Composición química de los seres vivos

Todas las moléculas orgánicas como los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Además, las proteínas contienen nitrógeno y azufre, y los nucleótidos, así como algunos lípidos, contienen nitrógeno y fósforo. El agua, una molécula inorgánica, contiene hidrógeno y oxígeno.
En la Tierra existen unos 92 elementos. Los elementos son sustancias que no pueden ser desintegradas en otras sustancias por medios químicos ordinarios. Un elemento está constituido por átomos. Desde hace largo tiempo, los científicos tratan de entender cómo es un átomo. Se han propuesto diversos modelos que intentan representar la estructura del átomo. Los átomos de cada elemento diferente tienen en sus núcleos un número característico de partículas cargadas positivamente, llamadas protones.
Las moléculas pueden ser orgánicas –aquellas que contienen carbono– o inorgánicas, como el H2O o el O2.Una sola célula bacteriana contiene aproximadamente cinco mil clases diferentes de moléculas y una célula vegetal o animal tiene alrededor del doble. Estas miles de moléculas, sin embargo, están compuestas de relativamente pocos elementos (CHNOPS). De modo similar, relativamente pocos tipos de moléculas desempeñan los principales papeles en los sistemas vivos. En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad. Estos cuatro tipos son los carbohidratos (compuestos de azúcares), lípidos (moléculas no polares, muchas de las cuales contienen ácidos grasos), proteínas (compuestas de aminoácidos) y nucleótidos (moléculas complejas que desempeñan papeles centrales en los intercambios energéticos y que también pueden combinarse para formar moléculas muy grandes, conocidas como ácidos nucleicos). Se ha dicho que sólo se necesita ser capaz de reconocer unas 30 moléculas para tener un conocimiento que permita trabajar con la bioquímica de las células. Dos de esas moléculas son los azúcares glucosa y ribosa; otra, un lípido; otras veinte, los aminoácidos biológicamente importantes; y cinco las bases nitrogenadas, moléculas que contienen nitrógeno y son constituyentes claves de los nucleótidos.
Las macromoléculas son moléculas constituidas por varias moléculas que pueden ser similares entre sí o no. Los polisacáridos, por ejemplo, están constituidos por monosacáridos unidos en cadenas largas. Algunos de ellos son formas de almacenamiento del azúcar, mientras que otros, como la celulosa, son un material estructural importante de las plantas. Los lípidos son moléculas orgánicas hidrófobas que, al igual que los carbohidratos, desempeñan papeles importantes en el almacenamiento de energía y como componentes estructurales. Los compuestos de este grupo incluyen las grasas y los aceites, los fosfolípidos, los glucolípidos, las ceras y el colesterol y otros esteroides. Las grasas son los principales lípidos almacenadores de energía. Los fosfolípidos son los principales componentes estructurales de las membranas celulares. Las proteínas son moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas como cadenas polipeptídicas. En las proteínas, los aminoácidos se organizan en polipéptidos y las cadenas polipeptídicas se ordenan en un nuevo nivel de organización: la estructura terciaria o cuaternaria de la molécula de proteína completa. Solamente en este nivel de organización emergen las propiedades complejas de las proteínas y sólo entonces la molécula puede asumir su función.
Los nucleótidos son moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Son los bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (DNA) y ribonucleico (RNA), que transmiten y traducen la información genética.
Los complejos macromoleculares forman, dentro de las células, estructuras complejas, como las membranas y las organelas en las células eucariontes.Las técnicas microscópicas modernas han confirmado que las células eucariontes contienen, en verdad, una multitud de estructuras. No son, por supuesto, órganos como los que se encuentran en los organismos multicelulares, pero en cierta forma son comparables: están especializados en forma y función de manera que son capaces de desempeñar actividades particulares requeridas por la fisiología celular. Así como los órganos de los animales multicelulares trabajan juntos en sistemas de órganos, las organelas de las células están comprometidas en varias funciones cooperativas e interdependientes. Si bien los procariontes no tienen organelas rodeadas por membranas, tienen estructuras macromoleculares complejas que constituyen la membrana celular, los ribosomas y otras estructuras. Los virus son complejos macromoleculares. No es posible ubicar a los virus en alguno de los grupos de organismos vivos, ya que sólo están formados por una región central de ácido nucleico, DNA o RNA, rodeado por una cubierta proteica o cápside y, en algunos casos, por una envoltura lipoproteica. Además, se reproducen solamente dentro de las células vivas, utilizando las enzimas y los procesos biosintéticos de sus hospedadores. Sin esta maquinaria, serían tan inertes como cualquier otra macromolécula, o sea, sin vida según la mayoría de los criterios.