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CAPITULO 2.
PROPIEDADES BIOLOGICAS DE LOS METALES.-
2.1. Clasificación de los metales.
Los metales constituyen el 3 % en masa del cuerpo humano y juegan importantísimas funciones
biológicas. Lo singular de este aspecto es que la actividad biológica de los metales puede
ejercerse por la presencia de sólo trazas de los mismos. La función mas importante de los metales
trazas, también denominados oligoelementos, es la enzimática, aspecto al cual se dedica el
capítulo siguiente.
Los metales, desde el punto de vista biológico, pueden ser de tres tipos:
 esenciales
 beneficiosos
 tóxicos
Los metales esenciales, también denominados biometales, son los que están presentes en los
organismos vivientes y ejercen una función biológica insustituible. Un déficit en el organismo de
un metal esencial conduce a serias alteraciones biológicas.
En la figura 2.1 están representados los metales esenciales o biometales para el organismo
humano, según sus posiciones relativas en la Tabla Periódica.
Hay metales esenciales que, al ejercer otras funciones, hacen el papel de metales beneficiosos.
Así, por ejemplo, en las enzimas en que el metal se encuentra débilmente retenido, puede ser
sustituido por otro metal con características similares, sin perder la enzima totalmente sus
propiedades catalíticas.
Los metales tóxicos, por el contrario, ejercen efectos biológicos negativos, dañinos. Ahora bien,
cualquier metal por encima de una cierta concentración puede resultar tóxico. Como dijera
Paracelsus hace cinco siglos: todas las sustancias son venenosas; ninguna deja de ser un veneno;
la correcta dosis diferencia un veneno de un remedio.
El hecho de que un metal esencial pueda resultar tóxico a concentraciones elevadas se debe a que
el exceso del metal presente puede competir en otros procesos metabólicos mediante la
sustitución del metal involucrado, mediante un efecto antagónico.
Todos los metales de la segunda y tercera series de transición, excepto el molibdeno, son tóxicos.
Se puede decir, además, que todos los metales blandos, según la teoría de ABDB, son tóxicos.
Por ello, también resultan tóxicos el cadmio, mercurio, talio, plomo, etc. Resultan ser igualmente
tóxicos los metales de la primera serie de transición a altos estados de oxidación, como el
cromo(VI), manganeso(VII), etc. Especies de gran dureza, como el fluoruro y el litio(I) también
resultan ser tóxicos (ver Tabla 2.1).
Para ilustrar cómo la concentración de un metal in vivo define el tipo de efecto, positivo o
negativo, que puede ejercer sobre el organismo humano, se dan algunos ejemplos al respecto en
la Tabla 2.2.
Tabla 2.1. Toxicidad en humanos de algunos elementos, expresada en mg/dia /Bowen,1966/
Elemento
I
K(I)
B(borato)
Br
Sn(II)
Co(II)
Cu(II)
Cr(VI)
Efecto tóxico
10 000
6 000
4 000
3 000
2 000
500
250-500
200
Elemento
Ba(II)
Li(I)
Sb(III o V)
Ag(I)
As(III-o V)
F
Se(IV)
Cd(II)
Efecto tóxico
200
200
100
60
5 - 50
20
5
3
Tabla 2.2 Principales efectos por defecto o exceso en el organismo de algunos metales.
Metal
Cadmio (Cd)
Calcio (Ca)
Tipo
de Efecto de deficiencia
metal
tóxico
reduce crecimiento
esencial
deformación ósea
Cromo (Cr)
esencial
Cobalto (Co)
Cobre (Cu)
Hierro (Fe)
Paladio (Pd)
Litio (Li)
Magnesio (Mg)
Manganeso (Mn)
Potasio (K)
esencial
esencial
esencial
tóxico
tóxico
esencial
esencial
esencial
incorrecto metabolismo
glucosa
anemia
anemia
anemia
reduce crecimiento
depresión maníaca
convulsiones
deformación ósea
Efecto de exceso
nefritis
cataratas, cálculos, arterioesclerosis
falla coronaria, policitemia
enfermedad Wilson
hemocromatosis, siderosis
anemia, encefalitis
neuritis
anestesia
ataxia
enfermedad Addison
2.2. Propiedades de los biometales.
De la Figura 2.1 puede observarse que, en general, los biometales se caracterizan por ser de los
más pequeños en
Metales alcalinos
cuanto a tamaño y
Metales alcalino-terreos
los
más
Na Mg
Metales de transición
electronegativos, o
70
42
sea, de los mas
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
K Ca
V
<0.1 <0.1 4 -5 <0.1
250 1700
<0.1 2.3
duros.
