El carbono es uno de los elementos no metálicos más abundante en la naturaleza, aunque sólo constituye un 0,025% de la corteza terrestre, donde está presente principalmente en forma de carbonatos. Además las plantas, los animales e inclusive los seres humanos están constituidos por compuestos orgánicos complejos, conocidos como biomoléculas, donde el carbono, combinado con elementos como el hidrógeno, nitrógeno y otros átomos, proveen los requerimientos indispensables para el mantenimiento, desarrollo y continuidad de los seres vivos.
Dicho elemento está presente en los alimentos, así como también es de gran utilidad para la confección de ropa, forman distintos tipos de combustibles, se utilizan como medicamentos, colorantes, en la agricultura, entre otros.
Partiendo de esta premisa, surgen las siguientes interrogantes:
¿Cuáles son las formas en las que podemos encontrar el carbono en la naturaleza?
¿Cuáles compuestos se pueden formas a partir del átomo de carbono?
¿Cuál es la relación del carbono con el desarrollo de los seres vivos?
El carbono se encuentra representado en la naturaleza de distintas formas, a estos se les conoce como alótropos. Podemos encontrarlo por ejemplo en forma de grafito, el cual es una representación de carbono en su estado más puro, donde los átomos se encuentran conectados por enlaces covalentes formando láminas hexagonales, lo cual permite que este material se pueda utilizar en los lápices.
Otra forma es el carbón común o de humo negro, donde los átomos de carbono forman una estructura irregular y se podría decir que hasta desordenada, formando algo parecido a una telaraña, que es producto de la descomposición lenta y progresiva de plantas enterradas hace millones de años. Suele ser utilizado para la generación de energía térmica y también como filtro, ya que su estructura permite captar impurezas.
El diamante también es otra estructura en la que podemos encontrar el átomo de carbono en la naturaleza. Es el material de mayor dureza conocido a nivel mundial, debido a la organización cristalina de sus átomos unidos por enlaces covalentes, impidiendo que estas se separen, a diferencia del grafito.
Por último los fullerenos y nanotubos, los cuales son estructuras de unos pocos átomos de carbono con forma de esfera o tubo, los primeros utilizados para transportar en su interior compuestos para su posterior liberación y los segundos usados en la fabricación de materiales deportivos.
El carbono es un átomo que tiene la propiedad de unirse con otros átomos de su tipo para formar cadenas. De esta manera forma parte central de un grupo variado de compuestos con cadenas y anillos, cada uno a su vez con una diversidad de enlaces y por supuesto diferentes funciones, usos y propiedades.
Recordemos que el átomo de carbono es un elemento no metálico que se encuentra ubicado en el grupo IVA de la tabla periódica, lo cual le confiere la capacidad de tener cuatro electrones de valencia, por lo tanto puede formar cuatro enlaces covalentes con otros átomos de carbono formando cadenas carbonadas.
Por otra parte, el átomo de carbono al formar enlaces, libera más energía y por lo tanto es más estable con relación a otros tipos de átomos, esto es conocido como instauración y es de gran importancia porque determina la formación de cadenas carbonadas con enlaces simples, dobles, triples, abiertas, cerradas, ramificadas o no, generando con pocos elementos una gran variedad de compuestos, y además siendo el responsable de que el 90% de los mismos sean de naturaleza orgánica.
Ahora bien, dentro de los compuestos que se encuentran en la naturaleza, en cuya estructura principal se encuentran átomos de carbono se pueden mencionar los siguientes:
Los hidrocarburos, los cuales son compuestos formados por carbono e hidrógeno. Dentro de este grupo se encuentra por ejemplo el gas natural, utilizado principalmente como combustible para generar energía térmica. Este grupo de compuestos se sub dividen en alifáticos y aromáticos.
Entre de los hidrocarburos alifáticos, se encuentran los compuestos saturados representados por los Alcanos, y los compuestos insaturados representados por los Alquenos y Alquinos. Cada grupo con características, enlaces y funcionalidades distintas. Por su parte los hidrocarburos aromáticos se encuentran generalmente representados por una estructura cíclica, con forma de anillo, con seis átomos de carbono unidos por enlaces simples y dobles conjugados. Se les asigna el nombre de aromáticos porque muchos emiten olores intensos generalmente agradables.
Es pertinente acotar que actualmente el átomo de carbono también tiene la propiedad de unirse a otros elementos, sustituyendo uno de los átomos de hidrógeno de la cadena carbonada por elementos como el oxígeno, el nitrógeno y halógenos, así como también por asociaciones de átomos conocidos como grupos funcionales, y estos últimos son de suma importancia natural, pues intervienen en el desarrollo químico de los seres vivos.
