¿Qué es la vida?

Así, con esa pregunta que no podemos contestar (solo emitir conjeturas), finaliza también la segunda parte de este trabajo

Moléculas esenciales para la vida en las Nebulosas

¿Cómo podríamos ensamblar una explicación científica de la génesis de la vida? A simple vista nos puede parecer una tarea sin esperanzas. No creo que buscar fósiles en las rocas más antiguas sea suficiente y nos ofrezca todas las claves necesarias. La mayoría de las delicadas moléculas prebióticas que dieron lugar a la vida habrán sido erradicadas por el inexorable paso del tiempo y la destructora entropía que todo en polvo lo convierte. Es posible, que podamos esperar el hallazgo de algún residuo químico ya degradado de aquellos organismos ancestrales a partir de los cuales evolucionó la vida celular que conocemos.

Claro que, aparte de los fósiles que podamos encontrar en las rocas, existe otra línea de evidencia que, de la misma manera, se remonta al pasado lejano y oscuro, pero que existe aquí y ahora, dentro de las formas de la vida presente. Los biólogos están convencidos de que ciertas reliquias de organismos antiguos siguen viviendo en las estructuras y procesos bioquímicos de sus descendientes, incluyéndonos a nosotros, los seres humanos.

Estudiando cómo funciona la célula moderna podemos tener una visión de los remanentes de la vida ancestral en acción –una molécula peculiar aquí, una reacción química singular allí, de la misma forma que unas monedas fuera de lugar, unas herramientas rústicas del pasado lejano o, cómo los montículos sospechosos que alertan al experimentado arqueólogo. Así, entre los intrincados procesos que tienen lugar dentro de los organismos modernos, sobreviven trazas de vida primordial que establecen un puente con nuestro pasado lejano. Analizando estas oscuras trazas, los científicos han comenzado a reconstruir los caminos físicos y biológicos que pueden haber llevado a la existencia de la primera célula viva.

De todas las maneras, incluso con tales claves bioquímicas, la tarea de reconstrucción seguiría siendo básicamente una conjetura si no fuera por el relativamente reciente descubrimiento de ciertos “fósiles vivientes”: microbios que habitan en ambientes extraños y extremos.

Estos denominados super-microbios, han sido y continúan  siendo intensamente investigados y según parece, van revolucionar la microbiología. Pudiera ser que estemos atisbando en estos microbios  poco convencionales algo próximo a los primitivos organismos que generaron toda la vida en la Tierra. Claves adicionales pudieran venir de la búsqueda de la vida en Marte y otros planetas, y del estudio de cometas y meteoritos. Reconstruyendo todas estas líneas de evidencia, quizá seamos capaces de deducir, al menos en líneas generales, de qué manera emergió la primera vida en el universo.

Muestras de diversos tipos de microorganismos extremófilos

Claro que, convendría saber, antes de abordar el problema de su origen, lo que la vida es. Hace menos de un siglo que muchos científicos estaban convencidos de que ese problema estaba a punto de ser resuelto. Los avances en la estructura de la materia a nivel atómico, y los avances en el saber de los componentes moleculares de la célula, elevó de manera excesiva la ilusión de los expertos que, con el paso del tiempo, no se plasmó en realidad, y, la vida, sigue siendo un gran misterio sin resolver.

Cuando vemos todos los parámetros que han tenido que concluir para que la vida esté presente… Nos da la sensación de que, el Universo, ¡Sabía que la vida tenía que venir! ¿Si no cómo sería contempladas tantas maravillas?

Los caminos recorridos por la Naturaleza para llegar hasta la Vida… No siempre han sido comprendido y, no pocos de esos pasos necesarios hasta llegar a nosotros, los seres inteligentes del planeta, quedan ocultos por las brumas del Tiempo

Una cosa está clara para mí, es posible que la materia, en sus distintas fases y por separado, nos pueda parecer que es algo inerte, pasivo, y hasta “torpe” que sólo suele responder cuando es requerida por fuerzas externas y, sin embargo, en ciertas circunstancias especiales, la materia parece tener una especie de “chispa interior” un algo que, a veces, se nos asemeja a una especie de “vida propia”. Todos conocemos de las transformaciones que, en ciertas condiciones y lugares, pueden producirse en la materia “inerte” que se transmuta en otra cosa muy distinta de lo que en principio era y, dicho cambio, si no es una especie de “extraña vida” ¿qué es lo que es?

