de enzimas o componentes estructurales de proteínas y vitaminas (ej. cobalto en la B12).

  
  

Clave: abundancia ≠ relevancia. Un elemento en trazas puede ser imprescindible para una vía metabólica.

3. Del átomo a la molécula: aparecen propiedades nuevas

3.1. Enlaces químicos

Las moléculas surgen cuando dos o más átomos se unen mediante enlaces químicos (iónicos, covalentes, metálicos, puentes de hidrógeno, interacciones de Van der Waals…). Este es un punto crucial: no se “pegan” físicamente, se enlazan químicamente y, al hacerlo, emergen propiedades que no existían en los átomos por separado.

3.2. Biomoléculas vs. moléculas inorgánicas

• Biomoléculas: moléculas propias de la materia viva (carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas).

• Moléculas inorgánicas relevantes: agua y sales/minerales, que están tanto en materia viva como inerte, pero cumplen funciones vitales en los seres vivos.

3.3. Monómeros y polímeros

Muchas biomoléculas se organizan en dos escalas:

• Monómero: unidad repetible (p. ej., aminoácido, monosacárido, nucleótido).

• Polímero: cadena de monómeros (proteína, polisacárido, ácido nucleico).

  Esta arquitectura modular permite diversidad funcional enorme a partir de “piezas” sencillas.

4. Moléculas inorgánicas esenciales en seres vivos

4.1. Agua

El organismo humano es 55–70 % agua. No es un “relleno”: su polaridad y capacidad de formar puentes de hidrógeno explican funciones críticas:

• Solvente universal biológico: medio para reacciones y transporte.

• Regulación térmica: alto calor específico y de vaporización.

• Reactividad: participa en hidrólisis y síntesis (liberación o consumo de agua).

• Estructura: mantiene conformaciones de macromoléculas (proteínas, ADN).

4.2. Sales y minerales

• En sólido (no disociadas): funciones estructurales (p. ej., sales cálcicas en huesos y caparazones).

• En disolución (disociadas en iones): funciones fisiológicas y metabólicas (p. ej., Na⁺/K⁺ en potenciales de membrana, Ca²⁺ en señalización y contracción).

5. Biomoléculas orgánicas: las cinco familias clave

5.1. Hidratos de carbono (glúcidos, carbohidratos)

• Estructura: desde monosacáridos (glucosa), disacáridos (sacarosa) hasta polisacáridos (almidón, glucógeno, celulosa).

• Funciones:

  
  

  • Energética inmediata (glucosa) y de reserva (glucógeno en animales, almidón en plantas).

  • Estructural (celulosa en pared vegetal).

  • Señalización y reconocimiento (glucoproteínas y glucolípidos en membrana).

  
  

5.2. Lípidos

• Familias: ácidos grasos, triglicéridos, fosfolípidos, esteroles (colesterol), ceras.

• Funciones:

  
  

  • Reserva energética concentrada.

  • Estructural (fosfolípidos en membranas).

  • Reguladora (hormonas esteroideas, eicosanoides).

  • Aislamiento térmico y protección.

  
  

Nota: no suelen ser “combustible inmediato” preferente, pero son almacén y materia prima reguladora.

5.3. Proteínas

• Monómero: aminoácido (20 tipos estándar).

• Enlace: peptídico → polipéptido → proteína.

• Funciones:

  
  

  • Estructural (queratina, colágeno).

  • Enzimática (enzimas regulan prácticamente todas las vías metabólicas).

  • Transporte (hemoglobina), señalización (receptores), defensa (anticuerpos), movimiento (actina/miosina).

  
  

Energéticamente, la proteína no es la primera opción del organismo; su valor es estructural y funcional.

5.4. Ácidos nucleicos

• ADN y ARN.

• Monómero: nucleótido (azúcar + fosfato + base nitrogenada).

• Funciones:

  
  

  • Almacenan la información genética (ADN).

  • Expresan esa información (ARN mensajero, ribosomal, de transferencia…).

  
  

• Son los reguladores de reguladores: sin su “receta”, no hay proteínas, ni enzimas, ni metabolismo organizado.

5.5. Vitaminas

• Hidrosolubles (grupo B, C) y liposolubles (A, D, E, K).

• Actúan en muy bajas concentraciones como cofactores o reguladores en reacciones metabólicas.

• Su déficit detiene rutas clave y provoca síntomas sistémicos.

6. ¿Por qué “subir de nivel” importa tanto?

Volvemos a la idea central de esta serie: propiedades emergentes.

• Átomo → molécula: surgen enlaces, geometrías, polaridades y funciones que no existían en el átomo aislado.

• Molécula → célula: aparece la vida organizada: membranas, metabolismo, replicación.

• Y así, sucesivamente: tejidos que contraen (músculo), órganos que bombean (corazón), sistemas que integran (nervioso, endocrino).

Entender los niveles subcelulares ayuda a explicar después por qué una membrana es fluida, por qué una enzima acelera una reacción o por qué el calcio desencadena una contracción.

7. Ideas fuerza para el aula (y para estudiar mejor)

• Los bioelementos se clasifican por abundancia, pero incluso los oligoelementos pueden ser imprescindibles.

• Las moléculas inorgánicas (agua, sales) son vitales aunque no sean exclusivas de los seres vivos.

• Monómeros ↔ polímeros: pensar en “piezas y cadenas” simplifica el estudio de carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos.

• Las proteínas-enzima son el gran regulador del metabolismo, pero obedecen al guion del ADN/ARN.

• Propiedades emergentes: memoriza ejemplos concretos (agua como solvente, fosfolípidos formando bicapas) para fijar el concepto.

8. Preguntas de repaso rápido

1. Define bioelemento y pon tres ejemplos macro y tres micro.

2. Explica por qué el agua es fundamental para el metabolismo.

3. ¿Qué diferencia hay entre monómero y polímero? Da un ejemplo de cada familia de biomoléculas.

4. Nombra dos funciones de los lípidos que no sean energéticas.

5. ¿Por qué decimos que los ácidos nucleicos “rigen” el resto de biomoléculas?

9. Cierre y lo que viene

Has visto que el cuerpo no “empieza” en la célula: por debajo hay una base atómica y molecular sin la que nada funciona. En la Parte 2 entraremos ya en el nivel celular: membranas, orgánulos, metabolismo y comunicación. Después, avanzaremos a tejidos, órganos y sistemas.

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Glosario rápido

• Bioelementos: elementos químicos presentes habitualmente en los seres vivos.

• Biomoléculas: moléculas características de la materia viva.

• Monómero/Polímero: unidad repetible/cadena de unidades.

• Cofactor: compuesto necesario para la actividad de una enzima.

• Propiedad emergente: característica nueva que aparece al combinar elementos de un nivel inferior.