Por
esta
razón, los biometales
Mo
<0.1
se caracterizan por
presentar una gran
Figura 2.1. Biometales en sus posiciones relativas en la Tabla Periódica.
afinidad por átomos
Se indican los contenidos en gramos para un hombre de 70 kg.
donantes como el
oxígeno y el nitrógeno. De los metales mas duros, no presentes en la Figura 2.1, se encuentran el
litio y el berilio. Estos dos metales, por su pequeño tamaño, resultan ser muy polarizantes. Por
esta razón, presentan una gran tendencia a formar enlaces covalentes y compuestos poco solubles.
Ello explica los efectos tóxicos que presentan el litio y el berilio. El primero de estos dos metales
es utilizado en el tratamiento de depresión maníaca.
El que un metal sea esencial para la vida depende de varios factores que han incidido durante un
largo proceso evolutivo. Este proceso ha tenido sus especificidades para cada especie y por ello,
hay metales que son esenciales para unas y para otras no. Por ejemplo, el vanadio, no indicado en
la Figura 2.1 como esencial para el ser humano, sí lo es para un buen número de bacterias. Otro
ejemplo es el cobre, que en los crustáceos tiene a su cargo las funciones respiratorias que en los
mamíferos realiza el hierro.
Los metales, en dependencia de sus características químicas y físicas y de la abundancia relativa
en el entorno de vida de cada especie, se han ido incorporando a la vida de las especies. Si el
metal es muy poco abundante en el entorno, así lo es también dentro del organismo viviente, y lo
contrario igualmente se cumple. Así, el sodio, potasio, calcio, magnesio y hierro, que son de los
metales más abundantes presentados en la Tabla 2.3, también resultan ser los biometales más
abundantes. Sin embargo, el aluminio, el metal más abundante de todos, no constituye un
biometal. Ello se debe a que el aluminio es fácilmente hidrolizable (forma Al(OH)3) y ello lo hace
muy poco asimilable y por esa misma razón es tan escaso en el océano. Algo semejante ocurre
con el hierro, el segundo en abundancia. La gran diferencia entre el aluminio y el hierro es que el
segundo es un metal de transición presentando diferentes estados de oxidación, lo que le confiere
importante propiedades químicas a ser utilizadas biológicamente. El titanio también es muy
abundante y con varios estados de oxidación, pero con poca interconvertibilidad entre ellos, como
sí sucede el hierro. El Ti(IV) resulta demasiado duro e hidrolizable como para ser un biometal.
En la Tabla 2.3 se han resaltado los metales más abundantes e indicado con asterisco los que son
esenciales para la vida.
Tabla 2.3. Abundancia relativa de metales (en ppm) en la corteza terrestre y océanos.
Elemento
representativo
Li
Be
Na*
Mg*
Al
K*
Ca*
Ba
Cs
Sc
* biometales
Corteza
terrestre
20
2.8
2.83 x 104
2.09 x 104
8.13 x 104
2.59 x 104
3.63 x 104
425
3
22
Mares y
océanos
0.17
6 x 10-7
1.1 x 104
1.35 x 103
1 x 10-3
3.9 x 10-2
4.1 x 10-2
2 x 10-2
3 x 10-4
< 4 x 10-6
Elemento de
transición
Ti
V
Cr*
Mn*
Fe*
Co*
Ni*
Cu*
Zn*
Mo*
Corteza
terrestre
4,40 x 103
135
100
950
5 x 104
25
75
55
70
1.5
Mares y
océanos
1 x 10-3
2 x 10-3
5 x 10-4
2 x 10-3
3 x 10-3
4 x 10-4
7 x 10-3
3 x 10-3
1 x 10-2
1.2 x 10-2
Los biometales juegan una importantísima función en los procesos catalíticos, activando enzimas
o formando parte de su composición mediante enlaces bien establecidos. Sin embargo, la función
de los biometales no se limita a esta actividad enzimática. También cumplen funciones
estructurales, electrostáticas y energéticas. Al cumplir estas funciones los biometales se pueden
encontrar formando parte de tejidos o en disolución, pero siempre asociados a otras moléculas. La
concentración de cationes metálicos de transición totalmente libres que pueda encontrarse en un
organismo viviente es despreciable.