Claro que, de ahí hasta lo que conocemos por ¡Vida!, el trecho es grande y en eso andamos. Buscamos incansables una explicación satisfactoria que nos diga lo que la vida es pero, el enigma continúa y los conocimientos se limitan a niveles locales de cuestiones muy concretas que, de ninguna manera, explican lo que queremos saber.

Sí, la vida es un gran misterio, y, me da la sensación de que, como el Universo es igual en todas partes… ¡Existen muchos mundos que la contienen! Pensar que en tan inmenso universo solo estamos nosotros y las especies que nos acompañan… ¿Es una barbaridad!

La ciencia continúa en su intento de dar respuesta a los misterios de los orígenes de la vida sobre la Tierra. Esta vez, un grupo de químicos cree haber dado con nuevas pistas sobre la aparición de las primeras moléculas como almacenes de información genética. Sus hallazgos aparecen publicados en la revista británica Nature.

La sensación que se percibe al profundizar en todo este complejo problema es el de que, todo ha surgido a partir del Caos, inmerso en una gran complejidad de factores que no siempre hemos podido comprender. Otra paradoja adicional de la vida concierne a la extraña conjunción de permanencia y cambio (¿o, es adaptación?). A este antiguo rompecabezas se suelen referir los filósofos como el problema del ser frente al devenir. El trabajo de los genes consiste en replicarse, en conservar el mensaje genético. Pero sin variación, la adaptación sería imposible y los genes finalmente se agotarán: adaptarse o morir es el imperativo que nos impone la Naturaleza.

Pero, ¿Cómo coexisten conservación y cambio en el sistema? Esta contradicción yace en el corazón de la biología. La vida florece en la Tierra debido a una serie de tensiones creativas que existen y son creadas por la propia Naturaleza y que, finalmente, se acoplan y compensan para que todo transcurra en armonía dentro de una rica variedad de cuyas reglas del juego, en realidad, no tenemos ni idea.

Muchos son los puntos en los que nos podríamos fijar para tratar de indagar lo que realmente pasó para que, en la Tierra, surgiera la vida.

 Imagen de satélite del Lago Acraman; Captura de pantalla de NASA World Wind

Por ejemplo, el lago Acraman (un gran lago seco, de forma aproximadamente circular y de unos treinta kilómetros de diámetro) situado en Australia del Sur, a doscientos kilómetros de Port Augusta, en el límite de la llanura de Nullarbaor, aunque nos pueda parecer como otro lago seco cualquiera, resulta que el Acraman no es un lecho lacustre ordinario.

Hace aproximadamente unos seiscientos millones de años, un meteoro gigante cayó del cielo y abrió un enorme agujero en lo que ahora es la península de Eyre. El agujero original media al menos noventa kilómetros de diámetro y varios de profundidad. El lago Acraman de hoy es todo lo que queda de aquella enorme cicatriz, un testigo mudo de un antiguo cataclismo de proporciones impresionantes. El daño físico causado por el impacto supera todo lo imaginable. ¡La caída de un pedrusco de cien mil millones de toneladas y varios kilómetros de diámetro!

Claro que, tal suceso, no fue un hecho aislado. Cada pocos millones de años un cometa o un gran asteroide golpea la Tierra y, cada vez hay más evidencia de que los impactos cósmicos han tenido una influencia capital en la evolución de la vida en el planeta al provocar extinciones en masa. Los impactos cósmicos no sólo han alterado el rumbo de la evolución, sino que también desempeñaron un papel crucial en el origen de la vida.

Este enorme crater irregular, de unos 3 kilómetros de diámetro es el Glosses Bluff, en Australia. Se calcula su edad en unos 140 millones de años. Ante acontecimientos como este, nos preguntamos: ¿Estamos seguros? ¡De ninguna manera¡ Y, sin embargo, sucesos como este pudo traer la vida a nuestro planeta.

Hasta hace poco tiempo, los científicos apelaban fundamentalmente a la química y a la geología en sus intentos de explicar la biogénesis. Se trataba a la Tierra como un sistema aislado. Pero en las últimas décadas se ha asumido que, la realidad, es que la Tierra es simplemente una parte de un todo y, siendo así (que lo es), hay que tener en cuenta la dimensión astronómica de la Vida. Para entender cómo empezó la vida, parece que tenemos que buscar respuestas en las estrellas.