Es pertinente recordar que los organismos vivos están conformados estructuralmente por biomoléculas que intervienen en la mayoría de los procesos propios de los seres vivos, reaccionando químicamente a fin de mantener a los organismos en estado óptimo y armónico. Estas reacciones se ejecutan debido a la asociación de todas aquellas estructuras y elementos ubicados eficazmente para tal fin. Los grupos funcionales presentes en cada molécula es lo que permite tal equilibrio.
Los grupos funcionales son definidos como la asociación de átomos ubicados estratégicamente dentro de la molécula, permitiéndoles reaccionar químicamente. Los principales grupos que se encuentran en las biomoléculas son los alcoholes, las cetonas, los aldehídos, los ésteres y las amidas.
Los alcoholes, las cetonas y los aldehídos, son de gran importancia biológica pues recordemos que los carbohidratos son las biomoléculas que les permite a los seres vivos adquirir la energía requerida para llevar acabo los procesos metabólicos y aunque en su mayoría molecularmente están compuestos por aldehídos y cetonas, son compuestos polihidroxilados, es decir, también cuentan en su estructura con alcoholes.
Los esteres juegan un papel fundamental en la naturaleza porque forma parte de una familia de compuestos conocidos como lípidos, dentro de los cuales podemos encontrar los esteroides, las prostaglandinas, las grasa, aceites, ceras e incluso los carotenos.
Las amidas, cumplen un rol muy importante en la naturaleza. Los aminoácidos se forman partiendo de este grupo, la asociación de estos, conforman las proteínas y las funciones y propiedades de dicho biopolímero dependerá de los aminoácidos presentes en ellos.
Ahora bien, existen biomoléculas que integran en una sola estructura los grupos funcionales mencionados, tal es el caso de los ácidos nucleicos, los cuales son sumamente importantes ya que estos llevan la información genética de los organismos vivos, ejemplo de ellos es el ADN, el cual contiene la información genética de los seres vivos y el ARN permite que el ADN se copie y descodifique. Ambas biomoléculas están estructuradas por nucleótidos, compuestos por una molécula de azúcar, un grupo fosfato y una base nitrogenada dentro de las cuales se encuentran la Adenina, Guanina, Citosina, Timina y Uracilo, todos compuestos orgánicos, en cuya base se encuentra el carbono, hidrógeno y otros elementos asociados a grupos funcionales.
El carbono es un elemento que es considerado como el pilar fundamental de la química orgánica, no es para menos, pues está presente en distintos estados bien sea en su estado natural, en forma de compuestos orgánicos e inorgánicos y hasta se ha sintetizado para formar diversos productos y objetos.
Las biomoléculas, dentro de las cuales se encuentran las proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos tienen propiedades funcionales, estructurales y energéticas que son de gran importancia para los seres vivos. Son sintetizadas sólo por estos y todas poseen una estructura en cuya base se encuentra el carbono.
Las biomoléculas son indispensables para el nacimiento, desarrollo y funcionamiento de cada una de las células que forman los tejidos, órganos y aparatos del cuerpo y su carencia y desequilibrio provocan el deterioro de la salud y el surgimiento de enfermedades.
Los seres vivos están condicionados por su actividad química. Son estas las que determinan la mayoría de la actividad biológica, metabólica y fisiológica de los organismos.
Es importante destacar que a rasgos generales, el carbono tienen un ciclo biogeoquímico particular, el cual permite la interacción de todos los seres vivos con la dinámica terrestre. La tierra, contiene una cantidad de carbono regular a lo largo del tiempo, el cual se transforma mediante distintas fases pasando de unos seres vivos a otros. Entonces se podría decir que cada átomo de carbono que hoy constituye nuestro organismo, seguramente antes se encontraba en otros seres vivos.
Las plantas mediante la fotosíntesis transforman la energía solar captada en hidratos de carbono. Cuando los animales consumen las plantas, incorporan dichas moléculas a la cadena alimenticia. Mediante la respiración y los desechos, parte de ese carbono es liberado de nuevo en la atmósfera terrestre y el resto regresará cuando ese ser vivo muera y comience su proceso de descomposición.
¿Qué está ocurriendo actualmente?, pues que los seres humanos están rompiendo el equilibrio del ciclo que ejecuta el carbono. Emitiendo mayor cantidad de dióxido de carbono de lo que la atmósfera puede procesar, por ello entonces hoy por hoy existen series problemáticas ambientales como el cambio climático.
De una u otra forma, es importante destacar la importancia biológica que posee el átomo de carbono, un elemento que al estar asociado con otros, da origen de forma sistemática a procesos que hoy por hoy representan la fuente química de la vida y que a su vez está presente en distintos ámbitos naturales, participando activamente en el mantenimiento del equilibrio planetario.
REFERENCIAS
Peretó J (2007). Fundamentos de Bioquímica. 1ra Edición. España.
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