junio 10, 2014

Historia de la Lógica Transcursiva (Capítulo 241)

Cuaderno X (páginas 1447 a 1452)

(Continuando con el tema de la codificación de la Tabla del Código Genético, hoy veremos cómo justificamos los códigos decimales y binarios, que nosotros, hemos asignado a las bases nitrogenadas; para lo cual tomaremos como base el excelente trabajo de C. M. Yang. Sinceramente, a esta altura de la investigación, parece una broma. ¿Por qué digo esto? Porque no se puede creer que alguien haya hecho el mismo trabajo que yo, pero en biología y me permita corroborar, absolutamente, mi teoría.)

Justificación de los valores decimales (y binarios) asignados a las bases, desde el trabajo de C. M. Yang, y en el mío.

Antecedentes: teoría química estructural - Enlaces químicos: fuerza que mantiene unidos a los átomos en una molécula.
En 1916 se descubrieron dos clases de enlaces químicos: a) enlace iónico (W. Kossel) = transferencia de electrones; y b) enlace covalente (G. N. Lewis) = compartir electrones.

El principio básico de las teorías anteriores es el alcanzar una configuración electrónica estable en un átomo concebido como un núcleo (+) rodeado de distintas capas de electrones o niveles energéticos concéntricos.

"El enlace covalente es típico de los compuestos de carbono, y por ende, el más importante de la Química Orgánica.

- En 1926 surge la teoría conocida como 'Mecánica Cuántica', cuyos desarrollos más útiles para el tema, son los de E. Schrödinger, que desarrolló expresiones matemáticas para describir el movimiento de un electrón, en función de su energía; conocidas como 'ecuaciones de onda' (E₀), que asignan al electrón, propiedades de partícula y onda.

Una E₀ tiene diversas soluciones: las 'funciones de onda', y cada una corresponde a un nivel de energía distinta para el electrón.

- Orbitales atómicos: una E₀ no puede indicarnos exactamente el lugar que ocupa un electrón, en un momento dado; ni lo rápido que se está moviendo; ni nos permite dibujar una órbita precisa alrededor del núcleo. En cambio, nos revela la 'probabilidad' de encontrar un electrón en cualquier lugar particular.

La región del espacio en la que es probable que se encuentre un electrón, se denomina: 'orbital'. Hay distintos tipos. El tipo particular que ocupa un electrón depende de su energía. Son de interés sus formas y sus 'posiciones recíprocas', pues determinan la disposición espacial de los átomos en la molécula, y su comportamiento químico. Es útil visualizar un electrón como una 'nube', que sería como una especie de 'fotografía' borrosa del electrón en rápido movimiento. La forma de la 'nube', es la forma del orbital. Esta nube no es homogénea, ya que su densidad depende de la probabilidad de hallar al electrón en un determinado lugar. A mayor probabilidad, mayor densidad de la nube y por ende, mayor carga negativa.

El orbital correspondiente al nivel más bajo se llama 1S, y es una esfera cuyo centro coincide con el núcleo del átomo. (figura adjunta)


En el nivel energético siguiente se encuentra el orbital 2S, que también es una esfera con su centro, en el centro del núcleo y es mayor que 1S.







Luego hay tres orbitales de igual energía: los 2P. Cada orbital tiene forma de huso y consta de dos lóbulos entre los que está el núcleo.




- Configuración electrónica - Principio de exclusión de Pauli (1925): un orbital atómico determinado, puede ser ocupado por solo dos electrones, que para ello, deben tener 'espines opuestos'. {¿No es maravilloso?} Estos electrones se consideran apareados. {ensamble} Electrones de igual espín se repelen. [El espín (del inglés spin 'giro, girar') o momento angular intrínseco se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor fijo. Se trata de una propiedad intrínseca de la partícula como lo es la masa o la carga eléctrica. El espín fue introducido en 1925 por Ralph Kronig e, independientemente, por George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit. Wikipedia, 10/06/2014]

En las moléculas, los electrones ocupan orbitales que están centrados en muchos núcleos.

- Enlace covalente: formación de una molécula. Para que se forme un enlace covalente, dos átomos, deben ubicarse de tal forma, que sus orbitales se 'solapen', y cada orbital debe contener solo un electrón. Cuando esto ocurre se forma un solo 'orbital de enlace', ocupado por ambos electrones, que deben tener espines opuestos. Cada electrón puede disponer de todo el orbital de enlace, por lo que puede considerarse como 'perteneciente' a ambos núcleos atómicos. Esta unión es de menor energía que los átomos aislados, lo que indica que su formación se acompaña de liberación de energía. La cantidad de energía liberada se llama 'energía de disociación del enlace'. La distancia entre los núcleos, en la formación más estable, se denomina 'longitud de enlace'. La cantidad de energía, en menos, del enlace, con respecto a los átomos aislados, se denomina: 'fuerza'. Así, un enlace H-H tiene una longitud de 0.74Å (ångström. 1 Å = 1 x 10⁻ⁱ⁰m) y una fuerza de 104㎉.


a) Orbitales s separados
b) Solapamiento de orbitales s
c) y d) El orbital de enlace o. Estos enlaces en forma de 'salchicha' se llaman 'orbitales o' u orbitales sigma.