Los sistemas acuosos en cualquier medio biológico resultan predominantes. Estos sistemas se
caracterizan por presentar propiedades miscelares y coloidales. En este sentido, los cationes de
carga pequeña pueden, en los medios acuosos, cumplir las funciones siguientes:
 suministrar al sistema la energía involucrada en los procesos de hidratación y coordinación de
moléculas
 estabilizar las emulsiones formadas por partículas coloidales de alta carga
 regular la estructura del agua líquida, aspecto este de suma importancia en los sistemas
biológicos
Gracias al efecto que ejercen los biometales sobre la estructura y estabilidad de los sistemas
acuosos, es posible la disolución de moléculas de alta masa molecular, como las globulinas, que
no son solubles en agua pura y sí lo son en disoluciones salinas diluidas. En los cationes
metálicos de alta carga, por el contrario, predominan las propiedades coagulantes en los medios
acuosos y, por ello, su función biológica es fundamentalmente en los tejidos.
2.2. Propiedades de los biometales.
A continuación se hará una breve descripción de las principales funciones biológicas que ejercen
los biometales. En la Tabla 2.4 se reportan los contenidos de los elementos esenciales en
diferentes órganos para ilustrar cómo es su biodistribución.
Tabla 2.4. Contenido de diferentes elementos esenciales (en ppm) en tejidos secos de
mamíferos.
Elem. Cerebro
Riñón Hígado Pulmón Músculo
Piel
Sangre Plasma
Ca
320
390
140
480
100
360
62
99
Cl
8000
9000
4800
12000
2800
11000
2900
4000
Co
0.0005
0.05
0.23
0.06
0.02
0.03
0.0003 0.0004
Cr
0.12
0.05
0.03
0.6
0.04
0.3
0.03
0.02
Cu
22
12
20
6
3
1.7
1.1
1.1
Fe
200
290
520
1300
140
29
480
1.1
I
0.4
0.09
0.0015
0.001
0.1
1.7
0.06
0.08
K
11600
7800
7400
8600
10500
1900
1700
170
Mg
550
550
480
410
630
150
41
22
Mn
1.1
3.8
3.7
0.8
0.2
0.2
0.03
0.003
Mo
0.2
1.4
2.8
0.2
0.2
0.07
0.004
0.04
Na
10000
800
5500
1200
4000
9300
2000
3300
Ni
0.3
0.2
0.2
0.2
0.008
0.8
0.04
0.04
Se
2.1
2.1
2.1
2.5
0.27
0.11
Zn
46
210
130
62
180
13
6.5
1.6
Sodio (Na) y Potasio (K).
Estos elementos resultan ser los más electropositivos entre los biometales. Por ello, sólo forman
compuestos altamente iónicos. Sus cationes univalentes presentan una alta movilidad iónica en
los sistemas acuosos.
El contenido intracelular de potasio es 150 mM, mientras que el extracelular es unas 30 veces
menor. El sodio, por el contrario, presenta un predominio extracelular, con una concentración 150
mM, siendo su concentración intracelular unas 10 veces menor.
Todas estas características permiten que estos cationes univalentes jueguen un papel importante y
determinante en la transferencia de cargas, balance osmótico, impulsos nerviosos y control
muscular. Para realizar estas funciones el organismo precisa de altas concentraciones de estos
metales. Por ello, el sodio y el potasio son los más abundantes en el organismo de prácticamente
todos los mamíferos. Obsérvese en la Tabla 2.4 que el sodio y el potasio se concentran
fundamentalmente en los tejidos que contienen a las células nerviosas y musculares.