Hasta Lucrecio, el poeta-filósofo romano, con algún poema, trató de convencernos de que no estamos solos en el Universo. Él argumentaba que si el Universo estaba hecho de átomos idénticos y sujeto a leyes universales de la Naturaleza, entonces los mismos procesos que dieron lugar a la vida en la Tierra deberían también dar lugar a la vida en otros mundos. El argumento se remonta al atomista griego Epicuro y es, muy convincente pero, de momento, no sabemos si es correcto.

Yo, hace tiempo que aposté por él, la vida debe estar presente ¡en tantos lugares!

Claro que todo esto, no responde a la pregunta:

¿Qué es la vida?

Emilio Silvera Vázquez

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Los astrónomos han confirmado mediante observaciones espectroscópicas que los átomos son realmente los mismos en cualquier lugar del Cosmos, Un átomo de Carbono en la galaxia Andrómeda es exactamente igual que un átomo de Carbono de la Galaxia Vía Láctea, son idénticos y también, idénticos, a los átomos de Carbono de la Tierra. Cinco elementos químicos desempeñan un papel estelar en la Biología terrestre:

Carbono

Oxígeno

Hidrógeno

Nitrógeno

Fósforo

Estos elementos están entre los más abundantes del Universo. Sin embargo, no siempre fue así. Hubo un tiempo, antes de que nacieran las primeras estrellas, que en el Universo todo era Hidrógeno y Helio, los materiales primordiales a partir de los cuales, pudieron surgir todos los demás en los hornos nucleares de las estrellas y en las explosiones supernovas.

  ¿La Vida? Sí es un delicado equilibrio que hace la Naturaleza para que pueda existir

Todas las leyes de la física nos muestran que la existencia y sostenimiento de la vida se asientan en equilibrios y medidas o cantidades específicas. La estructura general del universo, el lugar de la Tierra en el mismo, las características materiales de ésta –aire, luz, agua, etc.–, se basan en propiedades esenciales para nuestra supervivencia y, sobre todo eso… ¡El Carbono!

El carbono ayuda a regular la temperatura de la Tierra, hace posible la vida, es un ingrediente clave en los alimentos que nos sustentan y proporciona una fuente importante de energía para impulsar nuestra economía global. El ciclo del carbono es un viaje continuo desde la atmósfera al suelo terrestre y de vuelta

El Carbono es el elemento auténticamente vital. Merece un lugar de honor debido a una propiedad química única: los átomos de Carbono (como tantas veces expliqué aquí) pueden unirse para formar moléculas de cadena extendida, o polímeros, de variedad y complejidad ilimitadas. Las Proteínas y el ADN son dos ejemplos de dichas moléculas de cadena larga.

Hay que recordar que todas las especies que han vivido en la Tierra, sin excepción, están basadas en el Carbono

Si no fuera por el Carbono, la vida como la conocemos sería imposible. Probablemente sería imposible cualquier tipo de vida. Soy muy remiso (aunque no descarto nada), a que existan formas de vida que no estén basadas en el Carbono. De hecho, todos los seres vivos que conocemos que existen en la Tierra están, como nosotros, basados en el Carbono.

Concretan la primera detección de carbono en el Universo primitivo

Hasta el momento, los científicos pensaban que era imposible detectar este elemento en las estrellas más antiguas

Cuando el Universo “empezó” con el “Big Bang”, el Carbono estaba completamente ausente. El intenso calor del nacimiento cósmico impedía cualquier núcleo atómico compuesto. En lugar de ello, el material cósmico consistía en una sopa de partículas elementales tales como protones y neutrones que pudieron conformar los núcleos de átomos de hidrógeno. Sin embargo, a medida que el universo se expandía y enfriaba durante los primeros minutos, las reacciones nucleares transmutaron parte del hidrógeno en helio.

El proceso triple alfa es el proceso por el cual tres núcleos de helio (partículas alfa) se transforman en un núcleo de carbono. Esta reacción nuclear de fusión solo ocurre a velocidades apreciables a temperaturas por encima de 100 000 000 kelvin y en núcleos estelares con una gran abundancia de helio

Muchos millones de años más tarde, en las estrellas, por algo que se llama “proceso triple Alfa”, surgió el Carbono en el Universo. No siendo el tema aquí el de explicar como se llega en las estrellas  hasta el Carbono a partir del helio, seguiremos hablando de la química cósmica.

La Química es algo más que unos tubos de ensayo, y, está presente de manera natural por todo el espacio interestelar. Allá por los 70 me llamó poderosamente la atención el descubrimiento de moléculas de amoníaco y de agua en el espacio exterior. ¿Cómo llegaron a llí? Bueno, todos conocemos esas inmensas nubes estelares que llamamos Nebulosas y, en ellas, se producen, a partir de materiales sencillos, esos cambios que tan poderosamente llaman nuestra atención.

