Índex

1. Què és la vida? Matèria viva vs. matèria inerta

2. Nivells d’organització de la matèria viva

3. Els bioelements

4. El carboni, l’element de la vida

5. Els grups funcionals

6. EL TEMA EN DIAPOSITIVES

1. Què és la vida?

La Terra és plena de vida. Tot aquell racó del planeta compatible amb la vida, aquesta, l’ha ocupat. Fins i tot en ambients extrems i inhòspits s’hi troben éssers vius.

En aquest tema ens plantegem preguntes sobre aquest fet tan meravellós com és la vida. Què vol dir exactament aquest terme?

Els éssers vius són clarament distingibles de la matèria inerta, d’allò que no té vida. Distingir allò viu de la matèria inerta és una capacitat pròpia de la intuïció humana. Érem infants i ja sabíem veure que hi ha moltes diferències entre una mosca i una roca. Tanmateix, segurament ens costarà molt definir vida de manera precisa.

Podem entendre que vida és allò que manifesten els éssers vius. La capacitat intrínseca a la condició d’ésser viu.

Què vol dir ser un ésser viu? Què tenen en comú tots els éssers vius que els fa tan diferents de la matèria inerta? Si ens trobem vida més enllà del nostre planeta… sabrem reconèixer-la si no “s’assembla” a la nostra?

De què estan fets els éssers vius? Què tenen els éssers vius que no té una roca, el gel o el vidre? De què estan fets que són capaços de nodrir-se, de reproduir-se i un gra de sorra no ho pot fer? On són les diferències amb la matèria inerta?

Definir la vida no és fàcil. Podem començar per conéixer com és la matèria viva i quines característiques té.

Vull tornar a l’índex

La definició de vida no és senzilla. La biologia opta per descriure els trets comuns i propis de tots els éssers vius que ens permeten distingir-los de la matèria que no presenta vida.

Les principals característiques que defineixen els éssers vius són:

1) Estructura cel·lular

Els éssers vius es caracteritzen per posseir una matèria amb un elevat grau d’ordenació. La cèl·lula és el primer nivell d’organització exclusiu dels éssers vius. Tots els éssers vius estan constituïts per una (ésser viu unicel·lular) o més cèl·lules (ésser viu pluricel·lular).

La cèl·lula és la unitat bàsica de vida.

2) Funció de relació

Els éssers vius tenen la capacitat de captar estímuls del seu medi, tant intern com extern, interpretar aquests estímuls i donar una resposta adequada.

• Els estímuls són qualsevol factor que pot ser captat per un ésser viu, qualsevol canvi, en el seu medi intern o extern. Els estímuls poden ser químics (olors, concentració d’oxigen en sang, sabors,…) o físics (la temperatura, la llum, la pressió, el so…).

• Les respostes poden ser moviments, secrecions o simplement creixements direccionals, com succeeix amb les arrels de les plantes respecte a l’aigua (quimiotropisme) o amb les branques respecte a la llum (fototropisme).

Mitjançant la funció de relació els éssers vius també coordinen els seus aparells i sistemes per tal que puguin funcionar correctament.

3) Homeòstasi

L‘homeòstasi és la tendència al manteniment de l’equilibri i de l’estabilitat interns en els diferents sistemes biològics, des d’una cèl·lula o un organisme fins a un ecosistema.

Els organismes tenen la capacitat de mantenir en equilibri les condicions internes. Per exemple, els organismes han de regular amb precisió la quantitat d’aigua i sals dins de les cèl·lules, els seus cossos també han de mantenir temperatures apropiades perquè tinguin lloc les funcions biològiques.

4) Nutrició

Els éssers vius necessiten matèria i energia i l’obtenen del medi a través de la funció de nutrició. Hi ha organismes procariotes amb nutrició autotròfa (fotosintètics i quimisintètics) i altres amb nutrició heteròtrofa.

Els organismes eucariotes també poden ser autòtrofs (vegetals) o heteròtrofs.

