⚗️ La química de la vida
Átomos, enlaces covalentes e iónicos, reacciones químicas y las enzimas que las hacen posibles.
De qué está hecho todo
Un ser vivo está hecho de materia, igual que una piedra. Lo que cambia no son los ingredientes sino cómo están acomodados y qué reacciones ocurren entre ellos.
La pieza más pequeña de la materia es el átomo, y aunque es diminuto —caben miles de millones en la cabeza de un alfiler— todavía tiene partes.
Protones (p⁺)
Con carga positiva, en el núcleo. Su número define de qué elemento se trata: todo átomo con 6 protones es carbono, sin excepción.
Neutrones (n⁰)
Sin carga, también en el núcleo. Cambiar su número no cambia el elemento: da un isótopo.
Electrones (e⁻)
Con carga negativa, moviéndose por fuera del núcleo en niveles de energía. Son los que forman los enlaces, así que son los que le importan a la biología.
Dato: Los seres vivos estamos hechos casi por completo de cuatro elementos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La corteza terrestre, en cambio, es sobre todo oxígeno y silicio: estamos hechos de una selección muy particular de lo que hay.
Los enlaces: por qué los átomos se juntan
Un nivel de energía a medio llenar es inestable. Los átomos se estabilizan compartiendo, cediendo o aceptando electrones, y de ahí salen los enlaces: la fuerza que mantiene unidas a las sustancias.
El primer nivel se llena con 2 electrones y el segundo con 8. Toda la conducta química de un átomo se explica por cuántos le faltan o le sobran para llegar ahí.
Enlace sencillo, doble o triple
Según se comparta uno, dos o tres pares de electrones. El oxígeno del aire (O₂) tiene doble; el nitrógeno (N₂), triple, y por eso cuesta tanto romperlo.
Fuerzas de van der Waals
Atracciones débiles ENTRE moléculas, no dentro de ellas. Nacen de que la nube de electrones se reparte disparejo por momentos. Son las que permiten que una gota de agua se sostenga, y las que dejan a las lagartijas caminar por el techo.
| Aspecto | Covalente | Iónico |
|---|---|---|
| Qué pasa con los electrones | Se comparten entre los dos átomos | Uno los cede y otro los acepta |
| Qué queda | Una molécula | Dos iones con cargas opuestas que se atraen |
| Ejemplo | El agua: el oxígeno comparte con dos hidrógenos | La sal: el sodio cede un electrón al cloro |
| Dónde abunda | En casi todas las moléculas de los seres vivos | En las sales disueltas: sodio, potasio, calcio |
Las reacciones químicas
Una reacción química es el proceso en que los átomos se reacomodan para formar sustancias distintas: se rompen unos enlaces y se forman otros. Lo que entra son los reactivos y lo que sale son los productos.
Se escriben con una flecha, que se lee «produce» o «reaccionan para formar»: glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua. Esa es, literalmente, la reacción que te mantiene vivo.
La materia no se crea ni se destruye, así que la ecuación debe quedar balanceada: el mismo número de átomos de cada elemento de los dos lados. Por eso la de arriba se escribe con coeficientes: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O.
Reacción exotérmica
Libera energía: los productos tienen menos que los reactivos. La respiración celular es exotérmica, y por eso tu cuerpo se mantiene a 37 °C.
Reacción endotérmica
Absorbe energía: los productos tienen más que los reactivos. La fotosíntesis es endotérmica, y la energía que absorbe es la luz del Sol.
Energía de activación
El empujón mínimo para que una reacción arranque, aunque después libere energía. Una vela no arde sola: hace falta el cerillo.
Dato: Un cambio físico no es una reacción: el hielo que se derrite sigue siendo agua. Hay reacción cuando aparece una sustancia distinta, y se sospecha por las señales —cambia el color, se libera un gas, se produce calor o luz—.
Las enzimas: por qué la vida no espera
Aquí está el problema que la biología tiene que resolver. Casi todas las reacciones de un ser vivo tienen una energía de activación tan alta que, por su cuenta, ocurrirían tan despacio que no servirían de nada. Digerir una comida tardaría años.
La solución son los catalizadores: sustancias que bajan la energía de activación sin consumirse en el proceso. Los catalizadores biológicos son proteínas y se llaman enzimas.
Cada enzima sirve para una reacción y nada más. La sustancia sobre la que actúa se llama sustrato, y el lugar exacto donde se acomoda es el sitio activo. Sus formas embonan como dos piezas de rompecabezas: si el sustrato no tiene la forma del sitio activo, no pasa nada.
Cómo trabaja una enzima
1. Encuentro
El sustrato se acomoda en el sitio activo.
- Solo entran los sustratos cuya forma y tamaño corresponden al sitio activo.
- Al unirse, el sitio activo cambia un poco de forma y se ajusta: queda formado el complejo enzima-sustrato.
2. Reacción
Se rompen y se forman enlaces con mucho menos empujón.
- El complejo debilita los enlaces del sustrato, así que la reacción necesita mucha menos energía para arrancar.
- La reacción ocurre miles de veces más rápido que sin la enzima.
Ojo: La enzima no cambia CUÁNTO producto sale ni vuelve posible lo imposible: solo acelera lo que ya podía ocurrir.
3. Liberación
Sale el producto y la enzima queda lista otra vez.
- La enzima suelta el producto y recupera su forma original.
- No se consumió: puede volver a usarse de inmediato, y una sola enzima atiende miles de moléculas por segundo.
Dato: Las enzimas se llaman por lo que hacen y casi siempre terminan en «-asa»: la amilasa de tu saliva rompe el almidón —la amilosa—, la lactasa rompe la lactosa de la leche, y quien no la produce es intolerante a la lactosa.
Lo que descompone a una enzima
Como son proteínas, las enzimas dependen de su forma, y su forma depende del ambiente. Dos factores las afectan sobre todo, y los dos se preguntan.
La temperatura: la mayoría de las enzimas humanas trabaja mejor cerca de los 37 °C. Con frío se vuelven lentas; con calor de más se desnaturalizan —pierden su forma— y ya no vuelven a funcionar, como una clara de huevo que no se puede «descocer».
El pH: cada enzima tiene su rango. La pepsina del estómago necesita acidez fuerte, alrededor de pH 2; las del intestino trabajan en un medio casi neutro. Fuera de su rango, la enzima deja de servir.
Dato: De ahí que la fiebre muy alta sea peligrosa: no es el calor en sí, es que arriba de cierta temperatura las enzimas del cuerpo empiezan a perder su forma.
Basado en: Biggs, Biología, cap. 6 «La química en biología», secciones 1 y 2.