El timo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y el helio, es el oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos grupos oxhidrilos (HO) y moléculas de agua (H₂O), que tiene una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren por el camino, de forma que poco a poco se van constituyendo pequenísimasm partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxhidrilo y las moléculas de agua pueden llegar a constitur una parte importante del polvo cósmico. Allá por el año 1965 se detectó por primera vez grupos oxhidrilo en el espacio y se comenzó a estudiar su distribución. desde entonces, se han encontrado allí, moléculas más, complejas que contienen átomos de carbono, de hidrógeno y de oxígeno. También átomos de calcio, sodio, potasio y hierro han sido detectados al observar la luz que dichos átomos absorben.

Alrededor de las nebulosas planetarias Tc-1 y M1-20, entre 600 y 2.500 años luz de la Tierra, un equipo de investigadores del Instituto e Astrofísica de Canarias(IAC) ha hallado por primera vez evidencias de fullerenos complejos, denominados «cebollas de carbono», las moléculas más complejas observadas hasta el momento en el espacio exterior. Un hallazgo que tiene importantes implicaciones a la hora de entender la física y química del Universo y del origen y composición de las bandas difusas interestelares (DIBs), uno de los fenómenos más enigmáticos de la astrofísica.

Algunas de las moléculas descubiertas en las Nebulosas son esenciales para la vida

Actualmente, la lista de las moléculas descubiertas en el espacio es larga y más de cien sustancias químicas la adornan, siendo muchas de esas moléculas interestelares orgánicas. La más abundante es el monóxido de carbono, pero también hay abundancia de acetileno, formaldehido y alcohol. También se han detectado moléculas orgánicas más complejas, tales como aminoácidos y HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Ahora está claro que no sólo abunda en todo el Universo elementos que favorecen la Vida, sino que también lo hacen muchas de las moléculas orgánicas realmente utilizadas por la vida. Con miles de millones de años disponibles para que la química cósmica pudiera generar dichas sustancias, ha habido tiempo más que suficiente para que estas se formen en las nubes moleculares gigantes de las que emergen las estrellas y los sistemas solares como el nuestro.

Nubes Moleculares Gigantes  en este caso (NGC 7822 en Cefeo). Colapsos gravitacionales, estrellas nuevas, vientos estelares, abundante radiación ultravioleta, todas esas fuentes de energías que dan lugar al nacimiento de estrellas nuevas, hacen también posible que, los materiales se mezclen y sufran mutaciones de simples a complejos y, a partir de ellos, nacen los nuevos sistemas planetarios y…¡la Vida!

Que en un principio, sin temor a equivocarnos podemos decir que la génesis de la vida ha sido posible a partir de lo que en el espacio pasó, ¿Qué duda nos puede caber? Incluso no se descarta que las semillas que trajeron la vida al planeta Tierra fueran transportadas por cometas que hicieron impacto en la Tierra regando de materiales biológicos el planeta que, miles de millones de años más tarde, evolucionaron y florecieron para surgir en sus formas diferentes.

           El cometa West, con sus colas de plasma y polvo

Los Cometas que a pesar de todo lo que sabemos de ellos, siguen siendo algo enigmáticos, incluso algunos que han sido minuciosamente observados durante siglos. Muchos son los que dicen que llevan la semilla de la Vida con ellos y, de vez en cuando, la siembran en algún planeta que, como la Tierra, recibe sus esporádicas visitas.

Mucho se podría hablar aquí de cómo llegaron a formarse los cometas a partir de aquella Nebulosa planetaria pero, no siendo el tema de hoy, lo dejaremos en lo que ya hemos explicado y que, de manera muy simple y general, os dará una idea de lo que en el Universo puede pasar y de cómo, todo se confabula para que la vida, sea posible.

En la parte primera hemos hablado de los super-microbios y de otras cuestiones que nos acercan al saber, al menos, de cómo hemos tratado de conocer el origen de la Vida en nuestro mundo, una pregunta que más o menos ha quedado contestada pero, a medias, toda vez que, contestar a la pregunta primera de… ¿Qué es la vida? no he podido, me faltan conocimientos para ello.