En organismes pluricel·lulars aquesta funció s’acompleix amb la funció coordinada de diversos aparells o sistemes. En animals, per ex, la funció de nutrició la porten a terme l’aparell digestiu, el respiratori, el circulatori i l’excretor.

5) Metabolisme

Els éssers vius intercanvien matèria i energia amb el medi a través del metabolisme. El metabolisme és el conjunt de reaccions químiques que es duen a terme en un organisme, o en l’interior de les cèl·lules. es diferents reaccions químiques del metabolisme s’anomenen vies metabòliques i les molècules que hi intervenen metabòlits.

Segons la funció de la via metabòlica distingim:

• Anabolisme: reaccions de síntesi o formació de molècules complexes a partir d’altres de més simples, per exemple la formació de proteïnes a partir d’aminoàcids. Aquestes reaccions són generalment consumidores d’energia. S’utilitza l’e
• Catabolisme: reaccions de degradació on molècules complexes es descomponen en altres de més simples; per exemple, en el procés digestiu els aliments es degraden de proteïnes a aminoàcids o de polisacàrids a monosacàrids. Els glúcids, els lípids i les proteïnes incorporats del medi o procedents de les pròpies reserves es transformen en molècules cada vegada més senzilles (es degraden) al llarg de rutes oxidatives. Aquest procés allibera l’energia continguda als enllaços d’aquestes substàncies, energia que es transfereix a una molècula capaç de conservar-la: l’ATP.

Les reaccions anabòliques i catabòliques estan acoblades i unes depenen de les altres. La coordinació es realitzada gràcies a unes proteïnes específiques anomenades enzims. L’energia que s’allibera en el catabolisme és emprada en l’anabolisme i es transporta d’unes vies a altres en forma d’ATP.

6) Autopoesi

Els éssers vius són sistemes autopoètics: transformem la matèria convertint-la en part d’ells mateixos, de tal manera, que el producte és la seva pròpia organització. L’autopoesi es pot entendre com l’automanteniment.

És un terme introduit pels biòlegs xilens Matura i Varela que ho van definir com la capacitat d’un sistema per a organitzar-se de manera que l’únic producte resultant sigui ell mateix. No hi ha separació entre productor i producte.

7) Reproducció

Els éssers vius són capaços de multiplicar-se (reproduir-se). Mitjançant la reproducció es produeixen nous individus idèntics o semblants als progenitors, al que anomenem descendència i es garanteix la perpetuïtat de l’espècie.

Els éssers procariotes es reprodueixen asexualment.

Els eucariotes poden tenir dos tipus de reproducció:

• Asexual En la reproducció asexual un sol organisme és capaç d’originar altres organismes nous, que són còpies exactes del progenitor des del punt de vista genètic.
  

  Els animals tenen reproducció sexual

• Sexual: La reproducció sexual requereix la intervenció de dos individus de sexes diferents. Els descendents seran resultat de la combinació de l’ADN dels dos progenitors i, per tant, seran genèticament diferents dels progenitors i, en general, també diferents entre si. Aquesta forma de reproducció és la més freqüent en els organismes vius multicel·lulars.

8) Evolució i adaptació de les poblacions

Tots els éssers vius provenen d’un avantapassat comú. La selecció natural actua sobre les poblacions permetent la supervivència dels organismes més adaptats al medi. En conseqüència les espècies d’éssers vius evolucionen al llarg del temps.

La definició del Diccionari Henderson de Termes Biològics:

Vida subst. Els organismes vius es poden distingir d’altres sistemes fisicoquímics complexos per la seva capacitat d’emmagatzemar i transmetre informació molecular en forma d’àcids nucleics, per posseir catalitzadors enzimàtics, per les seves relacions energètiques amb el medi ambient, pels seus processos interns de conversió d’energia (per ex. fotosíntesi, respiració i altres activitats metabòliques catalitzades per enzims), per la seva capacitat de créixer i reproduir-se i per la seva capacitat de respondre a estímuls (irritabilitat)-

Lectures interessants

Què és la vida? Segons els científics

Por qué no tenemos una definición de vida, ni la necesitamos.

