Química y Ciencias de la vida

Mira profundamente en la naturaleza y entonces comprenderás todo mucho mejor, Albert Einstein.

Los animales son buenos amigos, no hacen preguntas y tampoco critican, George Elliot.

Química

La Química es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, así como los cambios que esta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Veamos algunos recursos para aprender y estudiar esta ciencia.

• Atomiks es una copia fiel y un tributo a Atomix, un rompecabezas clásico o, siendo más específicos, un juego de construcción de moléculas en el que tienes que construir moléculas a partir de átomos individuales. Es un juego de ciencia tan divertido como educativo. Si estás utilizando GNU/Linux, puedes instalar atomix. atomix está diseñado para escritorios Gnome (GNU/Linux).

“El jugador tiene la tarea de ensamblar una molécula a partir de los átomos; más específicamente, los átomos deben estar dispuestos en una forma específica, idéntica a la forma de la molécula que se muestra en el lado izquierdo de la pantalla. El jugador puede seleccionar un átomo y moverlo en cualquiera de las cuatro direcciones cardinales; sin embargo, un átomo al moverse sigue desplazándose siempre en la misma dirección hasta que golpea una pared u otro átomo. Resolver estos rompecabezas requiere cierta planificación para mover los átomos y en niveles posteriores, con un espacio libre más reducido, incluso encontrar el espacio para ubicar la molécula completa puede ser complicado” (extraído de Wikipedia).

• Periodica (Windows) y Kalzium (GNU/Linux) son programas similares que te muestran la tabla periódica de elementos. Haz clic en un elemento y obtendrás información detallada sobre sus propiedades.

Kalzium tiene una calculadora de peso molecular: Tools (Herramientas), Perform Calculations… (Realizar cálculos…) La masa molecular es la masa de una molécula de un compuesto expresada en unidades de masa atómica. Se calcula sumando las masas atómicas de todos los átomos que forman dicha fórmula.

Por ejemplo, para encontrar la masa molecular del amoniaco NH₃ = (1 * la masa atómica del nitrógeno N) + (3 * la masa atómica del hidrógeno H) = (1 x 14.0067) + (3 x 1.00794) = 14.0067 + 3.02382 = 17.0305 u y la masa molecular del ácido sulfúrico es H₂SO₄ = (2 * la masa atómica del hidrógeno) + (1 * la masa atómica del azufre) + (4 * la masa atómica del oxígeno) = (2 * 1.00794) + (1 * 32.065) + (4 * 15.9994) = 98.0785 u (98.07848).

Kalzium también posee un Balanceador de ecuaciones químicas. En una ecuación química, el número de átomos de cada elemento en los reactantes debe ser igual al número de átomos de cada elemento en los productos y, por consiguiente, cada lado de la ecuación debe contener la misma cantidad de cualquier elemento. 2H₂O -> 2H₂ + O₂ y P₄ + 5O₂ -> 2P₂O₅ son ecuaciones balanceadas porque hay un número igual de átomos de cada elemento en los lados izquierdo y derecho de ambas ecuaciones.

• RasMol es un programa de gráficos moleculares que permite la visualización de proteínas, ácidos nucleicos y moléculas pequeñas.

Para visualizar una molécula, necesitas un archivo aparte que especifique la estructura de la molécula, es decir, la posición de cada átomo en la molécula como coordenadas cartesianas X, Y y Z. El programa lee estos archivos de coordenadas moleculares y muestra interactivamente la molécula en la pantalla en varias representaciones y esquemas de color. Abre tu navegador favorito y navega a RCSB PDB. Por ejemplo, para redactar este artículo, escribí en el campo de búsqueda 5T6Q y encontré la siguiente entrada, “Structure of cytochrome P450 4B1 (CYP4B1) complexed with octane: An n-alkane and fatty acid omega-hydroxylase with a covalently bound heme,” a continuación haz clic en Download Files, PDB Format (Descargar archivos, Formato PDB).

Se trata de una base de datos de estructuras tridimensionales de proteínas y ácidos nucleicos. Su visión es permitir el acceso abierto al conocimiento acumulado de la estructura 3D, la función y la evolución de las macromoléculas biológicas, expandiendo las fronteras de la biología fundamental, la biomedicina y la biotecnología.

