El Origen de los Elementos y la Vida
Hidrógeno y helio, al producirse la condensación de la materia y la explosión del Big Bang, se originaron reacciones termonucleares que dieron origen a elementos más pesados: carbono, nitrógeno, oxígeno, etc.
La vida requiere estructuras moleculares grandes y complejas que se forman a partir de ciertos elementos estables solo en condiciones ambientales limitadas.
- En las estrellas, por el calor que estas presentan, todos los compuestos se descomponen en sus elementos y los elementos en sus partículas subatómicas. El estadio de agregación que presentan las estrellas es el plasma.
- En la luna o el espacio, que se caracterizan por ser medios fríos, se produce una química sencilla y lenta.
La vida aparece en un medio ambiente templado y con la presencia de cantidad de elementos capaces de formar compuestos complejos.
Bioquímica y Características de la Materia Viva
La bioquímica, como ciencia biológica, estudia la materia viva, la cual presenta:
- Una constante renovación de las estructuras.
- Aumento de la complejidad de las estructuras.
- Se autorreproduce.
- Todas las criaturas vivas están formadas por células eucariotas y procariotas.
Virus
Los virus son entidades biológicas, parásitos intracelulares, ya que solo crecen invadiendo células. Están formados por ADN o ARN y recubiertos por una envoltura formada en su mayor parte por proteínas. Usan a la célula hospedadora para reproducirse.
Definición Biológica de Vida
En biología, se define como viva a la estructura molecular autoorganizada, capaz de intercambiar energía y materia con el entorno, se automantiene, se renueva y se reproduce.
Un ser vivo es la conjugación de diferentes sistemas capaces de integrarse por la consecuencia relativa del entorno en recursos que supone la asociación.
Lo vivo es el estado característico de la biomasa. Se manifiesta en forma de organismos uni o pluricelulares. Sus características son:
- Organización: Formado por células.
- Reproducción: Generar o crear copias de sí mismo.
- Crecimiento: Aumento en el número de células o en el tamaño.
- Evolución: Modifica su estructura y conducta para la adaptación a distintos medios.
- Homeostasis: Utiliza la energía para mantener un medio interno constante.
- Movimiento: Desplazamiento mecánico.
Las tres funciones básicas de todos los seres vivos son: relación, nutrición y reproducción.
Estructura Viva
La estructura viva es una disposición de elementos químicos dispuestos en tal forma que, en su estado más estable, se puede asemejar a un esquema energético a la espera de ser leído. En ese momento es cuando se expresan las reacciones necesarias para obtener homeostasis. Dichas estructuras, que comprenden un organismo, son la base sobre la que pueden establecerse las estructuras materiales vivas.
La acción de «leer» no es otra que el evento que desencadena las reacciones necesarias para poner en marcha el programa genético, unidad en la que se condensa el esquema energético.
Lo No Vivo
Lo no vivo es cualquier otra estructura del tipo que sea (aunque contenga ADN o ARN) y que sea incapaz de establecer un equilibrio homeostático, que no pueda reproducirse ni retroalimentarse.
Interacciones Débiles en el Medio Acuoso
Las macromoléculas que forman la matriz estructural son estructuras inmensas que se mantienen unidas mediante enlaces covalentes fuertes.
También están presentes las interacciones no covalentes o fuerzas no covalentes o enlaces no covalentes, los cuales se producen entre iones, moléculas o partes de una molécula.
Tipos de Enlaces
- Covalentes: Energía de enlace entre 300 a 400 kJ/mol.
- No Covalentes: Energía de enlace entre 10 a 100 veces más débiles. Esta escasa energía les permite romper y volver a formarse continuamente.
Para la formación de un enlace es necesario que interactúe un par de electrones. Los átomos interactúan entre sí formando enlaces para alcanzar su máxima estabilidad y así cumplir con la ley del octeto que requiere que todo átomo esté rodeado de 8 electrones.
Es necesario estudiar cómo se comportan las interacciones en un medio acuoso, ya que todas las células de todos los organismos de la tierra están bañadas e impregnadas en agua.
Interacciones No Covalentes
Estas interacciones dependen de las fuerzas que las cargas eléctricas ejercen entre ellas.
Interacciones Carga a Carga
Se produce entre dos partículas cargadas. Estas interacciones se producen en las células, específicamente en el ADN y en las proteínas. Estas moléculas también contienen iones Na, K, Mg (cationes), Cl, PO4 (aniones). La fuerza entre un par de cargas (q1; q2) separadas por una distancia r, según la ley de Coulomb:
F = k * q1 * q2 / r2
Donde:
- k = Constante de proporcionalidad que depende del medio que rodea a las cargas y su valor es k = 9 * 109 N * m2/C2
- F = Fuerza de repulsión o atracción entre cargas medidas en Newtons.
- q1 y q2 = Cargas eléctricas medidas en Coulombs.
Cuando q1 y q2 son del mismo signo, la fuerza es positiva e indica que entre ambas fuerzas hay repulsión.
Cuando q1 y q2 son de diferentes signos, la fuerza es negativa e indica que entre ambas fuerzas hay atracción.
r = Distancia que separa a las cargas eléctricas medidas en metros.
Relación entre la Ley de Coulomb y lo Biológico
El entorno biológico no es el vacío. Por ejemplo, en una célula las cargas q1, q2, q3 están separadas por agua, por otras moléculas o por partes de otras moléculas.
La existencia de un medio dieléctrico entre las cargas tiene un efecto de apantallamiento de las otras.
Energía de Interacción
La ley de Coulomb informa sobre una fuerza, pero toda interacción implica un cambio de energía, a lo que se denomina energía de interacción:
M = k * q1 * q2 / (ε * r)
Donde:
M = Es la energía necesaria para separar dos partículas cargadas, desde una distancia r a una distancia infinita, es decir, es la energía necesaria, la fuerza electrostática F que une a dos cargas q1 y q2.
Enlaces de Hidrógeno
Es una interacción entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un grupo donador y un grupo aceptor. También se lo conoce como puente de hidrógeno, y el ejemplo más claro es la molécula de agua.