Para documentarme, he leído sobre el misterioso origen de la vida, he tratado de saber qué es la vida, he buceado en la historia de las moléculas antiguas, he dado un largo paseo por el Edén de los microbios y sus dominios, he tratado de estudiar lo que es el principio de generación biológica y química, a todo ello, he añadido meros conocimientos del hueco de entropía y la Gravedad como fuente de Orden, He querido saber sobre el árbol de la vida y me he querido enterar de qué hallaron los expertos en las rocas antiguas, qué fósiles había allí como huella de la vida del pasado, también procuré saber si era posible la generación expontánea y sobre “la sopa primordial”. Me interesé sobre el Azar en relación con el Origen de la Vida.

                              Los precursores de las primeras células procariotas

También sobre las células replicantes que nos trajeron la vida, el código genético de la reproducción, el ARN y el ADN. No me olvidé del polvo de Estrellas y de la Química cósmica para hacer posible una génesis a partir del espacio exterior y, en fin, muchos espacios y muchas razones más que me han llevado a conocer, lo que creemos que la vida es. Sin embargo, a pesar de todo eso, con algunos conocimientos más de los que tenía hace veinte o treinta años sobre el tema, sigo sin saber contestar la pregunta:

¿Qué es la Vida? ¿Quién puede contestar a eso?

Emilio Silvera Vázquez

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Contestar la pregunta que hacemos en el títulio del trabajo es imposible, no había aquí nadie que pudiera escribir aquella crónica de acontecimientos en la que se pudiera contar la “llegada” del Ser Humano a nuestro planeta que, sería a base de evolucionar durante millones de años partiendo de otras formas más simples. Sólo podemos buscar los indicios (si existen) de lo que pudo pasar para que ahora, estemos aquí.

Los avances que se están haciendo en este campo, apunta en la dirección de que, a partir de los procariotas, a base de mutaciones periódicas producidas a lo largo de miles de años, y, cuando a nuestro planeta, hace ahora 2.300 millones de años, llegó el oxígeno, los eucariotas (con mucha más complejidad), desarrollaron una serie de complejas estructuras que evolucionaron hacia lo que hoy se conoce como el reino animal (nosotros incluidos).

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                                               Lo que pasó siempre deja rastros que nos cuentan la historia

Bueno, en cierta manera sí. El Universo tiene y conserva (como ocurre en la Tierra), las reliquias de su pasado. A lo largo y a la ancho del Cosmos podemos encontrar muestras de objetos que nos cuentan lo que antes pasó en el Universo. Una supernova es el momento de la explosión de una estrella masiva, debido a que la presión para mantener todos los átomos nucleares es insostenible. “La simetría es la armonía de posición de las partes o puntos similares unos respecto de otros, y con referencia a un punto, línea o plano determinado. Una estrella tiene forma esférica, por lo tanto se espera que si la explosión es en todas las direcciones, su remanente también presente la misma apariencia simétrica. Sin embargo los remanentes de las supernovas no son simétricos. Una posible causa de asimetría en remanentes de supernovas consiste en la variación de masas de los elementos de la estrella.

 

La interacción débil, frecuentemente llamada fuerza débil o fuerza nuclear débil, es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. En el modelo estándar de la física de partículas, ésta se debe al intercambio de los bosones W y Z, que son muy masivos. El efecto más familiar es el decaimiento beta (de los neutrones en el núcleo atómico) y la radiactividad. La palabra “débil” deriva del hecho que un campo de fuerzas es de 10¹³ veces menor que la interacción nuclear fuerte; aun así esta interacción es más fuerte que la gravitación a cortas distancias (Astromia).

Hablemos ahora del fascinante “universo” de las Mitocondrias. Son pequeños animalucos que conviven con nosotros, las hemos heredado de nuestras madres, y, sin ellas que forman una simbiosis con nuestro organismo, no podríamos vivir.

 

Nuestros cuerpos contienen algunos miles de millones de unos bichitos llamados mitocondrias, que invadieron a los antepasados de nuestras células hace ahora alrededor de mil millones de años. Las mitocondrias están acostumbradas a vivir dentro de nosotros, y nosotros nos hemos acostumbrado de tal manera a tenerlas por todas partes, que ahora no podemos vivir separados. Ellas forman parte de nosotros y nosotros formamos parte de ellas. Producen casi toda nuestra energía y nosotros nos encargamos de alimentarlas y cobijarlas.

En otros trabajos lo hemos comentado aquí ampliamente, nuestras mitocondrias tienen su propio ADN, heredado sólo de nuestras madres, por lo que este ADN podría proceder  de una única mujer que estaría en el origen de los seres humanos actuales: una Eva mitocondrial.

