QUIMICA Y VIDA por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Sin temor a equivocarnos, la vida, como todo el Universo conocido, la sostienen electrones, protones y neutrones. Todos los átomos están formados por ellos: protones y neutrones en el núcleo y electrones en la corteza. La producción de los elementos químicos, tras el instante inicial del Big Bang, tiene lugar mediante el proceso estelar denominado nucleosíntesis, que no es otra cosa que una serie de reacciones nucleares cíclicas. Los protones se combinan y en casos decaen para producir partículas alfa, constituidas por dos protones y dos neutrones, que son núcleos de Helio 4He, una combinación muy estable de protones y neutrones. Los ulteriores procesos de síntesis producidos a grandes temperaturas y presiones son núcleos múltiplos de partículas alfa, como 12C, 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, 32S y 40Ca. El 8Be, es muy inestable. Las reacciones de los protones con estos núcleos, como las que tienen lugar en el denominado ciclo CNO (Carbono, Nitrógeno y Oxígeno), producen los otros elementos intermedios entre los citados anteriormente. En las estrellas primeras, tras el Big Bang, dominan los núcleos de protones y He y algo de 7Li, pero se van formando núcleos hasta el 56Fe, pero en las estrellas de la que se puede denominar segunda generación, el 12C actúa de catalizador y se producen elementos más pesados. La vida cabe basarla en H, 12C, 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, 32S, 40Ca y 56Fe, y ciertamente algunos en forma de iones, como los de N, P, Na y K., al igual que el Mg+2 y el Ca+2 en disolución acuosa.

Como propone Fox, nuestro sistema Solar es de la segunda generación de estrellas, derivando del crecimiento a partir de productos de las explosiones de supernovas de primera generación. Los planetas interiores, rocosos: Mercurio, Venus, La Tierra y Marte, así como la Luna y los asteroides solamente representan seis diezmilésimas de la masa del sistema Solar y solamente cuarenta y cuatro diezmilésimas de la masa de todos los planetas. Los compuestos volátiles como agua, metano, amoniaco, fueron depositados por bombardeos de planetesimales formados fuera del disco planetario primero en la evolución del sistema Solar. Los compuestos menos volátiles como los silicatos se producen por acreción en los planetesimales. La evidencia la aportan los numerosos cráteres que encontramos en todos los planetas y lunas rocosos del sistema solar.

Tres cuartas partes de la corteza terrestre están compuestas por O (50%) y Si (25%) en forma de silicatos. En los océanos la composición es diferente: O (85%) e H (11%). El Si, pese a que es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, no forma parte de los organismos vivos. La estructura electrónica de los elementos justifica por qué el C,N y O y algo el S y el P son los apropiados para formar moléculas complejas mediante enlaces covalentes simples y dobles. Precisamente el pequeño tamaño de los átomos C, N y O propicia que se formen enlaces fuertes. En la Table Periódica, conforme avanzamos en ella y se incrementa el número atómico, aumenta el tamaño en cada periodo de la Tabla Periódica y la repulsión de los electrones de las capas internas de un gran número de electrones en un átomo, aumenta. Una vez que nos sumergimos en el cuarto periodo, los átomos son incapaces de formar enlaces múltiples. Algo a destacar es que en un periodo dado, el tamaño atómico decrece conforme los electrones rellenan los orbitales electrónicos: el Si es mas grande que el P y este lo es con respecto al S y eso conlleva que los enlaces que forma el P y el S son más cortos y fuertes que los que forma el Si. Esto justifica que en un planeta rocoso cualquier del Universo, encontraremos silicatos más fácilmente que las moléculas formadas por combinación de H, C, N, O, P y S.

La capacidad para formar dobles enlaces está relacionada con que el tamaño sea suficientemente pequeño, como ocurre con C, N y O. El S y P también lo forman pero el Si, no. Se explica al decrecer el tamaño de los átomos al aumentar el número atómico. El Si es demasiado grande, el P es el átomo mayor que tiene esta capacidad y el S es el más pesado. La presencia de orbitales 3d no completos en P y S, lo que no se da en los elementos del segundo periodo tales como C, N, y O es el que justifica la reactividad de estos elementos. El S y el P son más grandes que los del segundo periodo, lo que implica que los enlaces más fuertes, son mas débiles y de mayor longitud , aunque no tan débiles como los que forma el Si. El hecho de que tengan orbitales 3d parcialmente llenos, implica que puede formar productos de reacción con muchas especies químicas. Ello conlleva que podrá participar en mas reacciones que C,N, y O. En Bioquímica se observa que S y P participan en muchos compuestos de interés. La presencia del P en los polinucleótidos, así como en el ATP en las modificaciones de proteínas alostéricas, evidencian su extensa participación. Los puentes disulfur son cruciales estructuralmente y las proteínas conteniendo enlaces fe-S con centrales en el metabolismo.

El C es 10.000 veces más abundante que el P en el Universo. Comparados con Si y O se concluye que C y P deben estar concentrados en los organismos vivos. Por cada mol de Si en el Universo hay 6 x 1017 átomos de P. Si tenemos en cuenta que en nuestro Planeta Tierra la estimación es de 1025 moles de Si.

Ciertamente, de lo expuesto se deduce que los rasgos fundamentales de la vida, desde el punto de vista molecular, es que las condiciones son parecidas en todo el Universo, al menos a nivel químico fundamental. Un sinfín de compuestos orgánicos y una importancia central de P, S y Fe.