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Lecciones de biología
Curso: Lecciones de biología > Unidad 36
Lección 1: Crash course: biologíaPor qué hay carbono en todas partes
Hank habla sobre las propiedades del carbono y el comportamiento de los átomos en la formación de enlaces. Creado por EcoGeek.
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Transcripción del video
Hola, soy Hank. Supongo que estás aquí porque te interesa
la biología, lo cual es lógico porque, como cualquier buena canción de 50 Cents, la biología
trata del sexo y de no morir, y todos los seres humanos deberían estar interesados
en el sexo y en no morir. Mi método para enseñar este curso de biología
es distinto de los métodos que ya conoces. Por ejemplo, no voy a pasar la primera clase
hablando de cómo voy a enseñar la clase, simplemente voy a empezar a enseñar la clase. En primer lugar, no te preocupes si voy demasiado
rápido, eso es lo bueno de que esto sea un video: puedes volver atrás y escuchar lo
que he dicho una vez más. Te prometo que no me molestará. Es más: Te animo a que lo hagas a menudo. Un gran profesor me dijo una vez que para
entender cualquier tema, solo necesitas saber un poco del nivel de complejidad que está
justo debajo de ese tema. El nivel de complejidad que está justo por
debajo de la biología es la química o, si eres bioquímico, probablemente dirías que
es la bioquímica. De modo que tenemos que aprender un poco de
química y ahí es donde vamos a empezar. Soy una colección de compuestos orgánicos
llamada Hank Green. Un compuesto orgánico es cualquier compuesto
químico que contiene carbono y el carbono es asombroso, ¿por qué? Por muchas razones, te voy a dar tres. En primer lugar, el carbono es pequeño. No tiene tantos protones y neutrones, casi
siempre son doce, rara vez tiene algunos neutrones extra y en ese caso es C-13 o C-14. Por eso, el carbono no ocupa mucho espacio
y puede adoptar formas elegantes. Puede formar anillos, dobles o incluso triples
enlaces, puede formar espirales, láminas y todo tipo de cosas realmente impresionantes
que las moléculas más grandes nunca conseguirían hacer. El carbono es como un gimnasta olímpico,
puede hacer cosas extraordinarias y hermosas porque es pequeño. En segundo lugar, el carbono es amable. No es como otros elementos que se desesperan
por ganar o perder o compartir electrones para conseguir el número exacto que quieren,
no, el carbono sabe lo que es estar solo así que no anda por ahí suplicando y diciendo:
“no puedo vivir sin tus electrones”, como lo hacen el cloro o el sodio. Por eso el cloro te destroza las entrañas
si lo respiras en forma gaseosa y por eso el sodio metálico si se ingiere explota. El carbono, en cambio, quiere más electrones
pero no va a matar por ellos. Es fácil trabajar con él, hace y rompe enlaces
como un adolescente en el centro comercial, pero nunca guarda rencor. En tercer lugar, al carbono le encanta unirse
a otros elementos porque necesita cuatro electrones extra, así que se enlazará con cualquiera
que esté cerca y, en general, se enlazará con dos, tres o cuatro al mismo tiempo. El carbono puede unirse a muchos elementos:
hidrógeno, oxígeno, fósforo y nitrógeno, también se une a otros átomos de carbono. Puede formar infinitas configuraciones, y
por eso es el elemento central de las complicadas estructuras que forman los seres vivos, como
nosotros. Como el carbono es pequeño, amable y le gusta
unirse, la vida se construye en torno a él. El carbono es la base de la biología. Es tan fundamental que a los científicos
les cuesta concebir una vida que no esté basada en el carbono. El silicio, que es análogo al carbono en
muchos aspectos, suele pensarse como un elemento potencial para la vida extraterrestre, pero
es más voluminoso y no tiene las mismas formas elegantes que el carbono. Tampoco se encuentra en ningún gas, lo que
significa que la vida tendría que formarse a partir de silicio sólido, mientras que
la vida en la Tierra sólo es posible porque el carbono está todo el tiempo flotando en
el aire en forma de dióxido de carbono. El carbono por sí solo es un átomo con seis
protones, seis electrones y seis neutrones. Los átomos tienen orbitales de electrones
y necesitan o quieren tener sus orbitales llenos para ser átomos felices y completos. El primer orbital de electrones, llamado orbital
S, necesita dos electrones para estar completo, luego está el segundo orbital S que también
necesita dos electrones, el carbono también lo tiene completo, luego tenemos el primer
orbital P que necesita seis para estar completo. Al carbono solo le quedan dos electrones,
así que necesita cuatro más. El carbono forma muchos enlaces que llamamos
covalentes, se trata de enlaces en los que los átomos comparten electrones. Por lo que el compuesto de carbono más sencillo,
que es el metano, es un carbono que comparte cuatro electrones con cuatro átomos de hidrógeno. El hidrógeno sólo tiene un electrón, así
que quiere tener su primer orbital S completo. El carbono comparte sus cuatro electrones
con esos cuatro hidrógenos y esos cuatro hidrógenos comparten cada uno un electrón
con el carbono, así que todo el mundo está contento. Podemos representarlo con un diagrama de puntos
y rayas o diagrama de Lewis. Gilbert Lewis, que también fue el responsable
de los ácidos y las bases de Lewis, fue nominado al Premio Nobel 35 veces y no ganó ninguna. Tuvo más nominaciones que nadie y ganó el
mismo número de premios Nobel que todos nosotros. A Lewis le disgustaba mucho esta situación. Puede que haya sido el químico más influyente
de su tiempo. Acuñó el término fotón, revolucionó las
ideas sobre los ácidos y las bases, produjo la primera molécula de agua pesada y fue