                            Mitocondria observada bajo el microscopio electrónico

Pero estos huéspedes celulares que parecen vivir pacíficamente en simbiosis con el resto de las células, pueden ser también un enemigo que mata silenciosamente desde dentro. Siempre que una célula muere, hay una serie de pistas que nos conducen hasta las mitocondrias y que nos muestran cómo están implicadas en enfermedades devastadoras e incapacidades físicas o mentales, así como en el propio proceso de envejecimiento. El invitado indispensable se puede convertir en un asesino de monstruosas proporciones.

Casi todas las células de nuestro cuerpo contienen mitocondrias -alrededor de mil en cada célula- El “mitocondrión” es una bestia incansable que no cesa de adoptar formas distintas. Si se captara su aspecto en una única foto instantánea poco favorecedora, se vería algo parecido a un gusano, pero un gusano que se retuerce, se divide en dos y se fusiona con otros gusanos. Así pues, en ocasiones podemos captar un mitocondrión que parece un zepelín, y otras veces algo parecido a un animal con múltiples cabezas o colas.

 

         Dentro de nuestros cuerpos conviven “seres” que, de poderlos contemplar, nos asombrarían.

El mitocondrión es un monstruo antiguo y maternal -un dragón con un apetito monstruoso, que se come a su vez todo lo que nosotros nos hemos comido y lo respira a continuación en forma de fuego.Las mitocondrias consumen practicamente todo el alimento y el oxígeno que se produce en el cuerpo, y producen la mayor parte del calor que este genera. Sin embargo, este monstruo es diminuto -su tamaño es de una micra, es decir, una milésima de milímetro: mil millones de mitocondrias cabrían en el interior de un grano de arena. Menos mal que no están a la vista y lo que por fuera podemos ver de nuestros cuerpos, no resulta tan desagradable. Como consecuencia de ello…

No siempre la realidad es lo que vemos. El interior de las cosas es muy importante para poder emitir un juicio sobre cualquier cosa inanimada o viva que pretendamos calificar en función de sus valores físicos o mentales.

Las mitocondrias tienen su propio ADN y 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.

                         Cadena de Transporte de electrones y la ATP sintasa

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 cedena de transporte de electrones. A medida que estos 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 solo si se añade un grupode fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en el proceso llamado fosforilación.

Estructura de la ATP sintasa

El complejo ATP sintasa es una enzima situada en la cara interna de la membrana interna de las mitocondrias y de la membrana de los tilacoides de los cloroplastos encargada de sintetizar ATP a partir de ADP y un grupo fosfato y la energía suministrada por un chorro de protones (H⁺). Responde a la síntesis de ATP según la hipótesis quimiosmótica de Mitchell. La síntesis de ATP gracias a este enzima se denomina fosforilación oxidativa del ADP.

Esta enzima está compuesta de dos subunidades. Una anclada a la mitocondria o al tilacoide llamada F₀ (CF₀ en caso de los tilacoides) y otra que sobresale por la cara interna de la estructura llamada F₁ (CF₁ en caso de los tilacoides).

                        Estructura del ATP sintasa

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.

Nadie cae en la cuenta de que, en parte, todos nosotros somos mitocondrias; ellas constituyen aproximadamente un décimo del volumen de todas nuestras células juntas, un décimo de cada uno de nosotros. Dado que son practicamente la única parte de la célula que tiene color, las mitocondrias constuituyen prácticamente el color de nuestras células y nuestros tejidos. Sino fuera por la melanina de nuestra piel , la mioglobina de nuestros músculos  y la hemoglobina de nuestra sangre, seríamos del color de las mitocondrias, es decir, rojo amarronado. Además, si esto fuera así, cambiaríamos de color cuando hicéramos ejercicio o corriéramos hasta perder el aliento, de tal forma que podríamos decir si alguien está utilizando mucha o poca energía simplemente con mirar su color.

 

Pero no todo es perfecto y, las mitocondrias tienen fugas que se traduce en un defecto espectacular en el diseño de nuestras mitocondrias: La electricidad de electrones se esacapa de las mitocondrias para producir radicales libres no tóxicos, y la electricidad de protones se escapa produciendo calor: no se trata de figas pequeñas o insignificantes, sino que son grandes y constituyen una gran amenaza para la vida.

