IV. VIDA ANIMAL, HEMOGLOBINA, ENERG�A DE COMPUESTOS ORG�NICOS, DOMINIO DEL FUEGO

IV. VIDA ANIMAL, HEMOGLOBINA, ENERG�A DE COMPUESTOS ORG�NICOS, DOMINIO DEL FUEGO

LA CAPA de ozono formada por la acci�n de la luz ultravioleta dio a la Tierra una protecci�n contra la alta energ�a de esta misma radiaci�n, cre�ndose as� las condiciones apropiadas para la aparici�n de la vida. Las algas verde-azules y los vegetales perfeccionaron el procedimiento para combinar el CO₂ atmosf�rico con el agua y los minerales del suelo con producci�n de materia org�nica y liberaci�n de ox�geno que transformar�a, en forma lenta pero segura, a la atm�sfera terrestre de reductora en oxidante.
La qu�mica, que antes de la aparici�n de la vida se efectuaba en el planeta espont�nea pero lentamente, ahora se acelera en forma notable. El ox�geno que se generaba por fot�lisis del agua, ahora se libera de �sta en forma eficiente mediante la reacci�n de fotos�ntesis, usando la luz solar como fuente de energ�a.

6 CO₂ + 6 H₂O C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Por medio de la reacci�n anterior por una parte se acumul� en el planeta una gran cantidad de energ�a en forma de materia org�nica, y por otra la atm�sfera se enriqueci� en ox�geno, d�ndose as� las condiciones para el nacimiento de un nuevo tipo de vida. Este nuevo tipo de vida realiza la operaci�n contraria a la que efect�an los vegetales: toma la materia org�nica que elaboran los vegetales y por medio de una muy eficiente reacci�n de oxidaci�n, para la que usa el ox�geno atmosf�rico, libera y utiliza la energ�a contenida en esas sustancias para realizar sus funciones. Posteriormente el bi�xido de carbono formado en esa reacci�n regresa a la atm�sfera, de donde podr� volver a ser empleado por los vegetales y continuar el eterno ciclo.

C₆H₁₂O₆ + O₂ 6 CO₂ + H₂O

Como se vio en el cap�tulo anterior, los vegetales usan el pigmento verde llamado clorofila como catalizador indispensable en la reacci�n de fotos�ntesis. Por medio de esta reacci�n los vegetales acumulan 686 kilocalor�as en cada mol�cula de glucosa.
Los organismos animales, para realizar la reacci�n de oxidaci�n y liberar las 686 kilocalor�as contenidas en la mol�cula de glucosa, utilizan como transportador de ox�geno un pigmento asociado con prote�na conocido como hemoglobina. Este pigmento tiene el mismo esqueleto b�sico 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 ox�geno del aire y lo transporta a los tejidos, que es donde se realiza la reacci�n contraria a la fotos�ntesis.
C₆H₁₂O₆ + O₂ 6 CO₂ + H₂O + energ�a
De esta manera, el CO₂ que los vegetales toman de la atm�sfera regresa a ella. En estas condiciones, los diferentes tipos de animales, incluyendo al hombre que lleg� un poco m�s tarde, viv�an en perfecto equilibrio con la naturaleza, pues �ste s�lo consum�a alrededor de 2 000 kilocalor�as por d�a, es decir s�lo la energ�a necesaria para mantener su cuerpo saludable.
La hemoglobina es una cromoprote�na compuesta por una prote�na, la globina, unida a una mol�cula muy parecida a la clorofila, pero que, en vez de magnesio, contiene fierro; el ox�geno se le une en forma reversible. Cuando la hemoglobina est� unida a ox�geno se llama oxihemoglobina y cuando lo ha soltado deoxihemoglobina.

Figura 14.

El fierro necesario para la formaci�n de hemoglobina el ser humano lo toma en su dieta a raz�n de 1 miligramo por d�a, acumul�ndose normalmente 4 gramos de �l en los adultos. Es decir, un ser humano adulto tendr�a fierro suficiente como para elaborar un clavo de 4 cent�metros de largo.
Otro mineral que el organismo humano requiere en cantidades apreciables es el muy com�n metal alcalino t�rreo llamado calcio, cuyos compuestos son bien conocidos. Ejemplo de esto son la cal y el m�rmol.
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 m�rmol de 2.5 gramos.
El f�sforo 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 �ste ha sido asimilado, cada �tomo permanecer� en el organismo por un tiempo aproximado de 10 a�os, durante los cuales pasar� por muy diversos estados metab�licos, combin�ndose con diferentes sustancias y realizar� muchos procesos, entre los cuales est� uno sumamente importante para el organismo humano: el de transportar ox�geno a los tejidos. Un gramo de hemoglobina se combina con 1.35 mililitros de ox�geno.

