BIOQUIMICABIOQUIMICA

La atención que atrajeron sobre si los resultados de los experimentos de Pasteur, habría de comprobar el abandono el estudio del origen de la vida.

Convencidos de que únicamente los seres vivos eran capases de sintetizar sustancias orgánicas, y que la generación espontanea era imposible.

Molécula viviente fue capase de reproducirse convertirse así en el ascendiente de los seres vivos surgió gracias a un feliz accidente

Sugirieron que para resolver el problema del origen de la vida bastaba con suponer que la vida siempre había existido, que era eterna. Esta idea recibió varias criticas y fue rechazada por sus tintes casi matafisicos.

Á partir de la segunda mitad del siglo xIx, el pensamiento científico había sufrido una trasformación revolucionaria con la aparición de la obra de Charles Darwin, el origen de las especies.

Si pudiéramos ( y que “si” tan grande) concebir un pequeño charco de agua templada, con toda clase de sales nitrogenadas y fosfóricas, y con luz, calor y electricidad, se formaría de allí químicamente un compuesto proteínico capaz de sufrír trasformaciones aun mas complejas, pero hoy en día un compuesto así seria inmediatamente devorado o absorbido; y eso no hubiera ocurrido antes de que apareciera los seres vivos.

En 1921, un joven soviético, Alexander I. Oparin, presento ante la sociedad botánica de Moscú un breve trabajo en el que concluía que los primeros compuestos orgánicos se habían formado abióticamente sobre la superficie del planeta , previa mente a la aparición de los seres vivos y se desarrollaron a partir de sustancias orgánicas que les precedieron.

…No existe ninguna diferencia fundamental entre un organismo viviente y la materia que llamamos inanimada. La compleja combinación de manifestación y propiedades que es tan característica de la vida debe haber surgido en el proceso de evolución de la materia...

En 1928, la tierra había tenido originalmente una atmosfera formada por dióxido de carbono(CO2) amoniaco(NH3), y agua(H2O), pero carente de oxigeno libre.

Al interaccionar la radiación ultra violeta de origen solar con esta atmosfera, había formado una gran cantidad de compuestos orgánicos, entre los cueles estaba presente azucares y aminoácidos necesarios para la aparición de las proteínas. Haldane proseguía diciendo que estos y otros compuestos orgánicos se habían ido acumulando lentamente en los mares primitivos formando la llamada “sopa primigenia” de donde habían surgido a su vez los primeros organismos.

…es un disparate hablar sobre el origen de la vida; se podría hablar igualmente sobre el origen de la materia misma.

Hoy sabemos que, en efecto, el origen de los seres vivos están infinitamente ligados a los procesos de evolución química del universo que determinaron la aparición de los elementos que forman a los organismos y que crearon las condiciones adecuadas para su origen y desarrollo

Alejandra T. Serrano Valdez.

Para los recolectores de frutos, cazadores y agricultores primitivos, era una experiencia observar como los animales podían engendrar descendencia semejante a los progenitores, o las semillas surgían nuevas plantas.

Surgió la idea de la generación espontánea

estas ideas fueron enriquecidas por las culturas mesopotámica y egipcia, y transmitidas a los filósofos jonicos del Asia Menor.

Constituían importantes centros comerciales y de intercambio cultural, sistematizar y racionalizar la gran herencia cultural.

Las teorías de la generación espontánea fueron desarrolladas por los griegos.

Los que fundaron o pertenecían a las corrientes materialistas suprimieron los elementos místicos, o intentaron reducirlos a su minima expresión.

Los filósofos materialistas aceptaron la idea de la generación espontánea; la plantearon como el resultado de la interacción de la materia no viva con fuerzas naturales como el calor del sol, y la utilizaron para explicar asi el origen de todos los seres vivos.

Platón no se preocupo por las ciencias naturales.

Aristóteles, habría de convertirse en una influencia en el desarrollo de la ciencia.

