IV. VIDA ANIMAL, HEMOGLOBINA, ENERGÍA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS, DOMINIO DEL FUEGO

IV. VIDA ANIMAL, HEMOGLOBINA, ENERGÍA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS, DOMINIO DEL FUEGO

LA CAPA de ozono formada por la acción de la luz ultravioleta dio a la Tierra una protección contra la alta energía de esta misma radiación, creándose así las condiciones apropiadas para la aparición de la vida. Las algas verde-azules y los vegetales perfeccionaron el procedimiento para combinar el CO₂ atmosférico con el agua y los minerales del suelo con producción de materia orgánica y liberación de oxígeno que transformaría, en forma lenta pero segura, a la atmósfera terrestre de reductora en oxidante.
La química, que antes de la aparición de la vida se efectuaba en el planeta espontánea pero lentamente, ahora se acelera en forma notable. El oxígeno que se generaba por fotólisis del agua, ahora se libera de ésta en forma eficiente mediante la reacción de fotosíntesis, usando la luz solar como fuente de energía.

6 CO₂ + 6 H₂O C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Por medio de la reacción anterior por una parte se acumuló en el planeta una gran cantidad de energía en forma de materia orgánica, y por otra la atmósfera se enriqueció en oxígeno, dándose así las condiciones para el nacimiento de un nuevo tipo de vida. Este nuevo tipo de vida realiza la operación contraria a la que efectúan los vegetales: toma la materia orgánica que elaboran los vegetales y por medio de una muy eficiente reacción de oxidación, para la que usa el oxígeno atmosférico, libera y utiliza la energía contenida en esas sustancias para realizar sus funciones. Posteriormente el bióxido de carbono formado en esa reacción regresa a la atmósfera, de donde podrá volver a ser empleado por los vegetales y continuar el eterno ciclo.

C₆H₁₂O₆ + O₂ 6 CO₂ + H₂O

Como se vio en el capítulo anterior, los vegetales usan el pigmento verde llamado clorofila como catalizador indispensable en la reacción de fotosíntesis. Por medio de esta reacción los vegetales acumulan 686 kilocalorías en cada molécula de glucosa.
Los organismos animales, para realizar la reacción de oxidación y liberar las 686 kilocalorías contenidas en la molécula de glucosa, utilizan como transportador de oxígeno un pigmento asociado con proteína conocido como hemoglobina. Este pigmento tiene el mismo esqueleto básico de la clorofila, pero difiere esencialmente en el metal que contiene, pues mientras que la clorofila (figura 14(a)) contiene magnesio, la hemoglobina (figura 14(b)) contiene fierro.
La hemoglobina toma oxígeno del aire y lo transporta a los tejidos, que es donde se realiza la reacción contraria a la fotosíntesis.
C₆H₁₂O₆ + O₂ 6 CO₂ + H₂O + energía
De esta manera, el CO₂ que los vegetales toman de la atmósfera regresa a ella. En estas condiciones, los diferentes tipos de animales, incluyendo al hombre que llegó un poco más tarde, vivían en perfecto equilibrio con la naturaleza, pues éste sólo consumía alrededor de 2 000 kilocalorías por día, es decir sólo la energía necesaria para mantener su cuerpo saludable.
La hemoglobina es una cromoproteína compuesta por una proteína, la globina, unida a una molécula muy parecida a la clorofila, pero que, en vez de magnesio, contiene fierro; el oxígeno se le une en forma reversible. Cuando la hemoglobina está unida a oxígeno se llama oxihemoglobina y cuando lo ha soltado deoxihemoglobina.

Figura 14.