Una vez que hayas instalado RasMol, ejecútalo y selecciona File (Archivo), Open… (Abrir) Luego, navega al archivo que acabas de descargar, por ejemplo, 5t6q.pdb. La carpeta de descarga predeterminada suele ser “Mis documentos”, accesible a través del explorador de archivos.

• Avogadro es una herramienta de visualización y un editor molecular multiplataforma, gratuito y de código abierto. Está diseñada para ser útil en los campos de química computacional, modelado molecular, bioinformática, ciencia de materiales y áreas relacionadas. Ofrece una representación flexible de alta calidad y una potente arquitectura de complementos o extensiones pero es una herramienta bastante inestable.

Primero, vamos a abrir un archivo y navegar por la molécula. Para ello, haz clic en el menú File (Archivo) y selecciona la opción Open… (Abrir).

Avogadro proporciona un buen número de moléculas de ejemplo. Dependiendo de tu sistema operativo, podrás encontrarlos en C:\Archivos de programa(x86)\Avogadro\share\avogadro\fragments (Windows) o /var/lib/flatpak/app/org.openchemistry.Avogadro2/x86_64/stable/[…]/files/share/avogadro2/molecules (Ubuntu).

La captura de pantalla muestra el archivo etanol.cml (C₂H₆O) ya abierto en Avogadro y representado utilizando Cartoon y Ball and Stick (Bolas y Segmentos).

Las moléculas se pueden construir y editar con la herramienta de dibujo (lápiz). Puedes comenzar a crear una molécula haciendo clic con el botón izquierdo del ratón en la pantalla negra. Esto generará un átomo de carbono. Si la casilla Adjust Hydrogens (Ajustar hidrógenos) está marcada, la cantidad de hidrógenos de la molécula se ajustará automáticamente para satisfacer la valencia. El resultado es metano, un compuesto químico con la siguiente fórmula química: CH₄.

Al hacer clic con el botón izquierdo y arrastrar con el ratón, se generará un enlace con otro átomo de carbono. En otras palabras, dos átomos de carbono que están unidos entre sí. El resultado es etano, C₂H₆. Repite el proceso y Avogadro ajustará automáticamente la cantidad de hidrógenos. Continúa y cierra el ciclo de carbonos para generar ciclohexano, C₆H₁₂. Selecciona en el menú Extensions (Extensiones), la opción Optimize Geometry (Optimizar geometría) y se optimizará la geometría de la molécula.

Si deseas un átomo diferente, digamos Oxígeno, selecciona Oxígeno (8) en el menú desplegable Element (Elemento) y haz clic en la pantalla negra. Si la casilla Adjust Hydrogens (Ajustar hidrógenos) está marcada, los hidrógenos de la molécula se ajustarán automáticamente para satisfacer la valencia y el resultado será Agua, H₂O.

También puedes utilizar la herramienta de navegación para desplazarte, rotar y escalar la vista de una molécula.

Ciencias de la vida

Las Ciencias de la vida son el estudio de la vida y los organismos vivos, como microorganismos, plantas y animales, incluidos los seres humanos, y cómo interactúan entre sí y con su entorno. Se ocupan de todos los aspectos de la vida de los seres vivos: crecimiento, reproducción, enfermedades, alimentación, relación con el medio y con otros individuos de otras especies y de la misma especie, etc. La biología es la ciencia de la vida.

Hay muchas ramas diferentes de las ciencias de la vida: botánica (el estudio de las plantas), zoología (el estudio de los animales), ecología (el estudio de cómo los organismos interactúan con su entorno), microbiología (el estudio de los microorganismos. Los microorganismos son aquellos organismos que son demasiado pequeños para ser observados a simple vista como, por ejemplo, las bacterias, los hongos y los virus), epidemiología (el estudio de las enfermedades en poblaciones -humanos u otros animales-, específicamente cómo, cuándo y dónde ocurren), paleontología (el estudio de la vida en el pasado basándose en los fósiles), bioquímica (el estudio de moléculas y procesos químicos en los seres vivos o, dicho de otro modo, el estudio de la vida a nivel molecular), etc.

Para una breve y amena introducción a las Ciencias de la vida, te aconsejamos leer nuestros libros gratuitos Un viaje maravilloso y La vida.