Postuló un origen espontáneo para gusanos, insectos, peces, cangrejos, y salamandras, a partir del rocío, del sudor, del agua de mar y de los suelos húmedos.

Resultado que le llamó entelequia

Tito Lucrecio Caro la vida había surgido de la tierra, gracias a la lluvia y al calor del sol, sin la intervención de dioses y sus soplos divinos.

La iglesia acepto la idea de la generación espontánea. Se formalizo así el concepto del vitalismo.

En 1967 Johann B. van Helmot dio una receta que permitiría la generación espontánea, que dice:

trigo 21 días

ropa interior sudada

En 1668 Francesco Redi asesta los golpes experimentales a la teoría de la generación espontánea.

Demostró que eran larvas que provenían de los huevecillos depositados por las moscas en la misma carne.

Concluyó que no aparecían espontáneamente.

A fin del siglo XVII, Leewenhoek, insistió en que los microorganismos que observaba habían llegado a sus cultivos a través del aire, la facilidad con que se surgían en las infusiones.

Needham intento demostrar la existencia de una fuerza vital mediante cientos de experimentos, en los cuales llena botellas con caldos nutritivos, los hervía durante 2 minutos y las sellaba.

Concluyo que la generación espontánea de microorganismos era el resultado obligado de la materia orgánica en descomposición, al ser animada por una fuerza vital.

Spallanzani no acepto las conclusiones de Needham.

Repitió los experimentos hirviendo sus medios de cultivo durante lapsos mayores, y en ningún caso aparecieron microbios en ellos.

EXPERIMENTO DE REDIEXPERIMENTO DE REDI

F. Pouchet precedida, de la interacción de una fuerza vital con un proceso de fermentación o de descomposición de la materia orgánica.

Louis Pasteur recibió un premio en 1862 por una serie de experimentos que lograron el descrédito final del vitalismo.

1.3 PASTEUR Y LA GENERACION ESPONTANEA

Pasteur, demostró que en el aire había microorganismos. Filtró aire a través de algodón, lo disolvió y pudo observar en el residuo sólido que obtenía microorganismos.

Demostró también que cuando el aire se calentaba y se pasaba a través de una solución nutritiva esterilizada, no se desarrollaban microorganismos.

Diseño matraces de cuello de cisne.

En realidad, Darwin y Engels, cada uno en forma independiente, habían ofrecido ya una alternativa que permanecía, sin embargo, ignorada por mucho tiempo.

La evolución química del universo

“El origen de los elementos químicos”

aproximadamente el 95% de la materia viviente está constituida por hidrógeno, carbón , nitrógeno, y oxígeno, junto con otros elementos de la tabla periódica se encuentran en proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos y otras moléculas más complejas.

Estos elementos son los más abundantes en el universo. El hidrógeno es el sencillo y ocupa un lugar pertinente de cada 100 átomos que existen en el universo, 93 de ellos son de hidrogeno.

Astrónomos señalen que cuando se originó la estructura actual del universo, existian pequeñísimas cantidades de deuterio, de helio y de litio, el resto de la materia era hidrógeno. No había elementos como el carbón, el oxigeno o el fósforo fundamentales para la vida.

¿Cómo se pudieron originar éstos, sin los cuales la vida no habría podido surgir en nuestro planeta?

El universo.

la corteza terrestre.

El agua del mar.

El cuerpo humano.

91------- H 47--------- O

66---------H 63---------H

9.1------ He

28---------Si

33---------O

25.5------O

0.057--- O 7.9-------- Al

0.33------Cl

9.5--------C

0.042--- N 4.5--------Fe

0.28------Na

1.4--------N

0.021--- C 3.5-------Ca

0.033----Mg

0.31------Ca

0.003--- Si 2.5-------Na

0.017----Na

0.22-------P

La respuesta a esta pregunta la podemos encontrar estudiando la estructura y la evolución de las estrellas.

