2.18: Carbono - La Base Química para la Vida
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- Explicar las propiedades del carbono que le permiten servir como bloque de construcción para biomoléculas
El carbono es el cuarto elemento más abundante del universo y es el bloque de construcción de la vida en la tierra. En la tierra, el carbono circula por la tierra, el océano y la atmósfera, creando lo que se conoce como el Ciclo del Carbono. Este ciclo global del carbono se puede dividir aún más en dos ciclos separados: los ciclos geológicos del carbono tienen lugar a lo largo de millones de años, mientras que el ciclo biológico o físico del carbono tiene lugar de días a miles de años. En un ambiente no vivo, el carbono puede existir como dióxido de carbono (CO 2), rocas carbonatadas, carbón, petróleo, gas natural y materia orgánica muerta. Las plantas y las algas convierten el dióxido de carbono en materia orgánica a través del proceso de fotosíntesis, la energía de la luz.
El carbono es importante para la vida
En su metabolismo de los alimentos y la respiración, un animal consume glucosa (C 6 H 12 O 6), que se combina con el oxígeno (O 2) para producir dióxido de carbono (CO 2), agua (H 2 O), y energía, que se desprende como calor. El animal no necesita el dióxido de carbono y lo libera a la atmósfera. Una planta, por otro lado, utiliza la reacción opuesta de un animal a través de la fotosíntesis. Toma dióxido de carbono, agua y energía de la luz solar para producir su propio gas de glucosa y oxígeno. La glucosa se utiliza para la energía química, que la planta metaboliza de manera similar a un animal. La planta luego emite el oxígeno restante al ambiente.
Las células están hechas de muchas moléculas complejas llamadas macromoléculas, que incluyen proteínas, ácidos nucleicos (ARN y ADN), carbohidratos y lípidos. Las macromoléculas son un subconjunto de moléculas orgánicas (cualquier líquido, sólido o gas que contenga carbono) que son especialmente importantes para la vida. El componente fundamental para todas estas macromoléculas es el carbono. El átomo de carbono tiene propiedades únicas que le permiten formar enlaces covalentes a hasta cuatro átomos diferentes, lo que hace que este elemento versátil sea ideal para servir como el componente estructural básico, o “cadena principal”, de las macromoléculas.
Estructura de Carbono
Los átomos de carbono individuales tienen una capa de electrones más externa incompleta. Con un número atómico de 6 (seis electrones y seis protones), los dos primeros electrones llenan la capa interna, dejando cuatro en la segunda capa. Por lo tanto, los átomos de carbono pueden formar cuatro enlaces covalentes con otros átomos para satisfacer la regla del octeto. La molécula de metano proporciona un ejemplo: tiene la fórmula química CH 4. Cada uno de sus cuatro átomos de hidrógeno forma un solo enlace covalente con el átomo de carbono al compartir un par de electrones. Esto da como resultado un caparazón más exterior relleno.
Puntos Clave
- Todos los seres vivos contienen carbono de alguna forma.
- El carbono es el componente principal de las macromoléculas, incluyendo proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y carbohidratos.
- La estructura molecular del carbono le permite enlazarse de muchas maneras diferentes y con muchos elementos diferentes.
- El ciclo del carbono muestra cómo el carbono se mueve a través de las partes vivas y no vivas del medio ambiente.
Términos Clave
- regla del octeto: Una regla que establece que los átomos pierden, ganan o comparten electrones para tener una capa de valencia completa de 8 electrones (tiene algunas excepciones).
- ciclo del carbono: el ciclo físico del carbono a través de la biosfera, geosfera, hidrosfera y atmósfera de la tierra; incluye procesos tales como fotosíntesis, descomposición, respiración y carbonificación
- macromolécula: una molécula muy grande, especialmente utilizada en referencia a polímeros biológicos grandes (por ejemplo, ácidos nucleicos y proteínas)