la primera persona en conceptualizar el enlace covalente del que estamos hablando ahora,
pero era muy difícil trabajar con él. Se vio obligado a renunciar a muchos puestos
importantes y también fue descartado para el Proyecto Manhattan. Así que mientras todos sus colegas trabajaban
para salvar a su país, Lewis escribió una novela horrible. Lewis murió solo en su laboratorio mientras
trabajaba con compuestos de cianuro después de haber almorzado con un colega más joven
y carismático que sí había ganado el Premio Nobel y trabajaba en el Proyecto Manhattan. Muchos sospechan que se suicidó con el cianuro,
pero el médico forense dijo que fue un ataque al corazón sin investigarlo realmente. Les conté toda esta historia porque bueno,
el diagrama de Lewis que les voy a mostrar fue creado por una persona, por un genio profundamente
conflictivo, no es una cosa científica abstracta que siempre haya existido. Alguien, en algún lugar, la ideó y fue una
herramienta tan maravillosamente útil que hemos utilizado desde entonces. En biología, la mayoría de los compuestos
pueden mostrarse en un diagrama de Lewis y una de las reglas generales para hacer estos
diagramas es que algunos elementos tienden a reaccionar entre sí de tal manera que cada
átomo termina con ocho electrones en su orbital más externo. A eso se le llama la regla del octeto porque
estos átomos quieren completar sus octetos de electrones para estar contentos y satisfechos. El oxígeno tiene 6 electrones en su orbital
externo y necesita 2, por lo que obtenemos H2O. También puede enlazarse con el carbono, que
necesita cuatro, por lo que con dos enlaces dobles con dos átomos de oxígeno diferentes,
se obtiene el CO2, ese molesto gas del calentamiento global y también el material del que están
hechas las plantas y, por tanto, toda la vida. El nitrógeno tiene cinco electrones en su
orbital externo, así es como los contamos. Hay cuatro marcadores de posición, cada uno
de ellos tendría dos electrones y, al igual que la gente que sube a un autobús, prefieren
empezar sin sentarse uno al lado del otro, no estoy bromeando sobre esto, realmente no
se juntan hasta que tienen que hacerlo, así que los contamos. Uno, dos, tres, cuatro, cinco. Entonces, para tener la máxima felicidad,
el nitrógeno se une con tres hidrógenos y forman amoníaco, o con dos hidrógenos
que se desprenden de otro grupo de átomos que llamamos grupo amino y si ese grupo amino
está unido a un carbono que está unido a un grupo ácido carboxílico, tienes un aminoácido. A veces los electrones se reparten por igual
en un enlace covalente, como en el caso del O2, que se denomina enlace covalente no polar,
pero a menudo uno de los participantes es más codicioso. En el agua, por ejemplo, la molécula de oxígeno
absorbe los electrones y pasan más tiempo alrededor del oxígeno que alrededor de los
hidrógenos. Esto crea una ligera carga positiva alrededor
de los hidrógenos y una ligera carga negativa alrededor del oxígeno. Cuando algo tiene una carga, decimos que es
polar. Tiene un polo positivo y otro negativo. Así que éste es un enlace covalente polar. Los enlaces iónicos se producen cuando, en
lugar de compartir electrones, los átomos simplemente donan o aceptan un electrón de
otro átomo y entonces viven felices como un átomo cargado o un ion. En general, los átomos preferirían ser neutros,
pero eso no es tan importante para ellos como tener los orbitales completos. El compuesto iónico más común en nuestra
vida diaria es la sal de mesa, NaCl, cloruro de sodio, pero no te dejes engañar por su
delicioso sabor: el cloruro de sodio, como he dicho antes, está formado por dos elementos
muy desagradables. El cloro es un halógeno o un elemento que
sólo necesita un protón para completar su octeto mientras que el sodio es un metal alcalino,
un elemento que sólo tiene un electrón en su octeto. Así que destrozarán alegremente cualquier
compuesto químico con el que entren en contacto buscando satisfacer la regla del octeto, pero
no puede ocurrir nada mejor que el encuentro del sodio con el cloro. Inmediatamente se transfieren electrones para
que el sodio no tenga ese electrón extra y el cloro complete su octeto. Se convierten en Na+ y Cl- y están tan cargados
que se pegan entre sí y a esa adherencia la llamamos enlace iónico. Estos cambios químicos son muy importantes:
recuerda que el sodio y el cloro acaban de pasar de ser mortales a ser deliciosos. También hay enlaces de hidrógeno, que no
son realmente enlaces. Recuerda el agua, espero que no te hayas olvidado
del agua, el agua es importante. Como el agua está unida con un enlace covalente
polar, el hidrógeno tiene una ligera carga positiva y el oxígeno tiene una ligera carga
negativa, así que cuando las moléculas de agua se mueven, se pegan un poco, el hidrógeno
al lado del oxígeno. Este tipo de enlace ocurre en todo tipo de
moléculas, especialmente en las proteínas, y juega un papel muy importante en la forma
en que las proteínas se pliegan para hacer su trabajo. Hay que tener en cuenta que los enlaces, que
pueden estar escritos con guiones o líneas sólidas o sin líneas, no tienen la misma
fuerza. A veces, los enlaces iónicos son más fuertes
que los covalentes, aunque eso es la excepción y no la regla, y la fuerza de los enlaces
covalentes varía enormemente, y la forma en que se crean y se rompen esos enlaces es
muy importante para el funcionamiento de la vida. Crear y romper enlaces es la clave de la vida
misma. Si ingirieras un poco de sodio metálico,
también es la clave de la muerte. Ten todo esto en cuenta mientras estudias
biología. Incluso la persona más sexy que hayas conocido
no es más que un puñado de compuestos químicos que andan de aquí para allá en una bolsa
de agua y de eso, entre otras muchas cosas, vamos a hablar la próxima vez.