Estos cuerpos se forman a partir de del colapso gravitacional de grandes nubes de hidrógeno y polvo que existen en la galaxia, alcanzan temperaturas y presiones tan grandes en su interior generan energía, convierte en radiación luminosa es emitida al espacio.

El interior de una estrella recién formada tiene temperaturas de 10millones de grados kelvin.

Los protones que se encuentran en su centro empiezan a fusionarse entre sí. La fusión de protones produce un núcleo de helio, a esas temperaturas y presiones forman pequeñas cantidades de otros elementos químicos. En el caso del sol, hidrogeno se ira transformando en helio durante unos diez mil millones de años, prácticamente todo el hidrogeno del núcleo se habrá transformado en helio, al acumularse en su centro , la estrella se empieza a enfriar y se contrae.

Cuando la estrella reduce su tamaño, se eleva la temperatura interna y en su núcleo, solamente había átomos de helio, se empieza a producir la fusión de éstos para producir carbón.

A lo largo de su existencia, las estrellas pierden masa en pequeñas cantidades, al arrojar partículas de su superficie formando vientos estelares, semejantes al viento solar.

Cuando llegan las etapas de formación de carbón, la estrella se vuelve dinámica e inestable y se desprende de una parte en sus capas interiores.

Las supernovas y la síntesis de elementos pesados.

La estrella mucho menos densa que el sol tiene una evolución diferente: la estrella cuando ha formado carbón, se enfría y nuevamente se colapsa, ejerce una presión muy grande sobre su núcleo.

Cuando en el nucleo de una estrella se acumula fierro, las reacciones termonucleares ya no pueden proseguir.

Para formar elementos químicos más pesados ya no se libera energía si no que se absorbe.

Esto va provocando el enfriamiento del centro de la estrella, que nuevamente se colapsa.

El ultimo colapso es catastrófico para la estrella.

Cuando la estrella explota la explosión es tan violenta que arroja al espacio una gran cantidad de material que van elementos químicos. A estas estrellas se le llaman SUPERNOVAS.

Estas estrellas constituyen a uno de los fenómenos más espectaculares y energéticos que se conocen en el universo.

Moléculas interestelares

Moléculas interestelares

Como resultado de los procesos de evolución estelar, las nubes de hidrogeno y polvo que existen entre las estrellas de la galaxia se van enriqueciendo en elementos químicos.

En el medio interestelar existen grandes cantidades de polvo asociado a nubes de gas en muchos casos oscurece a las estrellas.

Frecuentemente los átomos que forman las nubes de gas son excitados por la radiación de las estrellas muy calientes y emiten luz formando las llamadas nebulosas de emisión.

la radioastronomía ha venido a transformar el estudio del material interestelar, han logrado detectar ondas de radio que indican la presencia de gran cantidad de moléculas.

Estas moléculas han sido descubiertas en la vía Láctea y su abundancia es mayor a las nubes más densas y oscuras, donde existe mayor cantidad de polvo interestelar. En estas nubes los átomos están más cerca unos de otros formando moléculas ya que el polvo contribuye a ello.

El polvo absorbe la radiación ultravioleta de las estrellas protegiendo a las moléculas que podrían ser destruidas por los fotones más energéticos.

El origen del sistema solar

Las nubes más densas y oscuras de la galaxia se encuentran también sujetas a un proceso de contracción gravitacional durante el cual se fragmentan en trozos de diferente masa y tamaño. Cada uno de los fragmentos se seguiría contrayendo hasta dar origen a cuerpos masivos llamados “protoestrellas”.

Formaran estrellas en cuyo interior se llevan a cabo las reacciones termonucleares.

Nebulosa solar:

El propio sistema solar seguramente se formo por un proceso similar. La fragmentación dio por resultado la formación de nubes más pequeñas, cada una de las cuales se seguía contrayendo a su vez.

La nebulosa solar empezó a acumular material en su centro, donde eventualmente se formaría el sol, en el resto de la nebulosa se formaban pequeñas condensaciones.