La composición humana en sodio prácticamente no varía desde que el bebé nace hasta que se
hace adulto, y en el caso del potasio sólo aumenta ligeramente. La regulación del contenido de
sodio en los diferentes medios y tejidos es realizada hormonalmente para que estos metales
puedan ejercer sus funciones biológicas.
En las células nerviosas y musculares el contenido de sodio es muy bajo, por lo que con
cantidades muy pequeñas de este catión transportado hormonalmente se obtienen respuestas
eléctricas rápidas.
La cantidad de sodio y potasio excretada por el sudor y la orina es recuperada por el hombre en
sus alimentos. Mediante la sal común, como condimento, el hombre recupera el sodio, mientras
que el potasio lo obtiene de los vegetales. El uso masivo y desmedido de fertilizantes potásicos ha
provocado un consumo excesivo por el hombre de este elemento. Este exceso de potasio en el
organismo provoca alteraciones en el potencial de membrana celular, favoreciendo la mitósis
(división celular) y, con ello, la generación de células neoplásicas.
Magnesio (Mg) y Calcio (Ca).
Estos metales, como cationes divalentes, presentan una movibilidad iónica en solución
significativamente menor que el sodio y el potasio. Son, además, mas duros y forman compuestos
con un carácter iónico menos acentuado. Estas son las razones por las cuales sus funciones
biológicas no pueden basarse fundamentalmente en la transferencia y balance de cargas. Su
actividad es, ante todo, de carácter estructural, participando en la acción de un buen número de
enzimas. Ahora bien, en este sentido el calcio(II) se diferencia del magnesio(II) por ser más
móvil. Son numerosas las enzimas en que el magnesio participa como cofactor. La alta dureza del
calcio y, sobre todo del magnesio, provoca que los cationes divalentes de estos metales
prácticamente sólo se enlacen a átomos de oxígeno contenidos en grupos fosfato, carboxilato, etc.
En este sentido, resulta singular el caso de la clorofila, un complejo porfirínico de magnesio, en
que los enlaces Mg-N son estabilizados por el denominado efecto macrocíclico, ya analizado en
el epígrafe 1.4.
La función del magnesio(II) es fundamentalmente intracelular, asociado a ácidos nucleicos. La
estructura helicoidal del DNA, así como el tamaño de los agregados del RNA es controlado por
este metal divalente. El magnesio(II) también realiza la transferencia de fosfatos, participando en
el centro activo de la piruvato quinasa, enzima que cataliza el último paso de la glicólisis
/Hughes,1982/. Se ha observado que en las células neoplásicas el contenido de magnesio favorece
la ocurrencia del cáncer /Collery,1981/. En pacientes con afecciones psiquiátricas se ha observado
una variación en el contenido de magnesio en plasma, con un decremento significativo
/Srinivasan, 1982/.
El contenido de calcio extracelular es l.5 mM, mientras que la intracelular es miles de veces
menor. El alto contenido de calcio extracelular es dedicado fundamentalmente a funciones
estructurales. Así, el 95 % del contenido de calcio en el organismo se concentra en el sistema
óseo y esmalte de la dentadura.
La actividad intracelular del calcio es bien diferente. Su bajísima concentración en este medio y
su alta movilidad le permite cumplir la función de mensajero secundario. Cuando el calcio es
liberado del retículo endoplasmático o sarcoplasmático la concentración intracelular aumenta
instantáneamente. De esta forma, el calcio regula diferentes funciones celulares, tales como:
secreción de hormonas, la liberación de neurotransmisores, el control muscular, etc. Algunas de
estas funciones son estimuladas por agentes extracelulares denominados mensajeros primarios,
que activan, en este caso, al calcio /Ei-Ichiro,1991/.
La formación de sales poco solubles de calcio con fosfatos, carbonatos, oxalatos y ureatos
provoca trastornos en el organismo, tales como: cálculos renales, cataratas, arterioesclerósis, etc.
Cromo(Cr).
El contenido de cromo en un adulto de 70 kg es de unos 30 mg. Su contenido en los diferentes
órganos es muy bajo, tal y como se aprecia en la Tabla 2.4 y tiende a disminuir con los años,
salvo en los pulmones, en que aumenta. La concentración de cromo en sangre es unas 10-100
veces menor que en los diferentes tejidos.