El fierro necesario para la formación de hemoglobina el ser humano lo toma en su dieta a razón de 1 miligramo por día, acumulándose normalmente 4 gramos de él en los adultos. Es decir, un ser humano adulto tendría fierro suficiente como para elaborar un clavo de 4 centímetros de largo.
Otro mineral que el organismo humano requiere en cantidades apreciables es el muy común metal alcalino térreo llamado calcio, cuyos compuestos son bien conocidos. Ejemplo de esto son la cal y el mármol.
La cantidad de calcio que un adulto necesita ingerir diariamente en su dieta es de alrededor de 1 gramo, es decir, la cantidad que corresponde al contenido de calcio en un trozo de mármol de 2.5 gramos.
El fósforo es otro de los elementos indispensables para el funcionamiento del organismo humano por lo que requiere ingerir diariamente en los alimentos alrededor de 1 gramo.
Pero volvamos al fierro. Una vez que éste ha sido asimilado, cada átomo permanecerá en el organismo por un tiempo aproximado de 10 años, durante los cuales pasará por muy diversos estados metabólicos, combinándose con diferentes sustancias y realizará muchos procesos, entre los cuales está uno sumamente importante para el organismo humano: el de transportar oxígeno a los tejidos. Un gramo de hemoglobina se combina con 1.35 mililitros de oxígeno.

Hemoglobina + 4 O₂ Oxihemoglobina

El monóxido de carbono (CO), gas que se desprende del escape de los automóviles y en combustiones incompletas como la del carbón vegetal, se combina con la hemoglobina desplazando al oxígeno para dar un compuesto más estable. En esta forma el CO evita que se lleve a cabo la función del organismo, la cual puede provocar la muerte cuando la cantidad de este gas que se ha fijado es grande.
La hemoglobina se encuentra dentro de las células rojas o eritrocitos, que tienen una vida media de 120 a 180 días. Éstos son devorados posteriormente por células del sistema retículo endotelial. Estas células, llamadas macrófagos (devoradoras de objetos grandes), se encuentran principalmente en el bazo, el hígado y la médula ósea. El macrociclo de la hemoglobina es cortado oxidativamente por una de las dobles ligaduras para dar el complejo biliverdina-hierro-proteína. El hierro se elimina al igual que la proteína para dar biliverdina, la que es luego reducida para dar origen a la bilirrubina. El hierro libre se combina con proteína del plasma y es transportado a depósitos en la médula ósea, donde se vuelve a usar para formar nueva hemoglobina.

De esta manera, el Fe completa su ciclo en su importante misión de ser el elemento clave en el transporte de oxígeno para realizar la reacción de oxidación de los alimentos, de la que se deriva la energía necesaria para el mantenimiento de la vida animal saludable.

LOS ANIMALES Y EL HOMBRE

De todos los animales que poblaron el planeta hubo uno que destacó por tener un cerebro mayor que los demás: el hombre. Aunque más débil que otros animales de su mismo peso, que competían con él por alimentos y espacio, fue poco a poco dominando su entorno vital gracias a su cerebro superior, que le permitía aprender y asimilar experiencia.
El cerebro es un órgano maravilloso que distingue al hombre de los demás animales y lo ha llevado a dominar el planeta y, más aún, a conocer otros mundos.
Siendo el cerebro un órgano tan importante, es lógico que sea alimentado en forma privilegiada en relación con los demás órganos del cuerpo. El cerebro recibe glucosa pura como fuente de energía, y para su oxidación usa casi el 20% del oxígeno total que consume un ser humano adulto.
El cerebro de un adulto requiere más de 120 gramos de glucosa por día, misma que puede provenir de precursores tales como el piruvato y los aminoácidos.
La glucosa es aprovechada por el cerebro vía secuencia glicolítica y ciclo del ácido cítrico, y el suministro de ATP es generado por catabolismo de glucosa. La energía de ATP se requiere para mantener la capacidad de las células nerviosas (neuronas) manteniendo así el potencial eléctrico de las membranas del plasma, en particular de aquellas que rodean el largo proceso en que intervienen axones y dendritas, que son las que forman la línea de transmisión del sistema nervioso (Figura 15).
El cerebro gobierna las emociones y el dolor por medio de reacciones químicas. La química del cerebro es muy complicada y no es bien conocida todavía; sin embargo, es muy interesante la relación que existe entre los efectos del alcaloide morfina, el alivio del dolor y las sustancias naturales del cerebro llamadas endorfinas y encefalinas.

Figura 15.

