¿La Vida? ¡El misterio continúa!

Estructura de molécula de ciclosporina A en forma de corona, izquierda de la imagen (representación de bolas y varillas) y unida a su diana por la que ejerce su función farmacológica (representada como modelo de esferas). Se une a la ciclofilina (en blanco) y esta a su vez a la Calcineurina. Esta última es la encargada de permitir la respuesta inmune de los linfocitos por lo que ésta queda bloqueada.

Siempre hemos querido saber sobre el origen de la vida y los secretos que la rodean y cómo apareció en nuestro mundo

Pasteur creía que, descubriendo simplemente el moco cómo introdujo  la Naturaleza esta asimetría en los compuestos or´ganicos, estaría cerca del secreto de la propia vida. Le parecía posible la existencia de algún tipo de asimetría en las proximidades de la Tierra que ejercía fuerzas asimétricas que debieron actuar sobre las primeras unidades vivas y les dieron un sesgo de lateralidad.

“la vida,  tal como se nos manifiesta, es una función de la asimetría del Universo y de las consecuencias de este hecho. […] Puedo incluso imaginar que todas las especies vivas son, primordialmente, tanto en su estructura como en su aspectoexterno, funciones de la asimetría cósmica.”

Pateur creía que el magnetismo proporcionaba un ejemplo evidente de la asimetría del Universo. Si colocas una aguja magnética encima de un alambre por el que fluye una corriente eléctrica directamente hacia tí, la aguja se colocará en posición perpendicular al alambre. En vez de dirigir su polo norte indistintamente a la derecha o a la izquierda, la aguja señalará siempre la izquierda. Esto sólo parece un fenómeno asimétrico, pero en los tiempos de Pasteur se tenía un conocimiento muy escaso del magnetismo, y todos los científicos de la época creían que poseía una asimetría fundamental, en contraste con las fuerzas simétricas, como la gravedad y la inercia.

Sobre la base de estas creencias Pasteur diseñó diversos experimentos fantásticos. Por ejemplo, colocó cristales entre los dos polos de potentes imanes, esperando que esto produciría una mayoría de cristales con una determinada lateralidad. Quedó desanimado por el completo fracaso de su intento de crear asimetría, ya sea en cristales, ya en compuestos, mediante la aplicación del magnetismo. También pensó que el paso del Sol a tavés del cielo de este a oeste debería ejercer una influencia asimétrica sobre las sustancias. Sobre ello hizo también experimentos con resultados desalentadores. A veces, queremos convertirnos en Naturaleza y conseguir, lo que sólo ésta puede.

¿Como surge la materia compleja?. La materia tiene una clara tendencia hacia la evolución de expresiones complejas. Desde su origen, en una posible explosión cosmogónica, la materia formó los componentes elementales de su existencia que conocemos como átomos. En un proceso que ha durado millones de años, la materia ha formado desde átomos y moléculas, hasta seres vivos (tanto en la Tierra como posiblemente en otros confines del Universo), algunos de estos seres son inteligentes y viven en comunidades, en sociedades y en otras formas de organización social más compleja (naciones, supra-naciones, etcétera). En un cierto momento, en esta cadena evolutiva de la materia, la naturaleza se las ha ingeniado para crear una de sus expresiones más complejas: la materia viva.

Estudiar la conexión Sol-Tierra nos podría dar una buena pista, basándonos antes, en la Evolución de estrellas que durante miles de millones de años, hicieron posible la existencia de materiales complejos que formaron nuestra estrella de II generación y también, nuestro planeta que está hecho de materiales químico-biológicos que, en presencia de agua y de energías naturales, llegaron a reaccionar para formar el protoplasma vivo.

¿Que es la materia viva o que es la vida? Esta pregunta es tan difícil de responder como lo es en sí la complejidad del sujeto que trata de definir. Muchos pensadores han dedicado una buena parte de su energía intelectual a la búsqueda de una definición precisa. Desde los antiguos griegos hasta el mismísimo Edwin Schrödinger, uno de los padres de la mecánica cuántica. Antes de discutir posibles definiciones de vida, discutiremos algunos aspectos del origen de la materia en si. Lo cierto es que, todavía hoy en día, nadie sabe como la primera molécula semiviva, o las primeras moléculas semivivas, adquirieron su quiralidad particular.

             Los aminoácidos se agrupan en la figura según las propiedades de sus cadenas

Cuando calentamos una olla con agua sobre una estufa y una vez que se encuentra caliente, agregamos las lentejas (¡claro que queremos hacer una sopa!), podemos ver que estas pequeñas semillas se mueven de arriba hacia abajo, arrastradas por un movimiento oscilatorio conocido como convección. Antes de encender la estufa y de aplicar calor, tal movimiento no existía. Este movimiento, que es un nuevo orden espacial, surge debido a que el sistema (el agua) ha recibido energía y se encuentra en desequilibrio termodinámico. Este nuevo orden es emergente y surge tras lo que llamamos un “rompimiento de simetría”. Este ejemplo simple ilustra tajantemente la capacidad creativa de la naturaleza: nuevas estructuras emergen debido al desequilibrio termodinámico del universo en expansión y esta característica es el motor fundamental que da origen a las múltiples expresiones de la materia que vemos a nuestro alrededor, incluyendo una de sus manifestaciones más complejas: la materia viva.