Los electrones se escapan de la cadena de transporte ubicada en las mitocondrias para producir “radicales libres” . Quizá la expresión pueda hacernos pensar en algo inocuo, pero en realidad se trata de un grupo suversivo formado por sustancias químicas tóxicas. El primer componente de este grupo es el “superóxido”, que se produce cuando hay una fuga de electrones de la cadena de transporte o de otras máquinas moleculares, y estos electrones van a parar al oxígeno. El superóxido no es ningún superhéroe, ni una marca de detergente para lavadoras, sino el oxígeno con un electrón más. Pero es este electrón suplementario el que causa problemas.

 

 

Radicales libres (medicina), cualquier molécula independiente que contiene uno o más electrones sin aparear. Los electrones sin aparear son aquellos que ocupan una órbita atómica o molecular de forma individual. Se puede considerar a los radicales libres como fragmentos de moléculas; por tanto son muy reactivos, y en consecuencia de vida media muy corta. Los radicales libres orgánicos fueron descubiertos por Gomberg en 1900 y, entonces, se postuló que podían tener alguna función biológica. En 1966, Slater propuso que el efecto tóxico del tetracloruro de carbono sobre las células del hígado se producía por una reacción de radicales libres; formuló la teoría de que los radicales libres son responsables de lesiones en los tejidos.

 

 

Los radicales libres se producen en la mayor parte de las células corporales como subproducto del metabolismo; algunas células producen mayores cantidades con propósitos específicos como por ejemplo, los macrófagos para la fagocitosis (véase Sistema inmunológico). Los radicales libres más importantes de las células aerobias (como las células humanas), son el oxígeno, el superóxido, los radicales de hidroxilo, el peróxido de hidrógeno y los metales de transición. Los radicales libres que se forman dentro de las células pueden oxidar las biomoléculas (moléculas empleadas dentro de las células, en especial los lípidos) y por tanto producir la muerte celular. Sin embargo, existen diferentes mecanismos corporales para proteger a las células de los efectos nocivos de los radicales libres; se trata de enzimas que descomponen los peróxidos y los metales de transición; otros radicales libres son neutralizados por proteínas y otras moléculas.

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                                                          El Carbono es el protagonista de la Vida

El carbono ayuda a regular la temperatura de la Tierra, hace posible la vida, es un ingrediente clave en los alimentos que nos sustentan y proporciona una fuente importante de energía para impulsar nuestra economía global. El ciclo del carbono es un viaje continuo desde la atmósfera al suelo terrestre y de vuelta.

Los seres vivos están formados por átomos y moléculas. Pero mientras que en el mundo mineral abundan decenas de elementos distintos, que forman sustancias muy diversas, en los seres vivos las sustancias presentes son siempre las mismas que realizan las mismas funciones y están formadas por muy pocos tipos de átomos.

¿De qué estamos hechos?

Esta variedad de sustancias presentes en el organismo vivo, está comprobado que todas ellas se formaron a partir de sencillas y similares reacciones. Las transmutaciones químicas sufridas por las sustancias orgánicas en la célula viva tienen como base fundamental tres clases de reacciones:

– La primera se trata de la condensación o alargamiento de la cadena de átomos de Carbono.

– La segunda es la combinación de dos moléculas orgánicas a través de un puente de oxígeno o nitrógeno, y también el proceso inverso (hidrólisis).

– La tercera, la oxidación y, ligada a ella, la reducción (reacciones de óxido-reducción).

Además en la célula viva, las reacciones son muy frecuentes, y mediante éstas, el ácido fosfórico, el nitrógeno amínico, el metilo y otros grupos químicos van de una molécula a otra. Todos los procesos químicos producidos en un organismo vivo, cualquier mutación de las sustancias que llevan a la creación de muy variados cuerpos, pueden, en último caso, reducirse a estas reacciones sencillas o a todas ellas en conjunto.

El estudio del quimismo de la respiración, de la fermentación, de la asimilación, de la síntesis y de la desintegración de las distintas sustancias indica que dichos fenómenos se producen a partir de largas cadenas de transmutaciones químicas, cuyos eslabones son distintos y están representados por las reacciones que acabamos de enumerar. Todo ello sólo dependen del orden en el que se sucedan las distintas clases de reacciones. Por ejemplo, si la primera reacción es la de condensación, inmediatamente después tiene lugar un proceso de  oxidación y, de nuevo después, otra condensación, tendremos como resultado un cuerpo químico, es decir, un producto de la transmutación; y de forma opuesta, si a la reacción de condensación se une una polimerización y a ésta una oxidación o una reducción, se obtendrá, con toda seguridad, una nueva sustancia.