La escurridiza definición de vida

Vull tornar a l’índex

 

2. Nivells d’organització de la matèria

La matèria viva i la matèria inerta no tenen diferències força significatives pel que fa a la “matèria primera” però sí que és evident que hi ha una diferència molt notable quan ens fixem en com s’organitza la matèria en els éssers vius. La complexitat dels éssers vius és molt superior.

Enfront de la gran complexitat que mostra la vida, per l’estudi de la biologia és útil i necessari establir uns nivells d’organització de la matèria viva, és a dir, establir una jerarquia que reflecteixi els diferents graus de complexitat amb què aquesta es presenta.

El concepte de nivells d’organització implica que tant en el món inert com en el món vivent, la matèria s’ordena i dona lloc a estructures o components més complexos, que al seu torn s’ordenen per donar lloc a sistemes de complexitat superior.

Cada nivell, doncs, inclou com a components tots els dels nivells inferiors. Tanmateix, un nivell concret és quelcom més que el sumatori dels elements dels nivells inferiors. Les propietats de cadascun no són simplement la suma de les propietats dels seus components, sinó que sorgeixen noves propietats de la interacció entre aquests components. Aquesta característica rep el nom d’emergència i les noves propietats que apareixen, propietats emergents.

Els set nivells d’organització de la matèria viva són: el subatòmic, l’atòmic, el molecular, el cel·lular, el pluricel·lular, el de població i el d’ecosistema.

Cal destacar que la matèria viva presenta una organització jeràrquica molt superior a la que apareix en la matèria inerta, on l’organització arriba a nivell molecular.

Abans de començar,  vols provar d’ordenar els nivells d’organització amb aquesta activitat digital?

Nivell subatòmic

Està constituït per les partícules subatòmiques que formen els àtoms: els protons (partícules amb càrrega positiva), els neutrons (partícules sense càrrega) i els electrons (amb càrrega negativa).

Els protons i els neutrons es disposen al centre i constitueix en nucli atòmic. Els electrons es distribueixen al voltant del nucli, en diferents orbitals.

Nivell atòmic

Està format pels àtoms, que són la part més petita d’un element químic (substància simple), és a dir, d’una substància que no es pot descompondre en d’altres de més senzilles.

També podem descriure-ho al revés: anomenem element químic aquella substància que està formada només per un sol tipus d’àtoms. Aquests àtoms es consideren la part més petita de la matèria que conserva les propietats químiques. Els diferents tipus d’àtoms (segons nombre atòmic o nombre de protons) donen lloc a la diversitat d’elements químics que conformen tota la matèria de l’Univers i que apareixen ordenats en la Taula Periòdica dels Elements Químics. Hi ha 118 elements, però només 92 d’ells tenen lloc de manera natural. La resta dels elements han estat creats a laboratoris i són inestables.

Per exemple, un àtom de ferro (Fe), un àtom d’oxigen (O), un àtom de carboni (C), un àtom d’hidrogen (H), etc.

Els éssers vius, com a matèria que som, estem també formats per àtoms.  Els elements que componen els éssers vius (els anomenem bioelements) es troben per tot l’Univers, no són exclusius de la matèria viva, però sí que observem que aquests apareixen en proporcions diferents de les de la matèria inerta.

Nivell molecular

A la natura els àtoms interaccionen i s’uneixen amb altres per aconseguir estabilitat atòmica. La unió de dos o més àtoms dona lloc a les molècules. La força que manté aquesta unió rep el nom d’enllaç químic.

Es coneixen tres tipus d’enllaços diferents, però tan sols dos d’ells tenen una importància biològica remarcable: l’enllaç iònic (atracció electroestàtica entre ions carregats oposadament) i l’enllaç covalent (compartició de parell d’electrons entre àtoms).

Les molècules que constitueixen éssers vius s’anomenen biomolècules. N’hi ha de dos tipus: les biomolècules orgàniques i les inorgàniques.

