Un átomo vital: el Carbono

El carbono es el elemento de símbolo C y número atómico Z=6. Esto significa que un átomo de carbono tiene 6 protones en su núcleo y, para neutralizar dicha carga, 6 electrones en su capa electrónica, con una estructura 1s²2s²2p²

Los elementos de la Vida

La Vida en la Tierra está constituida sólo por un grupo reducido de elementos, entre los cuales podemos nombrar al Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, y sobre todo, Carbono. El carbono es un elemento que muestra una gran facilidad para enlazarse con múltiples átomos, o consigo mismo; actúa como la goma que une las piezas de la vida. Pero, ¿a qué se debe esta versatilidad del Carbono?

“El carbono posee 6 protones y 6 neutrones en su núcleo. Su número atómico es 6 y su masa atómica es 12. Esto significa que tiene en su núcleo 6 protones y 6 neutrones en su configuración estable, y que el núcleo está rodeado por 6 electrones.”

 

¿Cómo es posible que en los átomos, los electrones orbiten alrededor del núcleo si, según la función de onda de Schrödinger, dichos electrones están en varios sitios a la vez?

Podemos decir, de manera muy simple e incorrecta, que los electrones en un átomo, orbitan alrededor de un núcleo en forma de capas concéntricas; en cualquier átomo, cada capa puede contener cierto número de electrones. La primera acomoda sólo 2 electrones, la siguiente 8. Sin embargo el átomo de carbono posee sólo 6 electrones, 2 en la capa interna y 4 en la siguiente. Los átomos de Carbono tienden a llenar estos “agujeros” con electrones de otros átomos de las inmediaciones creando enlaces sencillos distintos, o bien pueden llenarlos con 2 o 3 electores de un mismo átomo formando un enlace doble o triple.

Teoría del enlace-valencia y Hibridación

Los electrones de número cuántico principal 2, reorganizan sus energías formando cuatro orbitales nuevos equipotentes en su energía, se les llama “orbitales híbridos” que se distribuyen en los vértices de un tetraedro regular.

                                                                                Cuatro orbitales sp³.

                                                                        Configuración de los orbitales sp².

Un simple átomo de carbono puede de esta forma mantener unida una molécula de formaldehído, u una hilera de átomos entrelazadas por carbono puede servir de columna dorsal para una proteína .Sin embargo, los sistemas complejos, autorregulados, que viven, se reproducen y mueren, requieren moléculas mucho más sofisticadas los cuales sólo pueden ser producto de una larga evolución, la que a su vez, requiere de ciertas condiciones particulares. Estas moléculas complejas, creadas en el curso de millones de años, son los llamados polímeros orgánicos, cadenas gigantescas, anillos, retículos y glóbulos construidos a partir de unidades químicas conocidas como monómeros, de entre los cuales los aminoácidos son una variedad. Las proteínas son conjuntos enmarañados de cadenas de péptidos, los cuales consisten a su vez de cientos de aminoácidos ligados.

La unidad más pequeña de vida autosuficiente en la Tierra es la célula. La célula se compone esencialmente de 2 partes: el citoplasma, donde se encuentra la mayor parte de las sustancias alimenticias y un núcleo, donde existen dos ácidos que son fundamentales para la vida, el ADN y el ARN.

El ADN  se encuentra en el núcleo es el que contiene el código genético que dice qué proteínas debe construir y cómo se colocarán los aminoácidos para construirlas, El ARN está también en el citoplasma y actúa como el mensajero del código genético al citoplasma, donde están los aminoácidos que luego formarán las proteínas.

Cuando un compuesto de Carbono tiene un átomo de éste asimétrico, es decir que tiene sus cuatro valencias saturadas por radicales distintos, entre otras cosas podemos distinguir dos isómeros espaciales o estereoisómeros. Esto ocurre con los glúcidos y los aminoácidos, entre otros compuestos de la vida.

Fijémonos en el glúcido bio-orgánico más simple: el Gliceraldehido. Éste tiene un átomo de carbono asimétrico; se trata del carbono 2. Fijándonos en ese carbono podemos distinguir dos isómeros espaciales o estereoisómeros; el D-gliceraldehido, cuando el –OH está a la derecha, y el L-gliceraldehido, cuando el –OH está a la izquierda. Cada una de estas estructuras es una imagen especular de la otra, se las llama estructuras enantiomorfas.

Estas dos estructuras no pueden coincidir al hacerlas girar en el espacio; son estructuras diferentes

                                           Existiendo un electrón en cada uno de los orbitales.

Según esto, los cuatro átomos de hidrógeno del metano se dispondrían así:

                Tan diferentes que un enzima que catalice a una forma no lo hará con la enantiomorfa.