Hemoglobina + 4 O₂ Oxihemoglobina

El mon�xido de carbono (CO), gas que se desprende del escape de los autom�viles y en combustiones incompletas como la del carb�n vegetal, se combina con la hemoglobina desplazando al ox�geno para dar un compuesto m�s estable. En esta forma el CO evita que se lleve a cabo la funci�n 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 c�lulas rojas o eritrocitos, que tienen una vida media de 120 a 180 d�as. �stos son devorados posteriormente por c�lulas del sistema ret�culo endotelial. Estas c�lulas, llamadas macr�fagos (devoradoras de objetos grandes), se encuentran principalmente en el bazo, el h�gado y la m�dula �sea. El macrociclo de la hemoglobina es cortado oxidativamente por una de las dobles ligaduras para dar el complejo biliverdina-hierro-prote�na. El hierro se elimina al igual que la prote�na para dar biliverdina, la que es luego reducida para dar origen a la bilirrubina. El hierro libre se combina con prote�na del plasma y es transportado a dep�sitos en la m�dula �sea, donde se vuelve a usar para formar nueva hemoglobina.

De esta manera, el Fe completa su ciclo en su importante misi�n de ser el elemento clave en el transporte de ox�geno para realizar la reacci�n de oxidaci�n de los alimentos, de la que se deriva la energ�a 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 destac� por tener un cerebro mayor que los dem�s: el hombre. Aunque m�s d�bil que otros animales de su mismo peso, que compet�an con �l por alimentos y espacio, fue poco a poco dominando su entorno vital gracias a su cerebro superior, que le permit�a aprender y asimilar experiencia.
El cerebro es un �rgano maravilloso que distingue al hombre de los dem�s animales y lo ha llevado a dominar el planeta y, m�s a�n, a conocer otros mundos.
Siendo el cerebro un �rgano tan importante, es l�gico que sea alimentado en forma privilegiada en relaci�n con los dem�s �rganos del cuerpo. El cerebro recibe glucosa pura como fuente de energ�a, y para su oxidaci�n usa casi el 20% del ox�geno total que consume un ser humano adulto.
El cerebro de un adulto requiere m�s de 120 gramos de glucosa por d�a, misma que puede provenir de precursores tales como el piruvato y los amino�cidos.
La glucosa es aprovechada por el cerebro v�a secuencia glicol�tica y ciclo del �cido c�trico, y el suministro de ATP es generado por catabolismo de glucosa. La energ�a de ATP se requiere para mantener la capacidad de las c�lulas nerviosas (neuronas) manteniendo as� el potencial el�ctrico 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 l�nea de transmisi�n del sistema nervioso (Figura 15).
El cerebro gobierna las emociones y el dolor por medio de reacciones qu�micas. La qu�mica del cerebro es muy complicada y no es bien conocida todav�a; sin embargo, es muy interesante la relaci�n 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 analg�sica 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 farmac�utico alem�n Sert�rner.
El comportamiento de la morfina como analg�sico es impresionante, ya que adem�s de calmar el dolor, causa euforia, regula la respiraci�n y es antidiarreico. Es un analg�sico tan poderoso que se usa en las �ltimas fases del c�ncer.
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 inyecci�n. La repetici�n de la inyecci�n crea necesidad y cuando esta necesidad no se satisface, el sujeto sufre de los s�ntomas que la morfina alivi�: dolor abdominal, diarrea, respiraci�n agitada, taquicardia, n�useas, sudor y otros dolores.
La pregunta es, �por qu� un producto vegetal tiene tan notables efectos en el sistema nervioso? La respuesta se dio en los a�os setenta: las propiedades de la morfina deben derivar de su estructura y configuraci�n; cualquier alteraci�n de �sta hace cambiar dr�sticamente sus propiedades; es decir, se requiere precisamente la configuraci�n 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 n�mero de receptores de morfina en partes del sistema nervioso involucrados en la transmisi�n del dolor y en la parte responsable de las emociones.
Numerosas investigaciones culminaron con la demostraci�n de que en el cerebro existen sustancias con estructura parecida a la de la morfina, a las que denominaron encefalinas. �stas eran p�ptidos compuestos de cinco amino�cidos 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 configuraci�n, 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 d�a, cuando menos se lo espera, descubre el fuego, aprende a dominarlo y transmite el conocimiento de generaci�n en generaci�n.
Precisamente un paso fundamental en el dominio de la naturaleza lo dio el hombre primitivo cuando aprendi� a dominar el fuego; en ese momento encontr� la manera de liberar a voluntad la energ�a que los vegetales hab�an tomado de la radiaci�n solar y acumulado en forma de materia org�nica. Ahora el hombre ten�a la luz y el calor y su vida era m�s f�cil, ya que dominaba la oscuridad y el fr�o de la noche y al mismo tiempo ahuyentaba a los animales peligrosos.
El fuego es la primera reacci�n qu�mica que el hombre domina a voluntad; en esta importante reacci�n exot�rmica se libera, en forma r�pida, la energ�a que el organismo animal liberaba de los alimentos en forma lenta e involuntaria. El hombre aprendi� a iniciar la reacci�n o a avivarla aumentando el ox�geno al soplar sobre las brasas en contacto con le�a seca, y m�s tarde supo iniciarlo con chispas y por fricci�n.
La reacci�n que se est� llevando a cabo en una fogata alimentada con le�a se puede representar como sigue:

(C₆H₁₂O₆)_n + O₂ CO₂ + H₂O + energía

celulosa ox�geno bi�xido de carbono agua luz y calor

Una vez controlado el fuego, el hombre lo pudo aplicar, primero, al cocimiento de alimentos, y m�s tarde a la fabricaci�n de utensilios de arcilla, endurecidos por el fuego.
La cadena de descubrimientos a ra�z del dominio del fuego ha sido constante hasta nuestros d�as, en que el consumo de combustible es sin�nimo de riqueza de un pa�s.
Quiz� el arte surgi� poco despu�s del dominio del fuego, pues el carb�n que queda al apagarse las fogatas es un material apropiado para el dibujo; si �ste se mezcla con la grasa de animales se hace m�s vers�til.
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. As�, 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 qu�micos: el oro, el plomo, el cobre, el esta�o, el azufre y el carb�n.
Con el dominio del fuego los ritos m�gicos fueron m�s impresionantes: el hombre quem� hierbas arom�ticas cuyos componentes qu�micos muchas veces tuvieron propiedades curativas. M�s tarde, al disponer de recipientes de arcilla pudo hacer infusiones de plantas, obteniendo as� algunas sustancias curativas.
Al hervir sus infusiones, el vapor de agua arrastr� las sustancias vol�tiles que no s�lo daban olor agradable a la cueva, sino que ahuyentaban insectos, desinfectaban y curaban a los enfermos.
De esta manera se inici� la qu�mica de productos naturales, hace ya varios miles de a�os.
Las infusiones ricas en az�cares, al ser abandonadas muchas veces eran fermentadas, produciendo sustancias como alcohol o �cido ac�tico, y de esa manera se descubrieron la cerveza, el vino y el vinagre en �pocas muy remotas.

ENVEJECIMIENTO

Indudablemente, mientras m�s tiempo ha durado un objeto inanimado, su aspecto m�s se deteriora. As�, 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 volvi�ndose quebradizos porque se avejentan. Procesos todos ellos en que mucho tiene que ver el ox�geno: 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 tambi�n con el tiempo: se hacen viejos. El tiempo que se mide por el n�mero de d�as, meses y a�os transcurridos, bien podr�a medirse por el n�mero de respiraciones o por el volumen de ox�geno que ha usado el cuerpo desde su nacimiento hasta su muerte.
El hule de las llantas envejece, lo que se retarda con la vulcanizaci�n y adici�n de antioxidantes; los aceites y grasas se hacen rancios por efecto del ox�geno del aire, proceso que se logra detener por adici�n de antioxidantes como el tocoferol (vitamina E) y el �cido asc�rbico o vitamina C, entre los de origen natural, que son muy importantes.
Los radicales libres est�n implicados en el proceso del envejecimiento del ser humano. Un intermediario clave es el super�xido O-O , formado por reducci�n del 02 molecular por varios reductores in vivo,

Los antioxidantes son importantes en el tejido canceroso en donde la concentraci�n de tocoferol es mayor que en tejido normal. Son tambi�n importantes en la prevenci�n de oxidaci�n de l�pidos en los tejidos.
El envejecimiento biol�gico puede ser debido al ataque de radicales hidroxilo H O^. sobre las c�lulas no regenerables del cuerpo. Estos radicales pueden provenir de generaci�n indeseable en la cadena alimenticia o por irradiaci�n ultravioleta u otra radiaci�n de alta energ�a.
Se puede entonces pensar que los antioxidantes detendr�n el envejecimiento; el problema es que muchos antioxidantes sint�ticos, aunque m�s eficaces in vitro que los biol�gicos, producen reacciones secundarias indeseables en el organismo.

REFERENCIAS

1. A. 1. Oparin, The Origin of Life on the Earth, traducci�n de Ann Synge, Academic Press Inc., Editores, Nueva York, 1957.
2. J. D. Bernal, La ciencia en nuestro tiempo, traducci�n de Eli de Gortari, Universidad Nacional Aut�noma de M�xico, M�xico, 1960.
3. A. Jacobs y M. Worwood, Iron in biochemistry and medicine, cap�tulo 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		ox�geno	bi�xido de carbono		agua		luz y calor