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La Importancia del Carbono

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Biologia    ~    Comentarios Comments (9)

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EL ÁTOMO DE CARBONO

Un átomo vital: el Carbono

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?

Átomo de carbono

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.

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.

Micrografías de: a la izquierda, interfase celular; después, las distintas fases de la mitosis, dentro de la fase M del ciclo celular.

 Las manos son un ejemplo típico de enantiómeros

La asimetría del átomo de carbono. Los estereoisómeros y la Vida


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 bioorgánico 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

Enlaces de carbono

Existiendo un electrón en cada uno de los orbitales.

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

Enlaces de carbono

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 pimaron a unas formas y no a otras, etc.).

Por tanto, aunque una Vida extratarrestre 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 Jeet ronotizados 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

emilio silvera


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    La Importancia del Carbono : Blog de Emilio Silvera V….

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 29 de febrero del 2012 a las 8:53

    Es tan importante el Carbono que, sin él, no estaróamos aquí.
    El Carbono es el elememnto básico para la vida en la Tierra y creo que, para la vida tambien en otros mundos.
    Dicha creencia viene avalada por el hecho cierto de que las leyes son las mismas en todas partes del Universo y, siendo así, lo que aquí ocurrió también habrá ocurrido allí. Los mecanismos de la Naturaleza, en presencia de todos los requisitos necesarios para ello, hanrán actúado de la misma manera y de la misma manera habrá surgido la vida en en otros mundos lejanos que, situados en la zona Habitable, habrán tenido las mismas posibilidades que la Tierra tuvo hace ahora, 4000 millones de años.
    Contra esta tesis, podrán exponer otras muchas comntrarias pero, la base científica y la lógica nos lleva a apoyar ésta en la que el Carbono está presente. Al fin y al cabo, es el Carbono el único elemento (que conozcamos) que ha posibilitado la vida.
    Si existen otras formas de vida (nunca se pouede negar lo que no se sabe), es posible que estén basadas en materiales cercanos a este elemento y, el Silicio, parece estar cercapero…no es lo mismo.
    Ya veremos si, algún día, podemos salir de esta encrucijada en la que nos tiene inmersos nuestra ignorancia que, desde luego, es grande, muy grande. Tan grande es que, no podemos abarcarla por el simple motivo de que, hasta eso desconocemos, las dimensiones de nuestra igbiorancia que deben ser muy, muy granees.
    Un saluido.

    Responder
    • 1.1
      kike
      el 29 de febrero del 2012 a las 23:27

      Es tanta la importancia del carbono, que rebasa su logro al parecer  más importante como pueda ser la vida; es que además es tan versátil que al mismo tiempo que hace posible la vida también la puede hacer más fácil a poco que  vayamos conociendo ese sublime elmento.

       Ya se están estudiando multitud de aplicaciones que nos harán avanzar grandemente en nuestra tecnología, gracias a las diferentes formas en que se presenta el carbono; por ejemplo últimamente se habla mucho de las maravillas del grafeno.

       Creo que sería interesante que nuestro abnegado Emilio nos confeccionara un artículo  sobre este tema tan interesante, que tantas utilidades reales  empieza a mostrar. 

       (Por otra parte no vendría mal que nuestra amiga Kimicá (La Profe de química), nos ayudara a comprender ese fantástico mundo)

        Saludos.

      Responder
      • 1.1.1
        emilio silvera
        el 1 de marzo del 2012 a las 7:43

        Cierto amigo, el Carbono es mucho más de lo que a simple vista pueda parecer. Es un elemento no metálico perteneciente al grupo 14 (IVB) del Sistema periódico. El Carbono presente tres formas olotrópicas. El diamante se encuentra en la naturaleza y también se puede preparar artificialmente. Es un material muy duro y sus cristales presentan elevados índices de refracción. La dureza es una consecuencia de su estructura cristalina covalente, en la que cada átomo de carbono esta enlazado a otros cuatro situados en los vértices de un tetraedro. La longitud del enlace C-C es de 0,154 nm, y el ángulo es de 109,5º.
        El grafito es una sustancia negra, blanda y laminar. Antiguamente se denominaba lápiz-plomo o plombagina. Se encuentra en la Naturaleza y también puede sintetizarse mediante el proceso Acheson. En el grafito, los átomos de Carbono se colocan en capas en las que cada átomo de Carbono está roseado por otros tres con los que se enlaza con enlaces simples o dobles. Las capas se unen entre sí mediante fuerzas de Van der Waals, mucho más débiles.
        La distancia de enlacde C-C en las capas es de 0,142 nm y entre capas de 0,34 nm. El grafito es buen conductor del calor y de la electricidad. Sus aplicaciones son múltiples, incluyendo contactos eléctricos, equipos de alta temperatura y como lubricante sólido. La mina de los lápices está formada por grafito mezclado con arcilla.
        La tercera forma olotrópica es la fullerita. También existen varias formas amorfas de carbono como el negro de carbono y el carbón. Hay dos isótopos estables del Carbono(número de protones 12 y 13) y cuatro radiactivos( 10, 11, 14, 15). El Carbono- 14 se emplea en la datación de radioquímica con carbono.
        La capacidad del Carbono para formar enlaces covalentes estables con otros átomos de Carbomo y también con Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre le permite formar una gran variedad de compuestos basados en cadenas y anillos de átomos de Carbono entre los que se encuentran materiales maravillosos como el que menciones arriba entre otros.
        Como bien apuntas, del Carbono se podrían realizar magnificos trabajos, ya que, su importancia ha sido vital para la Vida y, según los acontecimientos de los últimos años, también será vital para nuestras nuevas tecnologías que, con el grafeno, fullereno y otros derivados del carbono, están realizando auténticas maravillas.
        Si nuestra Amiga Kimiká quiere expomner aquí algún trabajo al respecto, simplemente tiene que enviarlemo y aquí disfrutaremos todos del saber de nuestra maestra en Química,
        Un saludo amigo.

        Responder
  2. 2
    meme101
    el 28 de octubre del 2012 a las 23:12

    me la pela

    Responder
    • 2.1
      emilio silvera
      el 29 de octubre del 2012 a las 8:20

      Pues con el tiempo que se avecina…te podrías resfriar.

      Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 22 de mayo del 2013 a las 5:40

    Se le saluda igualmente y nos alegramos de que le guste la mercancia.
    Siga por aquí.

    Responder
  4. 4
    emilio silvera
    el 28 de mayo del 2013 a las 12:17

    Siempre estará bien que el que pase por aquí se ponga contento con el hallazgo.
    ¡Disfruteló amigo!

    Responder
  5. 4.1
    Emilio Silvera
    el 25 de mayo del 2013 a las 6:38

    Nos satisface que el lugar sea de su agrado y, una vez sabe eso, no deje de pasar por aquí más asiduamente.

    Saludos.

    Responder

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