• Biomolècules inorgàniques. Són biomolècules no sintetitzades pels éssers vius i  que bàsicament no estan constituïdes per cadenes d’àtoms de carboni.

Exemples: l’aigua (H₂O), l’oxigen (O₂), el diòxid de carboni (CO₂) i sals minerals (NaCl, CaCO₃, Ca₃(PO₄)^₂, són exemples de biomolècules inorgàniques. Les sals minerals acostumem a trobar-se en forma iònica: anions: com el fosfat (PO₄^3–) o bicarbonat (HCO₃^–) i cations, com l’amoni (NH₄⁺).

• Biomolècules orgàniques. Són les sintetitzades pels éssers vius i que estan constituïdes, bàsicament constituïdes bàsicament per àtoms de carboni units entre si mitjançant enllaços covalents. Generalment, també solen contenir uns altres tipus d’àtoms, bàsicament hidrogen (H) oxigen (O), nitrogen (N), sofre (S) i fòsfor (P).

Existeix una gran varietat de molècules orgàniques que són capaces d’exercir totes les funcions que caracteritzen els éssers vius. Tot i la immensa diversitat de biomolècules orgàniques, aquestes pertanyen a només quatre tipus de molècules diferents: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics.

Dins del nivell molecular es poden diferenciar diversos subnivells de complexitat creixent: el subnivell de macromolècula, el subnivell de complex supramolecular i el subnivell d’orgànul cel·lular.

• Macromolècules. Són el resultat de la unió de moltes molècules orgàniques petites. La majoria de les macromolècules biològiques són polímers, llargues cadenes compostes de subunitats moleculars repetitives, o unitats moleculars estructurals, anomenades monòmers.  Per exemple, la macromolècula del midó (polímer) és el resultat de la unió de moltes molècules de glucosa (monòmer).
• Complexos supramoleculars. Són el resultat de la unió de diverses macromolècules. Per exemple, les glicoproteïnes són el resultat de la unió de macromolècules glucídiques i proteïnes.
• Orgànuls cel·lulars. Estan formats per la unió de complexos supramoleculars. Per exemple, els lisosomes, els ribosomes i l’aparell de Golgi, entre d’altres. Els orgànuls cel·lulars no es consideren éssers vius perquè són incapaços de dur a terme les tres funcions vitals per si mateixos.

Nivell cel·lular

El nivell cel·lular comprèn les cèl·lules. Aquest és el primer nivell exclusivament biòtic, ja que aquest grau d’organització és propi de la matèria viva. La matèria inerta no presenta una organització tan complexa i funcional.

Estructuralment, la cèl·lula es pot definir com una unitat de matèria viva delimitada per una membrana, que conté un citoplasma i un material genètic amb la informació sobre la seva estructura i el seu funcionament. Aquest material és l’àcid desoxiribonucleic (DNA).

A nivell funcional, la cèl·lula es pot definir com l’estructura més senzilla possible de matèria viva autònoma, és a dir, capaç de nodrir-se, reproduir-se i relacionar-se per si mateixa.

Hi ha dos tipus de cèl·lules: les cèl·lules procariotes i les eucariotes.

• Les cèl·lules procariotes són les que no tenen nucli diferenciat. El material genètic no està protegit per un embolcall nuclear.
• Les cèl·lules eucariotes són les que tenen nucli diferenciat. El material genètic està envoltat per una membrana i constitueix un nucli. A grans trets es poden distingir dos tipus de cèl·lula eucariota: la cèl·lula animal i la cèl·lula vegetal.

Dins del nivell cel·lular es diferencia el subnivell de colònies cel·lulars, com les que formen les algues Vòlvox. Les colònies no es consideren éssers pluricel·lulars, ja que cadascuna de les cèl·lules duu a terme totes les funcions de manera individual. Per això, si una cèl·lula queda aïllada, no té cap problema de supervivència.