El estado de oxidación más estable del cromo, en medio neutro y ácido, es el 3+. A los estados de
oxidación superiores el cromo se comporta como oxidante, por lo que el ion dicromato es muy
tóxico y cancerígeno.
Como se señaló en el capítulo anterior, los complejos de cromo(III) son octaédricos e inertes
cinéticamente. Por esta razón, en los procesos biológicos el cromo(III) realiza funciones
estructurales y no catalíticas aun cuando integre una enzima. Este es el caso de su función en la
insulina, donde el cromo juega un importante papel en la regulación de la glucosa dentro de la
insulina.
Se ha observado en animales de experimentación que un déficit de cromo provoca tolerancia de la
glucosa, hiperglicemia acelerada, crecimiento irregular, disminución de la longevidad, elevación
del contenido de colesterol y anomalías en el sistema cardiovascular.
Molibdeno (Mo).
Este es el único biometal de transición que no pertenece a la primera serie. Las propiedades
biológicas del molibdeno en los animales son todas de carácter redox, asociadas a sus funciones
en tres enzimas: xantin oxidasa, aldehido oxidasa y sulfito oxidasa. Estas enzimas son
extracelulares. En bacterias y algas diferentes enzimas de molibdeno realizan funciones redox
sobre las nitrosaminas y los iones nitrito y nitrato, con la formación de amoniaco. Esta propiedad
es determinante en el proceso de fijación de nitrógeno, y permite interpretar el efecto
anticancerígeno de este metal /Braverman,1982/.
El contenido de molibdeno en un adulto es de unos 9 mg, concentrados fundamentalmente en
hígado y riñón (Tabla 2.4). La mayor parte del metal administrado es excretable en pocas horas.
El nivel de molibdeno en sangre sólo alcanza 5 ng/cm3, aunque si el subsuelo es rico en este
metal puede subir hasta 170 ng/cm3, tal y como sucede en algunos países africanos /Rajagopalan,
1988/.
Manganeso (Mn).
El manganeso(II) presenta grandes analogías químicas con el calcio(II) y magnesio(II), y de ahí la
afinidad biológica entre uno y otros. Los tres metales divalentes forman complejos en los
sistemas biológicos con relativamente baja estabilidad, sobre todo en los enlaces con el nitrógeno
como átomo donante. El Mn, a diferencia del Ca y Mg, es un metal de transición, por lo que
puede presentar diferentes estados de oxidación y participar en procesos redox.
El contenido de manganeso en un hombre adulto es de 12 - 20 mg y se concentra
fundamentalmente en el sistema óseo, pituitaria, glándulas mamarias, hígado, etc., o sea, en
órganos ricos en mitocondria /Mena, 1981/.
El manganeso(II) es el activador de muchas enzimas. Existen también enzimas de manganeso(III)
que cumplen importantes funciones redox, como es el caso de la superóxido dismutasa /Vincent,
1989/.
En los mamíferos un déficit de este metal provoca un pobre crecimiento y afectación de la
capacidad reproductiva. Se ha comprobado que en humanos un tratamiento con manganeso prevé
las caries.
Hierro (Fe).
El hierro resulta el metal de transición más abundante en el organismo, el único de los cuales no
se encuentra en trazas, con un contenido total de unos 4 - 5 g en un hombre adulto.
Aproximadamente un 70 % del hierro se encuentra en forma de hemoglobina, el 3 - 5 % como
mioglobina y el resto fundamentalmente como ferritina. La hemoglobina tiene como función el
transportar el oxígeno, en los mamíferos superiores, desde su lugar de origen (pulmones,
branquias o piel) hasta el interior de las células. La función de la mioglobina es la de viabilizar la
función del oxígeno en el proceso respiratorio y es una molécula unas cuatro veces menor en
tamaño que la hemoglobina pero que coordina mas fuertemente a la molécula de oxígeno. La
ferritina lo que hace es almacenar el hierro en el hígado y otros órganos al estado de oxidación 3+
en una forma soluble y no-tóxica. Vale la pena aclarar que el hierro(III) es tóxico y forma
compuestos poco solubles.