- Orbitales híbridos (Sp): cuando tenemos átomos sin electrones no apareados, como en el berilio (Be), por ejemplo, hay que 'inventar' un Be teórico, para poderlo combinar con el cloro (Cl), por ejemplo.


Para llegar a un átomo bivalente de Be, a través de un cálculo electrónico, 'promovemos' uno de los electrones 2S a un orbital p vacío. (segundo esquema, desde arriba).

Estos electrones no apareados, son los necesarios para enlazar con el Cl. Sería de esperar que el Be empleara un tipo de enlace que usara el orbital p, y otro el orbital s. Esto no ocurre, ya que se sabe que los dos enlaces del BeCl2 (Cloruro de Be) son equivalentes.  Se debe producir una hibridación. (esquemas inferiores)

Para lograr la hibridación se toman, matemáticamente, varias posibles combinaciones de un orbital s y otro p, y se hallan los orbitales mixtos (híbridos), con el grado máximo de 'carácter direccional' [es decir, con el menor rechazo posible, que se da cuando ambos están separados 180º, o sea, en línea]




De los cálculos surge: a) el 'mejor' orbital híbrido resulta mucho más direccional que el s o el p, b) los dos orbitales mejores son exactamente equivalentes, y c) estos orbitales apuntan en direcciones opuestas, la dirección que les permite alejarse al máximo entre sí (principio de exclusión de Pauli). El ángulo entre los orbitales es, entonces, de 180º. Estos orbitales híbridos se conocen como: sp, ya que son considerados como la 'mezcla' de un orbital s y uno p. El BeCl2 hibridizado sería:









Experimentalmente se ha demostrado que, según lo calculado, el BeCl2 es una molécula 'lineal', con los tres átomos ubicados sobre una sola línea recta. Esto ocurre porque los dos 'lóbulos' del orbital p son de 'fase opuesta'; la combinación con un orbital s, significa 'adición' a un lado del núcleo, pero 'sustracción', en el otro. {¡¡¡!!!}

- Orbitales híbridos sp²: 

Veamos el trifluoruro de Boro (BF3): tiene solo un electrón no apareado que ocupa el orbital 2p.

 Para tres enlaces necesitamos tres electrones no apareados, por lo que 'promovemos' uno de los 2s a un orbital 2p; con lo cual se produce una hibridación sp².

Obtenemos tres orbitales híbridos equivalentes.




Estos orbitales se llaman sp², porque se consideran generados por la 'mezcla' de un orbital s y dos orbitales p.


Se encuentran en un plano que incluye el núcleo atómico, y, dirigidos hacia los vértices de un triángulo equilátero, de modo que, el ángulo entre dos orbitales cualesquiera, es de 120º, adoptando una disposición 'trigonal' (3 vértices).
[Lo cual, como vemos en la figura adjunta, ni más, ni menos, es IGUAL a lo nuestro]



El trabajo de Chi Ming Yang (CPS: biochem/0306001 "Nitrogen atom hybrid in nucleobases suggests a primordial core in genetic code", Jun, 2003 - 'Átomo híbrido de nitrógeno en nucleobases sugiere un núcleo primordial en el código genético') {¡Maravilloso!}

Resumen: los aminoácidos (AA) y los codones genéticos pueden ser vistos como mostrando relaciones por principios químicos. En este estudio, los átomos híbrido de nitrógeno (N) en las nucleobases, y la β-C estereoquímica en los AA, son invocados para explorara cómo la estructura química, tanto de las nucleobases como de los AA estándar, juega un rol importante en formar el código genético.

Primero: se toma el número de átomos híbridos sp² de N, como una medida determinativa para la propiedad empírica estéreo-electrónica de las nucleobases, para analizar un código genético reajustado. Cinco AA simples, pero distintos estéreo-estructuralmente (Gli, Pro, Val, Tre y Ala), y su cuarteto de codones, forman un 'núcleo' de intersección cruzada.

Segundo: un reajuste de los AAs de acuerdo a su estéreo-química β-Carbono verificada por el cálculo del cambio de densidad en el β-Carbono, resultan cinco grupos de AAs, estéreo-estructuralmente distintos, y sobre los cuales, el grupo 'leader' (Gli, Pro, Val, Tre y Ala), se superponen con el núcleo anterior. Estas dos líneas de observaciones, independientes, proveen argumentos empíricos que se suman en apoyo de que, el 'núcleo' de AAs propuesto, forma una etapa evolutiva. La posible existencia de este 'núcleo' primordial de codones está en conformidad con modelos evolutivos previos, en donde la estéreo-química, conforma el código inicial.

{Como se puede ver, este trabajo, es fundamental para respaldar nuestros PAUs (que lamentablemente son 6 y no 5), y el criterio que se asumió para 'arreglar' la tabla del código genético, de acuerdo a una lógica particular que, dicho sea de paso, es IDÉNTICA}

Dada la destacable integridad que muestran los 64 codones, constituyendo así, un paradigma de unidad en Biología, es que se toman como modelo para representar la unidad que asumimos, tiene, la realidad toda. El código genético, en nuestro caso, es el paradigma general.

Nuestra postura tiene, según hemos visto, un valor considerable, pues está de acuerdo con las teorías vigentes, que tratan de explicar la evolución del código genético. ¡Lo que es magnífico, pues lo hacemos extensible a toda la realidad! {¡Buen olfato!}

[continuará ... ]

¡Nos vemos mañana!