Vull tornar a l’índex

Nivell pluricel·lular

El nivell pluricel·lular comprèn les estructures que estan constituïdes per més d’una cèl·lula. Dins d’aquest nivell es distingeixen els subnivells següents: tal·lus, teixit, òrgan, sistema i aparell. Els sistemes i els aparells, que funcionen conjuntament i de forma coordinada, constitueixen l’organisme.

• Tal·lus: agrupació de cèl·lules no diferenciades. Propi d’algues, fongs, líquens i molses.
  

  Els quatre tipus principals de teixits en animals

• Teixit: conjunt de cèl·lules diferenciades que fan la mateixa funció i que comparteixen un mateix origen embriològic. En vegetals trobem per exemple el teixit epidèrmic, el meristemàtic, el parenquimàtic, el col·lenquimàtic, esclerènquima, xilema i floema. En animals trobem quatre grans teixits: epitelial, muscular, conjuntiu i nerviós.

• Òrgan: És una estructura constituïda per diversos teixits que realitza una funció determinada. En vegetals: tija, fulla, arrel són exemples. En animals: cor, fetge, ronyó, pell en són exemples.
• Sistema: conjunt d’òrgans semblants, formats per un únic tipus de teixit que desenvolupa de manera coordinada una funció determinada. Per ex. sistema nerviós o endocrí.
• Aparell: conjunt d’òrgans que poden ser de teixits molt diferents, que actuen de manera coordinada per acomplir una determinada funció. Per exemple l’aparell digestiu.

Nivell població

El conjunt d’individus d’una mateixa espècie biològica que conviuen en un mateix espai formen poblacions. Entre aquests individus apareixen relacions intraespecífiques (familiars, estatals, gregàries, colonials,…).

La població de zebres, de formigues o pins d’un determinat indret en són exemples.

Nivell ecosistema

Un ecosistema està format per una biocenosi (part biòtica) i un biòtop (part abiòtica).

• La biocenosi està constituïda pel conjunt de poblacions d’espècies diferents que viuen en una mateixa zona. Entre aquestes poblacions es donen relacions interespecífiques (depredació, competència, parasitisme, mutualisme, comensalisme, simbiosi…). La biocenosi es divideix en la fitocenosi (els vegetals), la zoocenosi (els animals) i la microbiocenosi (els microorganismes).
• El biòtop és el lloc o l’hàbitat on viu la comunitat d’éssers vius. Les característiques ambientals del biòtop (llum, temperatura, humitat, tipus de sòl, per exemple) condicionen el tipus de comunitat que es desenvolupa en aquell espai.

Si vols consultar més fonts, per resoldre dubtes, ampliar coneixement:

• Un bon article, que et pot aclarir aspectes sobre Evolución de la materia viva
• Niveles de organización de la materia de la web Biolgo de Bata

Vull tornar a l’índex

3. Els bioelements

Els elements químics que els trobem constituint la matèria viva reben el nom de bioelements o elements biogènics. Un element químic és un tipus de matèria constituïda per àtoms de la mateixa classe, amb un nombre determinat de protons nuclears en la forma més simple

Hi ha un total de 118 elements químics a la Terra, dels quals 26 han estat obtinguts en condicions de laboratori. Dels 92 restants, només 27 són considerats bioelements, justament perquè es troben formant part de la matèria viva.

Els bioelements no són exclusius de la vida. La matèria inerta també els conté, però amb abundàncies diferents.

Aquest fet confirma la idea que la vida es va desenvolupar a partir d’uns determinats elements químics que presenten unes propietats fisicoquímiques adients per a realitzar els processos necessaris en els éssers vius.

3.1. Bioelements primaris, secundaris i oligoelements

Però no tots els bioelements són indispensables ni igual d’abundants ni comuns, a tots els éssers. Atenint-nos a la seva abundància (no importància), es poden agrupar en tres categories:

• Bioelements primaris: formen el 96% de tota la matèria viva a la Terra.
• Bioelements secundaris: formen el 3,9% de la matèria viva.
• Oligoelements: representen el 0,1% de la matèria viva total.