Una persona normal requiere de la absorción diaria de 0,5 - 2 mg de hierro, aunque para la mujer
embarazada los requerimientos pueden subir hasta 5 mg/día. La asimilación de hierro tiene lugar
fundamentalmente a su estado de oxidación 3+ y formando complejos.
El contenido de hierro en plasma varía con una frecuencia de hasta diez veces diaria. El hierro
abandona el plasma cuando es utilizado en la síntesis de la hemoglobina o para su
almacenamiento en la ferritina. Los procesos contrarios lógicamente provocan un incremento de
hierro en plasma. Así, ante una hemorragia o estado hemolítico ocurre una disminución de hierro
en plasma. Lo contrario ocurre en casos de hemocromatosis, y anemias aplásica o hemofílicas.
La hemoglobina es un complejo de hierro(II) que constituye un singular objeto de estudio para
ilustrar diferentes aspectos de la Química de los Compuestos de Coordinación, vistos en el
capítulo anterior.
El grupo hemo con un átomo de hierro(II) en el centro de un anillo profirínico es el principal
constituyente de la hemoglobina. La hemoglobina esta constituida por cuatro grupos hemo unidos
a cuatro cadenas proteicas. Su masa molecular es de 64 450 d. El hierro(II) se encuentra enlazado
al grupo proteico o globina a través del átomo de nitrógeno del imidazol perteneciente a la
histidina terminal. Así, el hierro(II) cuando no presenta ninguna otra molécula enlazada tiene
número de coordinación cinco y, en tal caso, se denomina desoxihemoglobina (Hb). En la Hb el
hierro(II) presenta una configuración de alto espín, en una estructura de pirámide de base
cuadrada. Cuando la Hb coordina una molécula de dioxígeno, O2, se denomina oxihemoglobina
(HbO2). Con ello tiene lugar un proceso redox donde la molécula de dioxígeno se reduce a
superóxido, O2.-, y el Fe(II) se oxida a Fe(III). El diamagnetismo del HbO2 se interpreta producto
de un acoplamiento magnético Fe(III)- O2.-.
La oxidación del hierro en la hemoglobina, producto de la interacción con la molécula de
oxígeno, es de suma importancia en el denominado efecto cooperativo. Este efecto consiste en
que al coordinar una molécula de oxígeno por uno de los grupos hemo, se favorece este mismo
proceso en los demás grupos hemo. ¿Cómo se logra la comunicación entre los diferentes grupos
hemo?
El hierro(II) de alto espín (77 pm) se ubica ligeramente por debajo (unos 40 pm) del anillo
porfirínico (ver Figura 2.2). Al coordinar el hierro(II) a la molécula de oxígeno y oxidarse a
Fe(III) disminuye su tamaño, de forma tal que le permite encajar casi totalmente dentro del anillo
porfirínico, a unos 12 pm, eliminándose la distorsión del plano. Como el hierro se encuentra
coordinado a una molécula de histidina de la cadena proteica que constituye la globina, este
movimiento del hierro respecto al plano porfirínico debe servir de transmisor de información a
los otros grupos hemo. Este efecto, denominado efecto cooperativo, no puede interpretarse como
producto de un simple desplazamiento, sino que involucra alteraciones en los puentes de
hidrógeno y las estructuras terciaria y cuaternaria de las globinas.
O
O
Si bien es en el grupo hemo donde ocurre
O2
N
N
N Fe(III) N
la coordinación del oxígeno, el grupo
Fe(II)
globina cumple importantes funciones.
N
La globina impide estéricamente la
N
oxidación espontanea del hierro(II) a
NH
hierro(III). Los cuatro grupos de globina
NH
envuelven a los cuatro grupos hemo,
formando canales hidrofóbicos de 2 000
pm de ancho, a través de los cuales se
introduce la molécula de oxígeno para
enlazarse a la Hb. La hidrofobicidad de
estos canales que forman los grupos de
globina impide la aproximación de
moléculas de agua a los átomos de
hierro(II), que podrían provocar su
oxidación en el proceso de hidrólisis.
