Como hemos hablado esta mañana en clase, os adjunto un documento para el que quiera saber más sobre la composición química de las biomoléculas.
Bioquímicas
sin carbono
Los científicos han especulado
sobre la posibilidad de que otro átomo en lugar del carbono formara estructuras
moleculares en otro tipo de bioquímica, pero nadie ha propuesto aún una teoría
global coherente que utilice tales átomos para formar todos los compuestos
moleculares necesarios para la vida.
Hay que tener en cuenta que
toda la bioquímica terrestre está basada en el carbono y algunas
consideraciones hacen pensar que solamente el carbono podría cumplir este
papel, y que una hipotética vida extraterrestre, que estaría presente fuera del
medio ambiente de la Tierra, no podría también sino basarse en el carbono.
Aunque recientemente se ha descubierto a la GFAJ-1, una bacteria del tipo
extremofilo que al ser privada del fósforo reemplaza a este con arsénico en su
ADN para continuar creciendo y desarrollándose, esta solo reemplaza uno de los
componentes auxiliares de las bases nitrogenadas, donde el carbono sigue siendo
la cadena troncal.
Esta tesis que surge, que hace
solamente al carbono “apto” para construir “la estructura molecular” de la
bioquímica, con exclusión de la posibilidad de los demás elementos, es la tesis
llamada chovinismo del carbono.
Bioquímica del silicio
El elemento químico básico que ha sido
propuesto para un sistema bioquímico alternativo es el átomo de silicio, puesto que el silicio tiene muchas propiedades químicas similares al
carbono, tiene los mismos cuatro enlaces, y está en el mismo grupo del cuadro periódico, el grupo 14.
Una ventaja que podría acarrear el
silicio son sus zeolitas, compuestos que bien utilizados podrían ser capaces de filtrar y
catabolizar sustancias, del modo de las enzimas de carbono terrestres: las
tareas básicas de la vida en nuestro planeta son posibles gracias a los enzimas, una serie de catalizadores con sus correspondientes soportes (las
proteínas). La naturaleza ha desarrollado toda una colección de ellos, cada uno
especializado en una función, como por ejemplo la hemoglobina, encargada del
intercambio del oxígeno, o las ferridoxinas, cuya misión es la transferencia
electrónica. La idea original consiste en sustituir estas enzimas por moléculas
basadas en el silicio.
Estos materiales son una especie de
arcillas que tienen una estructura molecular en forma de red en tres
dimensiones, formada por tetraedros de SiO4 y AlO4 unidos entre sí. Este entramado tiene
poros y cavidades de tamaño molecular, por lo que solo pueden ser atravesado
por aquellas moléculas con un tamaño suficientemente pequeño. Por eso también
se les llama tamizadores moleculares. Las zeolitas tienen un gran número de
similitudes estructurales con las proteínas naturales. Utilizando estas similitudes
pueden formase diferentes catalizadores que combinan las características de
robustez y estabilidad química de las zeolitas con la gran selectividad y
actividad molecular de los enzimas. En el Departamento Central de Investigación
y Desarrollo de la empresa Du Pont se han conseguido zeolitas capaces de simular el comportamiento de la
hemoglobina, el citocromo P450 y la proteína hierro-azufre.
Pero el silicio tiene una serie de desventajas como alternativa al carbono; los átomos
de silicio son aproximadamente 50% mayores, y más de 2 veces más masivos que
los del carbono. Tienen dificultad para formar dobles o triples enlaces
covalentes, que son importantes para un sistema bioquímico. Los silanos, compuestos
químicos de hidrógeno y silicio que son similares a los alcanos, son muy reactivos con el agua, y en largas cadenas se dividen
espontáneamente a temperatura ambiente. Las moléculas que incorporan polímeros
con cadenas que alternan los átomos de silicio y oxígeno, conocidos colectivamente como siliconas, son mucho más estables. Se sugirió que los productos químicos basados en
las siliconas sean más estables que los hidrocarburos equivalentes en un medio ambiente rico
en ácido sulfúrico, como eso se
encuentra en una serie de mundos extraterrestres.
Además, la química del silicio está
dominada por el enlace Si-O (los silicatos son los óxidos más abundantes en la
corteza terrestre) frente a la estabilidad del enlace de carbono C-C que
permite la formación de largas y complejas cadenas, de forma contraria a sus
contrapartes de sílice, las cuales generalmente se van haciendo cada vez más
inestables mientras más complejas y largas se vuelven.
Otro obstáculo es que el compuesto
principal de las arenas, el dióxido de silicio, el análogo del dióxido de carbono, es un sólido no
soluble a la temperatura donde habitualmente el agua es líquida, dificultando
la entrada del silicio en el metabolismo de los sistemas bioquímicos a base
agua, aunque la gama necesaria de las moléculas bioquímicas podría construirse
fuera de ellos. El problema suplementario con el sílice es que sería el
producto de una respiración aerobia. Si una forma de vida basada en el silicio
“respirara” utilizando el oxígeno, como lo hecho en la vida sobre la Tierra,
produciría probablemente el sílice como subproducto (los residuos) de ésta,
como el dióxido de carbono para la respiración terrestre.
Como el sílice es un sólido, y no un
gas, los órganos excretorios serían completamente diferentes de los pulmones de
los animales terrestres, así como de los estomas vegetales. Aunque los órganos
absorbentes de oxígeno podrían ser más o menos comparables, la excreción del
sílice sólido no podría hacerse por la misma vía sino solo para la absorción de
oxígeno, como es el caso para los compuestos del carbono de la vida terrestre.