Parece que la Vida se decidió por Glúcidos de la forma D; sólo algunos casos excepcionales de formas L, encontramos en los seres vivos (por ejemplo la vitamina C, en nosotros mismos, que es de forma L). También parece que la Vida se decidió por las formas L de los aminoácidos.

Las probabilidades de formarse ambas es la misma. ¿Porqué la Vida escoge a una y no a otra?. Ello ha sido intensamente discutido y se han propuestos las hipótesis más especulativas (como la del plano de polarización de la luz de la Luna, las arcillas de los mares primigenios primaron a unas formas y no a otras, etc.).

Por tanto, aunque una Vida extraterrestre se basara en los mismos compuestos que nosotros, podría ocurrir que fuesen especulares nuestros ( y, así pues, estar tan distanciados de nosotros como si fueran de otra substancia).

Las macromoléculas. Ácidos Nucleicos y Proteínas.

La célula es capaz de alimentarse y reproducirse a partir de aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos. La aparición de estos compuestos orgánicos sobre la Tierra se puede estudiar si nos situamos en el medio ambiente primitivo de la Tierra. El universo está compuesto por casi el 90% de hidrógeno. Al principio la Tierra tenía una esfera muy rica en ciertos compuestos de hidrógeno como el vapor de agua, amoníaco, metano, sulfuro de hidrógeno, cianuro  de hidrógeno, etc…; y también había un océano de agua líquida con gases atmosféricos disueltos en ella. Los elementos de la atmósfera y de la corteza terrestre reaccionaron entre sí formando moléculas mas complicadas, por ejemplo los aminoácidos. Con esta finalidad eran preciso una fuente de energía. En este entonces, la atmósfera carecía de oxigeno libre, imposibilitándose de formar el tan conocido ozono que impide el paso de los rayos ultravioleta del sol, tan dañinos para el hombre, pero tan favorable para la formación de las primeros moléculas vitales de la Tierra.

En este momentos los aminoácidos libre comenzaron a unirse formando proteínas. Estas a su vez, capaces de aprovechar el oxígeno deben haber elaborado el oxígeno que hoy en día tiene nuestra atmósfera. Luego este oxígeno se pudo agrupar formando el ozono el cual impidió el flujo de radiación ultravioleta, deteniendo la posibilidad de seguí creando organismos. En adelante, los nuevos organismo serían los herederos de esos primeros creados por la radiación solar. En un famoso experimento los investigadores americanos Miller y Urey aplicaron, descargas eléctricas en un recipiente conteniendo una mezcla de hidrógeno, metano, nitrógeno y amoníaco. Al final se comprobó que se habían formado distintas sustancias y combinaciones orgánicas. Se había generado, los bloques constituyentes de una proteína. Se considera que eran capaces de alimentarse y reproducirse. Más adelante fueron formando colonias. Las células se hicieron más interdependientes, dando lugar a los seres pluricelulares que poco a poco evolucionaron y se perfeccionaron. El resto es bastante conocido.

Otras “vidas”

Si nosotros tenemos Ordenadores personalizados que atienden a nuestras instrucciones y se ocupan de necesidades cotidianas en la casa, en la oficina, en la fábrica y, que son capaces de realizar planteamientos matemáticos en minutos que, los seres vivos que los inventaron, tardarían meses en finalizar. Si, de la misma manera, hemos mandado Jet robotizados a Marte y lunas para “ver” y que nos cuenten…¿Qué podría impedir que criaturas inteligentes de otros mundos, nos tuvieran puesta vigilancias y, al ver como somos, se estén pensando visitarnos.

       En cualquier parte del Universo pudiera estar presente esas otras posibles formas de vida

Es concebible la existencia de vida en otros sistemas solares, a modo de estructuras complejas autorreproductoras, aunque no tengan por qué ser ácidos nucleicos, ni siquiera compuestos derivados del carbono. Los métodos experimentales que se utilizan para descubrir vida en otros planetas se basan en el supuesto de la bioquímica del carbono; se hace difícil, por tanto, el reconocimiento de otras posibles formas de vida alienígenas.

Se ha sugerido que el átomo de Silicio (inmediatamente debajo del Carbono en el Sistema Periódico, lo cual indica una composición electrónica similar en su última capa) puede funcionar de manera semejante al Carbono; pero su radio atómico es excesivo para formar con éxito cadenas grandes o muy grandes y complejas de Silicio-Silicio. Pero… ¿Quién sabe?.

¡La Vida! la Complejidad del Universo… ¡Lo único le da sentido! ¿Qué sentido tendría un universo sin vida?

Emilio Silvera V.

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