La química de la vida

Por siglos, el divorcio entre los diversos temas de investigación consistió, precisamente, en el perfil del objeto en estudio. Por ejemplo, mientras el biólogo estudiaba la estructura del cerebro el filósofo analizaba el ente del sujeto. El lenguaje entre las disciplinas era tan distante como el mismo tema de investigación. Sin embargo, hoy los campos de investigación se cruzan y los neurobiólogos estudian la naturaleza biológica del sujeto y los filósofos analizan el sustento biológico del fenómeno de la consciencia. Ambas disciplinas han convergido en puntos en común, uno de ellos es la constitución química de la vida.  

La química de la materia viva consiste en compuestos formados por enlaces covalentes alrededor del átomo de carbono. De manera muy general, podemos decir que los organismos están compuestos de materia, entendiendo a ésta como cualquier cosa que ocupe espacio y tenga masa. La materia está hecha de elementos, y anuqué hoy se intenta conocer todas las partículas subatómicas que conforman los elementos, por definición, estos se consideran como una sustancia que no puede ser dividida por reacciones químicas. Los químicos reconocen 92 elementos de la naturaleza y a la combinación de dos o más elementos, en proporciones fijas, se le conocen como compuestos. Una característica sorprendente de las combinaciones químicas es su propiedad emergente. Por ejemplo, la unión entre el elemento metálico sodio (Na) y el elemento gaseoso cloro produce lo que comúnmente conocemos como la sal de mesa. El agua, otro compuesto, consiste en la unión de elementos de hidrógeno (H) con el elemento oxígeno (O) en una relación fija de 2:1. Las características emergentes del agua sobre pasan en mucho a las de sus componentes. Un compuesto tiene características diferentes a la de sus elementos.

De los 92 elementos naturales, el ser humano requiere 25 de ellos (esenciales) para poder tener una vida saludable. Cuatro de ellos, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno constituyen el 96 por ciento de la materia viviente. En el restante 4 por ciento se pueden encontrar el sodio (Na), el potasio (K), calcio (Ca), fosforo (P) y el azufre (S) y algunos más. El átomo de carbono, debido a su configuración electrónica, presenta una capacidad de combinación muy importante. Este elemento puede unirse entre sí formando estructuras complejas y enlazarse a otros átomos o grupos de átomos que confieren a las moléculas resultantes propiedades específicas. La enorme diversidad en los compuestos del carbono hace de su estudio químico una importante área del conocimiento puro y aplicado de la ciencia actual.

Durante mucho tiempo la materia constitutiva de los seres vivos estuvo rodeada de no pocas incógnitas. Frente a la materia mineral presentaba, entre otras, una característica singular, su capacidad de combustión. Parecía como si los únicos productos capaces de arder hubieran de proceder de la materia viviente. Además, se observó que la materia procedente de organismos vivos podía degradarse en materia mineral por combustión u otros procesos químicos, lo que no era posible llevarse a cabo de manera inversa en un laboratorio.

Jöns Jacob von Berzelius (1779–1848), a comienzos del siglo XIX, sugirió la existencia de dos tipos de materia en la naturaleza, la materia orgánica o materia propia de los seres vivos, y la materia inorgánica. Para justificar las diferencias entre ambas se admitió que la materia orgánica poseía una composición especial y que su formación era debida a la intervención de una influencia singular o “fuerza vital” exclusiva de los seres vivos y cuya manipulación no era posible en el laboratorio. En la actualidad, se denomina química orgánica a la química de los derivados del carbono e incluye el estudio de los compuestos en los que dicho elemento constituye una parte esencial, aunque muchos de ellos no tengan relación alguna con la materia viviente. Algunos biólogos prefieren hablar de la materia viva y la materia física.

El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química orgánica. Recordemos que las propiedades químicas de los elementos y de los compuestos son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus moléculas. La propiedad que presentan los átomos de carbono de unirse de forma muy estable no sólo con otros átomos, sino también entre sí a través de enlaces C–C, abre una enorme cantidad de posibilidades en la formación de moléculas de las más diversas geometrías, en forma de cadenas lineales, cadenas cíclicas o incluso redes cúbicas. Éste es el secreto tanto de la diversidad de compuestos orgánicos como de su elevado número.

Una característica de la materia viviente es su organización en jerarquías de niveles estructurales, en donde, en cada nivel sucesivo emergen propiedades adicionales. Además, la materia vivía mantiene cierto grado de organización que va de lo simple a lo complejo. Por ejemplo, los compuestos orgánicos presentes en la materia viva, aunque muestran una enorme variedad, y la mayor parte de ellos son extraordinariamente complejos, pueden clasificarse en uno de los siguientes cuatro grupos: ácidos nucleicos, proteínas, lípidos y glúcidos (carbohidratos), las macromoléculas biológicas están constituidas a partir de un pequeño número de pequeñas moléculas fundamentales (monómeros), que son idénticas en todas las especies de seres vivos, todas las proteínas están constituidas solamente por 20 aminoácidos distintos y todos los ácidos nucleicos por cuatro nucleótidos. Se ha calculado que, aproximadamente 90 por ciento de toda la materia viva, que contiene muchos millones de compuestos diferentes, está compuesto, en realidad por unas 40 moléculas orgánicas pequeñas1.

Los elementos se organizan formando biomoléculas, éstas a su vez conforman la estructura así como la maquinaria reproductora y metabólica de una célula. La célula es la unidad funcional y estructural de un organismo. En los organismos multicelulares las células forman los órganos y sistemas. Estas estructuras, simples y complejas, forman los dominios y los reinos (arqueas y bacterias, protistas, hongos, plantas, animales) que conocemos como vida.

1Lehninger, A. L. 1976. Curso breve de bioquímica. Omega, Barcelona. ISBN 84282004454

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