Figura 2.2. Esquema de la variación de la
posición del hierro en Hb y HbO2.
La globina cumple otra función muy
importante
asociada
al
efecto
cooperativo. Esta proteína puede
presentar dos estructuras cuaternarias denominadas R (relajada) y T (tensionada). La
conformación R tiene una gran afinidad por el dioxígeno, mientras que lo contrario ocurre con la
conformación T. En esta última conformación las cuatro subunidades no tienen asociado
dioxígeno y restringe el movimiento del hierro hacia el plano de la porfirina y, por ende, la
coordinación del dioxígeno. Así, las variaciones conformacionales de la proteína regulan la
coordinación del dioxígeno.
La coordinación del oxígeno depende fundamentalmente del pH y de la presión parcial de
oxígeno. En los pulmones la presión parcial de oxígeno es de aproximadamente 14 kPa y el pH es
relativamente alto. Bajo estas condiciones, es que se favorece la coordinación del oxígeno. Al
llegar la HbO2 a las células cede parte del oxígeno debido a la baja presión, algo menos de la
mitad. El pH en el interior de las células es igualmente inferior debido a la alta concentración de
CO2 del medio. Al liberarse la molécula de oxígeno, la Hb presenta una posición de coordinación
disponible a la cual puede enlazarse el CO2 presente, transportándolo a los pulmones. Cuando el
medio presenta moléculas de monóxido de carbono, CO, o iones cianuro, CN -, ambos ligandos
muy fuertes, forman enlaces de gran estabilidad con la Hb y, con ello, interrumpen su función de
transporte de oxígeno. Ello permite explicar la alta toxicidad del monóxido de carbono y de
cianuro.
Cobalto (Co).
Este biometal participa en reacciones de hidrólisis y redox. A los estados de oxidación 3+ y 2+ el
cobalto constituye el átomo central de la vitamina B12 y de otras cobalaminas y cobalamidas.
A través de la vitamina B12 el cobalto ejerce su función biológica más importante debido a su
efecto antianémico. En este compuesto el cobalto se encuentra en un macrociclo de un ligando
muy específico: la corrina. La corrina, al igual que la porfina es un anillo tetrapirrólico, pero con
un menor grado de conjugación de sus electrones  y nueve centros quirales.
La vitamina B12 fue aislada en forma de ciano-cobalamina, o sea, con un enlace Co(III)-CN-.In
vivo, sin embargo, el cobalto se encuentra enlazado al 5’-desoxiadenosilo, con una distancia CoC de 205 pm y un ángulo de enlace Co-C-C de unos 130º.
En la coenzima de la vitamina B12 predominan los estados de oxidación 1+ y 2+ del cobalto. A
esos estados de oxidación el cobalto presenta características nucleofílicas, asociándose al 5’-C del
ATP, desplazando al grupo fosfato, con la formación del enlace Co-C. Este proceso va
acompañado de la oxidación del metal a Co(III). Este proceso redox favorecen la afinidad de la
coenzima por los radicales libres.
Se ha comprobado que, en general, los compuestos de cobalto(II) presentan mayor actividad
sobre el sistema hematopoyético (sanguíneo) que los de cobalto(III), aunque estos últimos
resultan ser mucho menos tóxicos. Numerosos compuestos de cobalto(II) han sido estudiados
como modelos de transportadores de oxígeno.
Níquel (Ni).
Con anterioridad este metal no era considerado esencial, pero al irse descubriendo sus diferentes
funciones biológicas, son más y más los autores que consideran al níquel un biometal. Todavía es
mucho lo que falta por esclarecer de las funciones biológicas del níquel, fundamentalmente en lo
que respecta a la niqueloplasmina, compuesto detectado en diferentes mamíferos.
El consumo diario de níquel en humanos es de 0,3- 0,5 mg, aunque en dieta no vegetariana puede
decaer mucho. El té contiene 7,6 ppm de níquel sobre base seca.
Cobre (Cu).
El cobre es un metal esencial para todos los organismos, formando parte de numerosas enzimas y
de pigmentos transportadores de oxígeno en animales inferiores. En los artrópodos y moluscos el
transporte de oxígeno lo realiza la hemocianina (hemo: sangre; ciano: azul).