OPIO, MORFINA Y SUSTANCIAS OPIÁCEAS DEL CEREBRO

El uso del opio como sustancia analgésica es conocido desde tiempos muy remotos; los griegos la usaron varios siglos antes de Cristo.
Uno de los principales constituyentes del opio, la morfina, fue aislado en 1803 por el farmacéutico alemán Sertñrner.
El comportamiento de la morfina como analgésico es impresionante, ya que además de calmar el dolor, causa euforia, regula la respiración y es antidiarreico. Es un analgésico tan poderoso que se usa en las últimas fases del cáncer.
Como contrapartida de las maravillosas propiedades de la morfina, se tiene la de crear dependencia. La persona que fue tratada con ella desea volver a tener la experiencia obtenida con la inyección. La repetición de la inyección crea necesidad y cuando esta necesidad no se satisface, el sujeto sufre de los síntomas que la morfina alivió: dolor abdominal, diarrea, respiración agitada, taquicardia, náuseas, sudor y otros dolores.
La pregunta es, ¿por qué un producto vegetal tiene tan notables efectos en el sistema nervioso? La respuesta se dio en los años setenta: las propiedades de la morfina deben derivar de su estructura y configuración; cualquier alteración de ésta hace cambiar drásticamente sus propiedades; es decir, se requiere precisamente la configuración natural para que encaje en receptores de las neuronas cerebrales.
La existencia de receptores de morfina fue demostrada en varios laboratorios en 1973.
Existe un gran número de receptores de morfina en partes del sistema nervioso involucrados en la transmisión del dolor y en la parte responsable de las emociones.
Numerosas investigaciones culminaron con la demostración de que en el cerebro existen sustancias con estructura parecida a la de la morfina, a las que denominaron encefalinas. Éstas eran péptidos compuestos de cinco aminoácidos tyr-gly, gly-phe-met (met = metionina encefalina) y tyr-gly-gly-fe-leu (leu = leucina encefalina).
Estas dos encefalinas se sintetizaron en el laboratorio y tuvieron los mismos efectos en el cerebro.
La morfina y la encefalina tienen pues la misma configuración, por lo que pueden unirse a receptores de la misma manera.
DESCUBRIMIENTO DEL FUEGO

El cerebro del hombre crece, piensa, memoriza, aprende nuevas cosas hasta que un día, cuando menos se lo espera, descubre el fuego, aprende a dominarlo y transmite el conocimiento de generación en generación.
Precisamente un paso fundamental en el dominio de la naturaleza lo dio el hombre primitivo cuando aprendió a dominar el fuego; en ese momento encontró la manera de liberar a voluntad la energía que los vegetales habían tomado de la radiación solar y acumulado en forma de materia orgánica. Ahora el hombre tenía la luz y el calor y su vida era más fácil, ya que dominaba la oscuridad y el frío de la noche y al mismo tiempo ahuyentaba a los animales peligrosos.
El fuego es la primera reacción química que el hombre domina a voluntad; en esta importante reacción exotérmica se libera, en forma rápida, la energía que el organismo animal liberaba de los alimentos en forma lenta e involuntaria. El hombre aprendió a iniciar la reacción o a avivarla aumentando el oxígeno al soplar sobre las brasas en contacto con leña seca, y más tarde supo iniciarlo con chispas y por fricción.
La reacción que se está llevando a cabo en una fogata alimentada con leña se puede representar como sigue:

(C₆H₁₂O₆)_n + O₂ CO₂ + H₂O + energía

celulosa oxígeno bióxido de carbono agua luz y calor

Una vez controlado el fuego, el hombre lo pudo aplicar, primero, al cocimiento de alimentos, y más tarde a la fabricación de utensilios de arcilla, endurecidos por el fuego.
La cadena de descubrimientos a raíz del dominio del fuego ha sido constante hasta nuestros días, en que el consumo de combustible es sinónimo de riqueza de un país.
Quizá el arte surgió poco después del dominio del fuego, pues el carbón que queda al apagarse las fogatas es un material apropiado para el dibujo; si éste se mezcla con la grasa de animales se hace más versátil.
En lugares aislados de la Tierra se fueron sucediendo descubrimientos importantes al usar las piedras para soportar objetos junto al fuego: algunas de ellas se fundieron y liberaron metales. Así, el hombre fue avanzando de la Edad de la Piedra a la Edad de los Metales (Edad del Bronce). El fuego condujo al conocimiento de los primeros elementos químicos: el oro, el plomo, el cobre, el estaño, el azufre y el carbón.
Con el dominio del fuego los ritos mágicos fueron más impresionantes: el hombre quemó hierbas aromáticas cuyos componentes químicos muchas veces tuvieron propiedades curativas. Más tarde, al disponer de recipientes de arcilla pudo hacer infusiones de plantas, obteniendo así algunas sustancias curativas.
Al hervir sus infusiones, el vapor de agua arrastró las sustancias volátiles que no sólo daban olor agradable a la cueva, sino que ahuyentaban insectos, desinfectaban y curaban a los enfermos.
De esta manera se inició la química de productos naturales, hace ya varios miles de años.
Las infusiones ricas en azúcares, al ser abandonadas muchas veces eran fermentadas, produciendo sustancias como alcohol o ácido acético, y de esa manera se descubrieron la cerveza, el vino y el vinagre en épocas muy remotas.

ENVEJECIMIENTO

Indudablemente, mientras más tiempo ha durado un objeto inanimado, su aspecto más se deteriora. Así, por ejemplo, los objetos de hierro que fueron bellos y brillantes, pronto pierden su brillo y tarde o temprano se cubren de la herrumbre que los corroe; los objetos de hule se vuelven quebradizos; lo mismo pasa con los bellos objetos de piel, que con el tiempo se deterioran volviéndose quebradizos porque se avejentan. Procesos todos ellos en que mucho tiene que ver el oxígeno: el hierro se oxida con el tiempo, al igual que el hule y el cuero que lo fueron en su proceso de envejecimiento. El aspecto de los seres vivos cambia también con el tiempo: se hacen viejos. El tiempo que se mide por el número de días, meses y años transcurridos, bien podría medirse por el número de respiraciones o por el volumen de oxígeno que ha usado el cuerpo desde su nacimiento hasta su muerte.
El hule de las llantas envejece, lo que se retarda con la vulcanización y adición de antioxidantes; los aceites y grasas se hacen rancios por efecto del oxígeno del aire, proceso que se logra detener por adición de antioxidantes como el tocoferol (vitamina E) y el ácido ascórbico o vitamina C, entre los de origen natural, que son muy importantes.
Los radicales libres están implicados en el proceso del envejecimiento del ser humano. Un intermediario clave es el superóxido O-O , formado por reducción del 02 molecular por varios reductores in vivo,

Los antioxidantes son importantes en el tejido canceroso en donde la concentración de tocoferol es mayor que en tejido normal. Son también importantes en la prevención de oxidación de lípidos en los tejidos.
El envejecimiento biológico puede ser debido al ataque de radicales hidroxilo H O^. sobre las células no regenerables del cuerpo. Estos radicales pueden provenir de generación indeseable en la cadena alimenticia o por irradiación ultravioleta u otra radiación de alta energía.
Se puede entonces pensar que los antioxidantes detendrán el envejecimiento; el problema es que muchos antioxidantes sintéticos, aunque más eficaces in vitro que los biológicos, producen reacciones secundarias indeseables en el organismo.

REFERENCIAS

1. A. 1. Oparin, The Origin of Life on the Earth, traducción de Ann Synge, Academic Press Inc., Editores, Nueva York, 1957.
2. J. D. Bernal, La ciencia en nuestro tiempo, traducción de Eli de Gortari, Universidad Nacional Autónoma de México, México, 1960.
3. A. Jacobs y M. Worwood, Iron in biochemistry and medicine, capítulo 5, p. 145, Academic Press, Londres y Nueva York, 1974.
4. G. Scott "Antioxidants in vitro and in vivo", en Chem. in Brit. 21, 648 (1985).
5. J. Rossier y G. Chaponthier "Brain opiates", en Endea vour 6, 168 (1982).
6. Morton Rothstein "Biochemical study of aging", en Chem. and Eng. News 11, 1986, p. 26.

(C₆H₁₂O₆)_n	+	O₂	CO₂	+	H₂O	+	energía

celulosa		oxígeno	bióxido de carbono		agua		luz y calor