3.1. Bioelements primaris

Són els elements que apareixen en una proporció mitjana del 96% en la matèria viva, i són carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen, fòsfor i sofre. Amb aquests elements es forma la pràctica totalitat de les molècules biològiques.

Aquests elements formen part de la matèria viva en un percentatge molt superior als restants gràcies a les seves propietats fonamentals:

• Tenen un pes atòmic baix: C = 12, H = 1, O = 16 i N = 14; en ser elements lleugers tenen facilitat per formar enllaços covalents estables.
• El carboni, nitrogen i oxigen, poden compartir més d’un parell d’electrons, i formar enllaços covalents dobles i triples, la qual cosa els proporciona una gran versatilitat per a formar enllaços químics amb altres elements i permet la formació de cadenes més o menys llargues, les quals, posteriorment, es poden ramificar i adoptar disposicions tridimensionals o bé tancar-se tot formant anells.
• Els seus compostos presenten polaritat de manera que fàcilment es dissolen en l’aigua, la qual cosa facilita la seva incorporació i la seva intervenció en les rutes metabòliques.
• Encara que no són dels més abundants, tots ells es troben amb certa facilitat en les capes més externes de la Terra (escorça, atmosfera i hidrosfera) i poden ser fàcilment incorporats a la biosfera. Això afavoreix els cicles biològics.
• El C i el N presenten la mateixa afinitat per unir-se tant a l’oxigen com a l’hidrogen, és a dir, passen amb la mateixa facilitat de l’estat oxidat (CO₂, HNO₃) al reduït (CH₄, NH₃). Això és molt important en els processos d’oxidació-reducció, que són la base de moltes reaccions químiques.
• Els compostos formats per C, H, O i N en els organismes vius es troben en estat reduït. Com l’oxigen és molt abundant a la superfície del planeta, els compostos tendeixen a oxidar per formar compostos de baixa energia, com el diòxid de carboni i l’aigua. L’energia despresa en aquestes oxidacions és aprofitada per a les funcions vitals dels organismes.

Amb els bioelements primaris es forma la pràctica totalitat de les molècules biològiques. És a dir, aquests elements tenen les característiques necessàries per formar les molècules que utilitzen els éssers vius per construir-se.

 3.2 Bioelements secundaris

Apareixen en una proporció propera al 3 %. Són: calci, sodi, potassi, magnesi i clor (Ca, Na, K, Mg i Cl) No tenen un paper important en la formació de macromolècules, però desenvolupen funcions de vital importància en fisiologia cel·lular.

El Na, Cl, K, són els responsables de la creació dels gradients de membrana, imprescindibles per a la transmissió de l’impuls nerviós. Mantenen l’equilibri osmòtic i neutralitzen càrregues de macromolècules.

El C en forma iònica (Ca²⁺) participa en la contracció muscular, coagulació sanguínia i en la transmissió de l’impuls nerviós. Com CaCO₃ (Carbonat de calci) forma estructures esquelètiques.

El Mg forma part de la molècula de clorofil·la i actua com a catalitzador en moltes reaccions químiques.

3.3 Oligoelements

Són elements vestigials o traça, que apareixen en la matèria viva en proporció inferior al 0,1% i són també essencials per a la vida. Encara que participant en quantitats infinitesimals, no per això són menys importants, ja que la seva carència pot comportar greus trastorns per als organismes.

Dins aquests tenim:

• oligoelements indispensables que els trobem en tots els éssers vius, com són: el manganès (Mn), ferro (Fe), cobalt (Co), coure (Cu), zinc (Zn), fluor (F), iode (I) i liti (Li)
• oligoelement variables que no estan present en totes les espècies, però són essencials per algunes: bor (B), alumini (Al), Vanadi (V), Molibdè (Mo) i silici (Si).

Encara que els bioelements també són presents en el medi inert (geosfera, hidrosfera, atmosfera) les proporcions en què es troben en els éssers vius són molt diferents de les que es presenten al medi. Per exemple: el carboni representa només un 0,18% del medi inert mentre que en el cos humà la seva proporció és molt més gran: el 19,37%. Per tant, els éssers vius acumulen al seu organisme elements relativament escassos al medi inert i això suposa un consum considerable d’energia.