Esta nube se empezó a contraer, formando un disco que giraba alrededor del protosol.

Hace aproximadamente 4500 millones de años el sol empezó a emitir energía generada por procesos termonucleares que ocurrían en su interior y al hacerlo empujo hacia las partes externas de la nebulosa el material gaseoso más ligero.

Los planetas que se formaron a partir de la condensación del material del disco alrededor del sol quedaron separados.

Protosol:

Los que se habían formado más cerca del sol fueron:

Mercurio, Venus, Tierra y Marte. se formaron de un medio pobre de hidrógeno y helio.

Los planetas que se formaron mas lejos del sol son:

Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón.

Se formaron a partir de un medio rico de gases como el hidrogeno, el helio, el metano, el amoniaco, y muchos otros que hasta la fecha conservan.

De heterótrofos a autótrofos

La aparición de los autótrofos

Los primero organismos en aparecer en la tierra eran autótrofos

Fermentación anaerobia. Proceso poco eficiente, fermentaban muchos tipos de carbohidratos

Aparecen las primeras bacterias capaces de incorporar CO2 presentes en la atmósfera a compuestos residuos de origen metabólico utilizando para ello el H2S atmosférico para procesos fotosintéticos

Después aparecieron bacterias que utilizaban las moléculas de fosfatos liberando H2S

Radiación ultravioleta factor de cambio

Las porfirinas tienen una propiedad fundamental, son capaces de absorber la luz visible, convirtiéndose en bacterias fotosintéticas

Desarrollo del ciclo de krebs Una ves que la clorofila fue sintetizada en

el interior de los organismos, fueron capaces de transformar la energía luminosa en ATP, resultado de las reacciones cíclicas de fosforilación

La transformación de la atmósfera reductora

La aparición de los primeros organismos fotosintéticos que liberaban oxigeno, formando una pequeña capa de ozono

Transformación de reductora a oxidante Las algas verde-azules, primeros aportes de

oxigeno libre Desaparecieron aquellos que no habían

desarrollado la capacidad de nutrirse de los autótrofos o de los productos q formaban

Evolución del metabolismo

La evolución biológica trajo consigo sustancias mas complejas y especificas, dio como resultado cambio en la información genética de un organismo

Los primeros organismo eran anaerobios y estrictos La escasez de compuestos y al crecimiento de la población,

solo sobrevivían los organismos con capacidad para elaborar esa sustancia

Los mutantes capaces de obtener energía, también metabolizando los productos de la degradación de la glucosa mediante mecanismo mejores a los de fermentación, desarrollaron dos sistemas:

Un sistema capas de movilizar los hidrogeniones Un sistema q permitiera activar el oxigeno como el aceptor

final de los hidrogeniones La aparición de estos dos sistemas acoplados con las raciones

de ATP marco el inicio de la respiración anaerobia

Evidencia fósil

Crenothrix, se encontró material orgánico, en lo particular fitano y pristano, resultante de la degradación de la clorofila

Kakabekia umbellata, tenia un gran parecido a un microorganismo descubierto por Siegel, solo subsistía en suelos ricos de amoniaco, no tenia núcleo y clorofila, y su crecimiento era lento

La Síntesis Prebiológica de Compuestos Orgánicos

La Tierra Primitiva

La Tierra se formó junto con el resto del Sistema Solar, de una nube densa que contenía gran cantidad de compuestos orgánicos.

Una vez que la Tierra se había condensado, su superficie se encontró expuesta a un intenso viento solar , al choque de meteoritos y grandes trozos de material que se seguían condensando, y al decaimiento radioactivo de elementos como el torio y el uranio .