En lugares como este de arriba, se producen cambios y transiciones de fase que desembocan, con el tiempo, en el surgir de la vida. Aquí, en estas Nebulosas, se han encontrado moléculas de muchas clases y, últimamente, algunas suelen ser las necesarias para el surgir de la vida.

Es un hecho concreto e innegable que los seres vivos también son sistemas dinámicos. Su forma y su estructura sólo forman parte de la expresión externa y aparente de un equilibrio, muy competente, formado por procesos que se dan en el ser vivo en sucesión permanente a lo largo de toda su vida. Sin embargo, el carácter de estos procesos es totalmente diferente a los que ocurre en los sistemas dinámicos de la naturaleza orgánica.

Las moléculas de agua llegan al chorro, ya como moléculas de agua, y lo atraviesan sin que se produzca ningún cambio. Pues el organismo toma del medio ambiente sustancias ajenas y desconocidas para él, pero a continuación, mediante procesos químicos muy complejos, son convertidos en sustancias del propio organismo, muy parecidas a los materiales que forman su cuerpo.

Precisamente esto es lo que hace posible las condiciones que mantienen constantemente la composición y estructura del organismo, ignorando este proceso continuo e ininterrumpido de desasimilación que se da en todos los organismos vivos.

Así pues, desde una perspectiva puramente química, el recambio de sustancias, también llamado metabolismo, es un conjunto enorme de reacciones más o menos sencillas, de oxidación, reducción, hidrólisis, condensación, etcétera. Lo que lo hace diferente del protoplasma, es que en el metabolismo, estas reacciones se encuentran organizadas en el tiempo de de cierto modo, las cuales se combinan para poder crear un sistema integral. Dichas reacciones no surgen por casualidad, y de forma caótica, sino que se dan en estricta sucesión, y en un orden armónico concreto.

Ese orden será la base de todos los fenómenos vitales conocidos. En la fermentación alcohólica, por ejemplo, el azúcar proveniente del líquido, que es fermentable, penetra en la célula de la levadura, sufriendo determinados trastornos químicos. O sea, primero se le incorpora el ácido fosfórico y luego se divide en dos partes.

Una de las cuales experimentará un proceso de reducción, mientras que la otra se oxidará, quedando convertida, finalmente, en ácido pirúvico, que más tarde se descompondrá en anhídrido carbónico y acetaldehído. Este último se reducirá, quedando transformado después en alcohol etílico. Como resultado, podemos observar que el azúcar queda convertido en alcohol y anhídrido carbónico.

La fosforilación oxitativa es la culminación del metabolismo productor de energía en organismos aeróbicos. Muchas veces hemos hablado aquí de la complejidad de nuestro cerebro y dejamos de lado otras parcelas de nuestro cuerpo que son altamente  importantes para que todo el conjunto pueda funcionar y, en todos esos procesos -el corazón incluido-, están presentes las mitocondrias.

Todo esto parece un inmenso laberinto que nos lleva, desde el protoplasma vivo de donde surgió aquella primera célula replicante, hasta que, pasados algunos miles de millones de años, pudieron existir seres que, como ahora hago yo mismo, pudieran hablar de estas complejas cuestiones que, tratan -sin conseguirlo del todo- de desentrañar un misterio que, sin duda alguna, es el más grande que el Universo nos pueda mostrar.

La notable facultad que posee el protoplasma de hacer cosas nuevas de otras viejas

El protoplasma para mantener su forma debe renovar sus moléculas de materia. El recambio de sustancias es lo que se conoce globalmente como metabolismo. Corresponde a reacciones sencillas de oxidación, reducción, hidrólisis, condensación, etc. Estas reacciones se van modificando y perfeccionando, en los casos más optimistas, hasta llegar a diferenciarse procesos idénticos en alguna o algunas reacciones, A. Baj. Palladin estudiaron la respiración, con todas sus reacciones y catalizadas por su fermento específico. S. Kostichev, A. Liebedev estudiaron la química de la fermentación.

Michurin estudió la relación del organismo y el medio. Los fermentos de las estructuras protoplasmáticas determinaban sus reacciones por la velocidad y la dirección, estableciendo una relación con el medio. Se establecía un círculo de fenómenos relacionados y ordenados regularmente. Se producían asimilaciones y desasimilaciones de sustancias orgánicas con el fin de autoconservación y autorenovación del protoplasma.

En la base de la organización de todo individuo está la célula, y en la célula el protoplasma, en cuya compleja estructura morfológica y química reside el principio de todas las funciones vitales. Inicialmente la organización morfológica de la célula sólo se conocía a través de los medios ópticos. Dentro de los límites de su poder resolutivo; con la introducción del microscopio electrónico amplió notablemente los conocimientos sobre la estructura celular, al conseguirse aumentos hasta 200 veces superior a los obtenidos por los medios ópticos.