Vull tornar a l’índex

4. L’element de la vida: el carboni

D’entre els bioelements, cal destacar el protagonisme indiscutible del carboni. El carboni és l’element de la vida. Sense el carboni no seríem aquí.

El carboni és la base de la vida, tal com la coneixem. S’ha especulat si hi podria haver, en altres llocs, vida basada, per exemple, en el silici. I, tot i no excloure del tot la possibilitat, no sembla una solució probable.

El carboni no es va formar durant el Big Bang. Durant els inicis del Big Bang es van formar només hidrogen, heli i traces de liti. La resta dels elements, entre ells el carboni, es va crear més tard.

El carboni es forma a l’interior de les estrelles, en el que s’anomena nucleosíntesi estel·lar. Quan es produeix una triple col·lisió de nuclis d’heli, apareix el carboni. Aquest procés de fusió nuclear forma part del cicle CNO (carboni-nitrogen-oxigen)  que proporciona part de l’energia produïda per les estrelles. Les supernoves permeten dispersar el carboni i els altres elements per la galàxia.

Al nostre planeta el carboni el trobem formant part de l’atmosfera (CO₂, CH₄), de la hidrosfera (dissolt a l’aigua) i a la geosfera, on juntament amb altres elements com calci, magnesi i ferro forma enormes masses rocoses (calcària, dolomita, marbre, etc.).

Depenent de les condicions de formació, es pot trobar a la natura en diferents formes al·lotròpiques, carboni amorf i cristal·lí en forma de grafit o diamant.

A pressió normal, el carboni adopta la forma del grafit, en què cada àtom està unit a tres més en un pla compost de cel·les hexagonals.

A molt altes pressions, el carboni adopta la forma del diamant, en el qual cada àtom està unit a quatre àtoms de carboni més. El diamant presenta la mateixa estructura cúbica que el silici i el germani i, gràcies a la resistència de l’enllaç químic carboni-carboni, és, juntament amb el nitrur de bor, la substància més dura coneguda.

Però el carboni és el pilar bàsic de la química orgànica; es coneixen prop de 10 milions de compostos de carboni, i forma part de tots els éssers vius coneguts.

Glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics són el resultat de la capacitat que té el carboni per enllaçar-se i formar infinitat de molècules de dimensions, formes i funcions molt variables.

Per entendre perquè el carboni té facilitat per a formar molècules cal fixar-se en l’estructura de l’àtom de carboni.

El carboni és un element químic de nombre atòmic 6 i símbol C. El carboni té 6 protons i 6 electrons (Z=6). Els seus isòtops naturals són: C-12 (99%), C-13 (1%), C-14 (traces).

La seva configuració electrònica (1s² 2s² 2p²) ens indica que hi ha 4 electrons en la seva última capa, faltant-li altres 4 per completar (configuració de capa completa).  Per això, el carboni tendeix a compartir els 4 electrons del seu darrer nivell mitjançant quatre enllaços covalents.

Els enllaços covalents del carboni poden ser simples (comparteixen un parell d’electrons), dobles (comparteixen dos parells), i triples (comparteixen tres parells). Aquestes són les possibilitats per aconseguir els 8 electrons de la capa de valència:

La gran tendència a formar enllaços covalents apolars estables amb altres àtoms de carboni i, també, amb àtoms d’hidrogen li permet constituir anells i llargues cadenes hidrocarbonades, ramificades o no (macromolècules).

Les cadenes hidrocarbonades són apolars i, per tant, insolubles en aigua, la qual cosa és necessària per poder constituir estructures estables.

Segons el nombre d’àtoms de carboni, d’enllaços simples i/o dobles i la presència o no d’anells, cada macromolècula té propietats diferents, de manera que, virtualment, poden existir un nombre il·limitat d’elles.