El átomo de Carbono es asombroso por su capacidad para formar cadenas carbonadas abiertas, cíclicas o aromáticas que producen diversidad de compuestos presentes en los seres vivos y también, con diferentes aplicaciones a nivel industrial.

“En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad:  carbohidratos , lípidos, proteinas y nucleotidos. Todas estas moléculas contienen carbono, hidrogeno y oxigeno. Además, las proteínas contienen nitrogeno y azufre, y los nucleótidos, así algunos lípidos, contienen nitrógeno y fosforo.”

Los carbohidratos son la fuente primaria de energía química los sistemas vivos. Los más simples son los monosacáridos (“azúcares simples”). Los monosacáridos pueden combinarse para  formar disacáridos (“dos azúcares”) y polisacáridos  (cadenas de muchos monosacáridos).

Los lípidos son moléculas hidrofóbicas que, los carbohidratos, almacenan energía y son importantes componentes estructurales. Incluyen las grasas y los aceites,  los fosfolípidos, los glucolípidos, los esfingolípidos, las ceras, y los esteroides como el colesterol.

Las proteínas son moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes se sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente específica en los sistemas vivos.

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 (ADN) y ribonucleico (ARN), que transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos desempeñan papeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las reacciones químicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de energía en la mayoría de las reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un nucleótido que lleva tres fosfatos, el ATP.

La ribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido ribonucleico (RNA) y la desoxirribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido desoxirribonucleico (DNA). Hay cinco bases nitrogenadas diferentes en los nucleótidos, que son los sillares de construcción de los ácidos nucleicos.

Dos de ellas, la adenina y la guanina, se conocen purinas. Las otras tres, citosina, timina y uracilo se conocen como pirimidinas.

Todos los seres vivos estamos compuestos de los mismos elementos, que al unirse forman compuestos químicos y éstos, a su vez, forman móleculas. Pero es importante que no olvidemos que algo muy importante hace posible la vida tal la conocemos:

         Una de las móleculas esenciales para la vida

FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA

El agua es esencial apara todos los tipos de vida. Pueden resumirse en cinco las principales funciones biológicas del agua:

1. 1. Es un excelente disolvente, especialmente de las sustancias iónicas y de los compuestos polares. Incluso muchas moléculas orgánicas no solubles –como los lípidos o un buen Participante por sí misma, como agente químico reactivo, en las reacciones de hidratación, hidrólisis y oxidación/reducción, facilitando otras muchas.

• Permite el movimiento en su seno de las partículas disueltas (difusión) y constituye el principal agente de transporte de muchas sustancias nutritivas, reguladoras o de excreción.
• Gracias a sus notables características térmicas (elevados calor específico y calor de evaporación) constituye un excelente termorregulador, una propiedad que permite el mantenimiento de la vida de los organismos en una amplia gama de ambientes térmicos.
• Interviene, en especial en las plantas, en el mantenimiento de la estructura y la forma de las células y de los organismos.
• Muchas otras funciones que tratar de pormenorizar ahora aquí nos llevaría muchas páginas y no es ese el sentido central del trabajo.

Lo cierto es que, hemos podido observar que la complejidad y la diversidad de las sustancias creadas en los organismos vivos dependen únicamente de la complejidad y diversidad de las distintas combinaciones de las reacciones simples expuestas más arriba. Pero si prestamos atención a éstas reacciones, veremos que una gran mayoría poseen algo que las hace particularmente comunes, no es otra cosa que la participación inmediata de los elementos del agua.

Dichos elementos combinan con los átomos de Carbono de la molécula de la sustancia orgánica, o bien se desprenden, quedando separados de ella. La reacción entre los cuerpos orgánicos y los elementos del agua es la base fundamental de todo el proceso vital. Gracias a ella se dan gran cantidad de transmutaciones de sustancias orgánicas que actualmente ocurren de forma natural, en el interior de los organismos.

Todos estos conocimientos son fascinantes y nos puede maravillar como de dichas combinaciones se forman moñéculas más grandes y complejas. En 1861, ya demostró A. Butlerov que si se diluye formalina (cuya molécula está formada por un átomo de carbono, un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno) en agua calcárea y dicha solución es guardada en un lugar a temperatura templada, con el paso del tiempo, la solución adquiere un sabor dulce.

  Cada día nos asombramos menos de las cosas que vamos pudiendo saber.

Fuente: De Recursos pedagógicos y apuntes, además de notas del Origen de la Vida de Oparín.

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