Muchas son las veces que aquí, en este lugar dedicado a distintas disciplinas de la Ciencia, hemos hablado de la Vida. Sin embargo, nunca nos hemos parado a explicar la cuestión del proceso del origen de la vida, conociendo antes, aunque sea de manera sencilla y sin profundidad, aquellos principios básicos de la estructura del protoplasma, ese sustrato material que será la base de todos los seres vivos, sin excepción.

Es bien conocido que la masa básica del protoplasma es líquida; nos hallamos ante un coacervado complejo, constituido por una gran cantidad de sustancias orgánicas de un peso molecular considerable, entre estas destacan las proteínas y los lipoides. Por esta razón, se encuentran flotando a su libre albedrío en esa sustancia coacervática fundamental, partículas filamentosas coloides, quizás enormes moléculas proteínicas sueltas, y muy probablemente, auténticos enjambres de esas moléculas. El tamaño de las partículas es tan diminuto que no se distinguen ni a través de los microscopios actuales más sofisticados. Pero encontramos otros elementos visibles en el interior del protoplasma. Cuando las moléculas proteínicas y de otras sustancias se unen formando conglomerados, destacan en la masa protoplasmática en forma de pequeñas gotas, captadas a través del microscopio, o en forma de coágulos, con una determina estructura denominados elementos morfológicos. El núcleo, las plastídulas, las mitocondrias, etcétera.

Estos elementos protoplasmáticos, observables a través del microscopio, son, esencialmente, una manifestación aparente y externa de determinadas relaciones de solubilidad, enormemente complejas, de las distintas sustancias que conforman el protoplasma y que se ha podido comprobar que tiene, un papel determinante, en el curso del proceso de la vida, que no se puede comparar de ningún modo con el papel que desempeña una máquina en su trabajo específico. Esto queda totalmente justificado por la sencilla razón de que una máquina y el protoplasma son dos sistemas distintos y contrarios.

Sin duda, lo que caracteriza la función de una máquina es el desplazamiento mecánico de sus diferentes partes en el espacio. Por esa razón hay que insistir que el elemento más importante de la estructura de una máquina es, precisamente, la colocación de sus piezas; mientras que el proceso vital tiene un carácter totalmente distinto. Se manifiesta esencialmente con el recambio de sustancias, o sea, con la interacción química de las diferentes partes que conforman el protoplasma. Por esto deducimos que el elemento primordial en toda la estructuración del protoplasma es el orden concreto que siguen los procesos químicos en el tiempo, la forma tan armónica en que se combinan, siempre con tendencia a conservar en su conjunto el sistema vital.

La célula se define como la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propios de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos.

         Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego núcleo verdadero,  mientras que procariótico significa antes del núcleo.

Citoplasma y citosol

El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante. La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula. Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa.

 El citoplasma de las células eucariotas se encuentra atravesado por un conjunto de tubos, vesículas y cisternas, que presentan la estructura básica de la membrana citoplásmica. Entre esos elementos existen frecuentemente intercomunicaciones, y adoptan la forma de una especie de red, entre cuyas mayas se encuentra el citoplasma. Este sistema membranoso es llamado en la actualidad sistema vacuolar citoplásmico, integrándose en él la membrana nuclear, el retículo endoplásmico y el complejo de Golgi. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.

Es tan amplio el tema que estamos tratando que, de un tema me paso a otro y, podemos perder la visión de lo que queríamos expresar, así que finalizaré con las mitocondrias y su función principal.

 La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia. Los nutrientes se escinden en el citoplasma celular para formar ácido pirúvico que penetra en la mitocondria. En una serie de reacciones, parte de las cuales siguen el llamado ciclo de Krebs o del ácido cítrico, el ácido pirúvico reacciona con agua para producir dióxido de carbono y diez átomos de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno se transportan hasta las crestas de la membrana interior a lo largo de una cadena de moléculas especiales llamadas coenzimas. Una vez allí, las coenzimas donan los hidrógenos a una serie de proteínas enlazadas a la membrana que forman lo que se llama una cadena de transporte de electrones.

La cadena de transporte de electrones separa los electrones y los protones de cada uno de los diez átomos de hidrógeno. Los diez electrones se envían a lo largo de la cadena y acaban por combinarse con oxígeno y los protones para formar agua.

La energía se libera a medida que los electrones pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y se almacena en compuestos de la cadena de transporte de electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas interna y externa. Los protones sólo pueden volver a la matriz por una vía compleja de proteínas integradas en la membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana permite a los protones volver a la matriz sólo si se añade un grupo fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en un proceso llamado fosforilación.

El ATP se libera en el citoplasma de la célula, que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones que necesitan energía. Se convierte en ADP, que la célula devuelve a la mitocondria para volver a fosforilarlo.

¡Mitocondrías! Parte de nuestro sistema interno. Sin ellas, no podríamos vivir y, hace ya mucho tiempo que, humanos y mitocondrías hicieron un contrato para formar, esa simbiosis que nos une desde tiempos ancestrales.

¡Demasiado complejo! Nada menos que pretender saber, lo que la vida es…

emilio silvera