Les cadenes es poden replegar de formes diferents i, com que els quatre enllaços del carboni estan dirigits cap als quatre vèrtexs d’un tetraedre imaginari, es poden formar estructures tridimensionals. Tot això possibilita la formació de diferents tipus de molècules amb l’estructura tridimensional necessària.

Per això, la vida està constituïda per carboni i no per silici, un àtom amb la configuració electrònica de la seva capa de valència igual a la del carboni.

El fet és que les cadenes silici-silici no són estables i les cadenes de silici i oxigen són pràcticament inalterables, i mentre el diòxid de carboni, CO2, és un gas soluble en aigua, el seu equivalent en el silici, SiO2, és un cristall sòlid, molt dur i insoluble (quars).

LECTURA: ¿Por qué no es probable una vida basada en el silicio?

Vull tornar a l’índex

4.1. El cicle del carboni

El carboni és un element que és intercanviat entre els éssers vius i el medi. El cicle del carboni, en el cas de la Terra, és particularment complex pel fet d’haver-hi diversos intercanvis entre la geosfera, la biosfera, la hidrosfera i l’atmosfera.

El cicle biogeoquímic del carboni és una varietat de processos on s’intercanvia el carboni entre l’atmosfera, la matèria orgànica, l’oceà i l’escorça terrestre. És a dir, el cicle del carboni és una forma de reciclatge del carboni en diferents compostos químics, estats de la matèria i ecosistemes.

El cicle del carboni implica l’obtenció d’aquest element per ser utilitzat pels éssers vius com a font d’energia, i el retorn al medi ambient, on pot ser reutilitzat novament.

En aquest cicle podem distingir:

El cicle biològic del carboni:

Comprèn els intercanvis de carboni (CO2) entre els éssers vius i l’atmosfera. Els tres processos d’intercanvi de C són la fotosíntesi, la respiració i la fermentació.

Mentre que la fotosíntesi és el procés mitjançant el qual el carboni atmosfèric queda retingut en vegetals en forma de molècula orgànica (s’incorpora a la biosfera); la fermentació (descomposició de la matèria orgànica i formació d’humus) i la respiració retornen el carboni a l’atmosfera.

Les fórmules químiques d’aquests intercanvis són:

El cicle geològic del carboni:

El cicle geològic del carboni ocorre a una escala molt gran de temps mitjançant processos geològics, com són la meteorització, el vulcanisme, la sedimentació, la precipitació i la fossilització de la matèria orgànica.

La majoria del carboni de la terra està emmagatzemat en forma inert a la litosfera, formant roques calcàries.

Durant el cicle geològic del carboni, el carboni es mou des de les roques del sòl cap als oceans mitjançant la meteorització i l’escorriment de la pluja. El carboni també entra als oceans des de l’atmosfera, a mesura que el diòxid de carboni es dissol a l’aigua, formant àcid carbònic i ions de bicarbonat.

El bicarbonat és part de les petxines de moltes criatures marines. Aquestes petxines i altres materials orgànics submergits formen el sediment i les roques que cobreixen el sòl marí. El carboni es pot mantenir emmagatzemat profundament als sediments i les roques durant milions d’anys fins que un esdeveniment, com una erupció volcànica, el torna a l’atmosfera en forma d’emissió de CO₂.

Vull tornar a l’índex

5. Els grups funcionals

Les combinacions del carboni amb altres elements permeten l’aparició d’una gran varietat de grups funcionals que donen lloc a les diferents famílies de compostos orgànics. Un grup funcional és una agrupació d’àtoms característica que confereix a la molècula les seves principals propietats físiques i químiques.

Així doncs, a partir del carboni i un reduït nombre d’elements es poden formar una gran quantitat de molècules diferents que presenten propietats molt específiques amb gran capacitat d’adaptació evolutiva.

Ordre d’importància dels grups funcionals quan es troben en la mateixa molècula:

èter < amina < fenol < alcohol < cetona < aldehid < nitril < amida < èster < àcid carboxílic

Vull tornar a l’índex

6. Els apunts en diapositives

La presentació que et pot servir de guia per les classes:

 

Vull tornar a l’índex