Estos procesos provocaron que su temperatura superficial se elevara considerablemente y que grandes extensiones de ella se encontraran fundidas, lo cual provocó que el fierro y el níquel en estado líquido se desplazaran hacia el interior de la Tierra formando su núcleo. Estas altas temperaturas hicieron que se evaporase rápidamente la primera atmosfera que habia tenido la tierra. Los componentes de esta atmosfera no eran sino los elementos y compuestos gaseosos presentes en la nebulosa solar, sobre todo hidrógeno y helio.

Grandes cantidades de gases provenientes de fisuras en la superficie y de los primeros volcanes, fueron exhaladas del interior de la Tierra. Estos gases contenían sobre todo vapor de agua, nitrógeno y dióxido de carbono.

El resultado de estos procesos de degasamiento interno de la Tierra fue la rápida formación de la llamada atmósfera secundaria, en la cual muy pronto se formaron compuestos como el metano, el amoniaco, el acido cianhídrico, y otros más.

Esta segunda atmósfera carecía de oxigeno, al igual que la primera que tuvo la Tierra.

El hecho de que la atmosfera secundaria fuese rica en hidrógeno y pobre en oxígeno, daba por resultado un proceso importante: en tanto que la actualmente la radiación ultravioleta más energética que proviene del Sol es atrapada en las capas superiores e la atmósfera por las moléculas de ozono, en ausencia del oxigeno.

También llegaban a la tierra grandes cantidades de rayos cósmicos , que junto con la actividad eléctrica de la atmosfera, la radioactividad y el calor desprendido por los volcanes y otros procesos geológicos, constituían fuentes de energía químicamente aprovechables.

Los procesos de enfriamiento de la Tierra provocaron que el agua, que se encontraba en la atmosfera como vapor, se condensara, precipitándose en forma de lluvias torrenciales que fueron disolviendo grandes cantidades de las sales minerales de la superficie terrestre y se fueron acumulando en las oquedades formando así los primeros océanos.

Uno de los experimentos que vino a demostrar que los procesos de evolución química que antecedieron a la vida pudieron haber ocurrido en la Tierra primitiva, fue el que realizó en 1953 Stanley L. Miller, trabajando bajo la dirección del profesor Harold C. Urey.

Intentaron simular en el laboratorio las posibles condiciones de la atmosfera secundaria de la Tierra.

El Experimento de Miller - Urey

Al cabo de una semana se analizó el agua que se había condensado al enfriarse y que tenia disueltos los productos de las reacciones químicas.

El análisis revelo que se habían sintetizado, en el curso del experimento, cuatro aminoácidos: glicina, alanina, ácido aspártico y ácido glutámico, todos ellos componentes de las proteínas que forman a los seres vivos. También se habían formado ácidos grasos, los ácidos fórmicos, acético y propiónico, así como urea, otros aminoácidos no-proteínicos y muchos otros compuestos orgánicos.

Se había demostrado de esta manera que los componentes fundamentales para la aparición de los seres vivos se podía originar abióticamente

Simulando la Tierra PrimitivaLos experimentos posteriores, si bien

estaban basados en los principios generales de Miller – Urey, se fueron haciendo cada vez más complicados. Ya no solamente se simulaba la atmosfera primitiva sino, como lo hizo Ponnamperuma, también la hidrosfera, colocando un matraz en el que el agua se vaporizaba y acumulaba todos los productos de la reacción de una atmósfera reductora que en contacto directo con ella, formaba una sopa primitiva.

Al principio únicamente se utilizaban descargas eléctricas como fuentes de energía para estas reacciones de síntesis prebiológica, rápidamente se generalizo la utilización de otras formas de energía, como radiación ultravioleta, partículas aceleradas que simulaban las producidas por el decaimiento radioactivo de algunos elementos, o fuentes de calor que en la Tierra primitiva pudieron haber sido originadas por la actividad geológica.

De esta gama tan amplia de experimentos surgió una serie de compuestos orgánicos, todos ellos fundamentales para la vida: aminoácidos, purinas, pirimidinas, carbohidratos, moléculas enérgicas como ATP, y muchas más.