Context
Fa uns 3000 milions d’anys alguna o algunes cèl·lules inicials, van adaptar-se per fer un pas més eficaç en l’obtenció d’energia que el procediment simple, emprat fins aquell moment, que consistia a trencar molècules orgàniques del seu entorn com a matèria primera. Van aprendre a usar la llum solar com a font d’energia, amb la fotosíntesi, per produir molècules orgàniques energètiques com els carbohidrats a partir de diòxid de carboni i aigua com a matèries primeres. La molècula que va permetre està funció és la clorofil·la que incorpora àtoms de magnesi.
Origen del magnesi
Els estels més massius cremen el seu combustible nuclear més ràpidament que els més petits, ja que han de compensar forces gravitatòries més grans per estar en equilibri hidroestàtic (compensar la tendència al col·lapse gravitacional amb la pressió expansiva de l’energia alliberada amb les reaccions de fusió nuclear). Això significa generalment temperatures més altes. En molts d’aquests estels massius (generalment més de 8 masses solars), s’intensifica un procés de fusió del carboni, un conjunt de reaccions de fusió nuclear quan ja han convertit en carboni pràcticament tots els elements més lleugers.
El Quadre V mostra les reaccions simplificades de la nucleosíntesi estel·lar a partir de la combustió del carboni per produir oxigen, neó, sodi i magnesi.
Quadre VI. Síntesi del magnesi (Mg) a partir del carboni.
12C + 12C = 16O +2 4He
12C + 12C = 20Ne + 4He
12C + 12C = 23Na + 1H
12C + 12C = 23Mg + n
12C + 12C = 24Mg + γ
Sembla que el Mg-24 produït en una d’aquestes reaccions és l’únic magnesi que queda quan el procés de combustió del carboni acaba. Per tant, el producte resultant de la combustió del carboni és una barreja principalment d’oxigen, neó, sodi i magnesi.
Figura 28. Àtom de magnesi amb 12 protons, 12 neutrons i 12 electrons.
Després de la formació del sistema solar i de la Terra, el magnesi és el vuitè element més abundant a l’escorça terrestre, amb una concentració del 2,3 %. En els sols, la concentració oscil·la entre l’1 i el 2 %, i a l’aigua de la mar és de 1.200 ppm. En el mantell de la Terra és el tercer element més abundant i hi és present en forma de silicats. El magnesi es troba a la natura com una barreja de tres isòtops: magnesi 24 (79,0 %), magnesi 26 (11,0 %) i magnesi 25 (10,0 %). S’han trobat nivells elevats de magnesi 26 en alguns meteorits, i la proporció de magnesi 26 a magnesi 24 s’ha utilitzat per determinar la seva edat.
El magnesi és essencial per a més de 300 reaccions enzimàtiques en el cos humà i, entre elles, la regulació de la funció muscular i nerviosa, realitzada juntament amb l’ió calci, és de les més rellevants.
També és un component clau de la clorofil·la necessària per a la fotosíntesi de les plantes. La fotosíntesi tal com la coneixem actualment, evolucionà d’hora, fa uns 3.000 milions d’anys, en la història evolutiva de la vida en la Terra. Tot eren microorganismes amb una atmosfera molt rica en diòxid de carboni (CO₂). Aquests microorganismes, els cianobacteris, van començar a canviar definitivament l’evolució en la Terra en oxigenar l’atmosfera i permetre l’evolució de vida complexa. Els orgànuls anomenats cloroplasts de les plantes actuals són els descendents d’aquests cianobacteris ancestrals.
Les clorofil·les són pigments que es troben inserits en les membranes dels cloroplasts en alguns organismes eucariotes (plantes i algues). També es troben en alguns bacteris que, sense cloroplasts, tenen inserides les clorofil·les en altres membranes intracel·lulars. L’estructura de les molècules de clorofil·la té dues parts: un anell de porfirina (una molècula orgànica de forma anular) que conté magnesi en el centre i la funció del qual és absorbir la major part de la llum visible, de fotons, i transferir electrons a través d’una cadena de transport d’electrons per a realitzar la fotosíntesi (vegeu el procés semblant de la fosforilació oxidativa mitocondrial en el capítol 14). Les clorofil·les tenen també una cadena hidròfoba que té la funció de mantenir la clorofil·la integrada en la membrana lipídica fotosintètica.
Les clorofil·les són parents de les hemines (de les hemoglobines, vegeu en capítols més endavant). A diferència de les hemines, que contenen ferro en el centre de l’anell de porfirina, però, la majoria de les clorofil·les s’uneixen al magnesi com hem dit. Cada fotosistema, cada unitat fotosintètica, conté al voltant de 200 molècules de clorofil·la juntament amb altres molècules auxiliars amb les quals forma una ‘antena’ o complex col·lector de llum per convertir l’energia radiant (un fotó) en energia química.
Les clorofil·les realitzen dos tipus d’absorció en l’espectre visible, un en l’entorn de la llum blava, i un altre en la zona vermella, en l’altre extrem de l’espectre visible. Així és que reflecteixen la part no absorbida que és la mitjana de l’espectre, la corresponent al color verd (500-600 nm) fent que els organismes amb clorofil·la tinguin el color reflectit, el verd.
Un resultat típic de la fotosíntesi el descriu la següent reacció de formació de glucosa a partir d’anhídrid carbònic (CO₂) i aigua (H₂O).
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
I el que és tant o més important, l’alliberament d’oxigen, de l’oxigen que en el temps va canviar l’organització de la vida en la Terra. Així és que el magnesi té també una importància cabdal en la formació i evolució dels organismes.
Qui li havia de dir al carboni en alguna estrella massiva que acabaria fusionant-se i produir magnesi, i que aquest permetria la transducció fotoquímica i l’acumulació d’oxigen en un planeta com la Terra.