El 75 % del total de cobre contenido en el organismo humano se encuentra en forma de
ceruloplasmina, mientras que el resto se encuentra en equilibrio entre la transcuproina y la
albúmina /Linder, 1983/. El contenido de cobre en un hombre adulto es de 1,4- 2,1 mg/kg,
mientras que en un niño la cantidad se triplica por su función esencial durante el crecimiento. El
cobre se concentra fundamentalmente en los órganos en que ocurren los principales procesos
metabólicos: hígado, cerebro, corazón y riñones. El consumo diario de cobre debe ser de1,5-3,0
mg /Sandstead, 1982; Sorenson, 1989/. Los vegetales de mayor contenido en cobre son la
zanahoria, alfalfa, cebolla, espinaca y lechuga.
El contenido de cobre en suero sanguíneo aumenta en los casos de infección, enfermedades
inflamatorias y neoplásicas, anemias, embarazo, uso de anticonceptivos, diabetes, malaria,
esquizofrenia, reacciones alérgicas, etc.
El cobre forma parte de numerosas enzimas, tales como: citocromo c oxidasa, superóxido
dismutasa, tirosinasa, ceruloplasmina, lisil oxidasa, etc. Las importantes funciones biológicas de
estas enzimas hacen que sea determinante el papel que juega el cobre en la aparición y/o control
de las enfermedades inflamatorias y neoplásicas y la angiogénesis. En este libro se dedican
sendos capítulos al tratamiento de las enfermedades inflamatorias y neoplásicas mediante
compuestos de cobre y otros. Por ello, aquí sólo se hará una breve descripción del
comportamiento fisiológico de este elemento en las referidas dolencias.
El cobre(II) se puede presentar en los sistemas biológicos de tres formas diferentes:
Tipo 1. También se conoce como “cobre azul” por esa coloración que le caracteriza debido a la
intensa banda de absorción que presenta sobre los 600 nm. El espectro de resonancia
paramagnética electrónica (RPE) también es poco frecuente.
Tipo 2. Es el cobre “normal” con sus parámetros espectroscópicos típicos de cobre(II).
Tipo 3. Corresponde al cobre dimérico con un fuerte acoplamiento antiferromagnético entre
ambos metales que lo hace inactivo en el espectro RPE. Presenta intensas bandas de absorción
sobre los 350 y 600 nm.
Al realizar estudios en córnea de conejos se ha podido comprobar que existe una relación directa
entre el contenido de cobre y la angiogénesis, o sea, el proceso de formación de vasos capilares en
los tejidos /Rajo, 1982/. Lógicamente, las sustancias quelatantes de cobre, como los
ditiocarbamatos, inhiben la angiogénesis /Zagzag, 1986/. Todavía no esta totalmente claro cómo
incide el cobre en la angiogénesis, aunque lo más lógico es suponer que ocurre asociado a la
ceruloplasmina, la cual moviliza al hierro almacenado en el hígado. De esta forma es que se
explica la influencia que tiene la ceruloplasmina sobre el sistema hematopoyético.
En las enfermedades inflamatorias, como la artritis reumática, el contenido de cobre en sangre
aumenta, encuéntrese asociado o no a la ceruloplasmina. Esta es la respuesta que da el organismo
a los procesos inflamatorios pero que, sin embargo, no resulta suficiente. Resulta interesante el
hecho de que la artritis reumática se presenta muy raramente en pacientes que padecen la
enfermedad de Wilson, la cual se caracteriza por un alto contenido de cobre en sangre debido a su
excreción deficiente /Lewis, 1984/. Desde hace más de un siglo se ha considerado que el uso de
brazaletes de cobre y una dieta rica en este metal resulta beneficioso para el tratamiento de la
artritis. La interpretación que se ha dado a la posible función terapéutica de los brazaletes de
cobre es que mediante el sudor se va disolviendo lentamente con formación de sales de cobre que
son absorbidas por el organismo a través de la piel.
El cobre es el metal que aparentemente resulta más susceptible a la aparición y desarrollo del
cáncer. En general, el contenido de cobre en suero en pacientes con cáncer aumenta debido a que
las células neoplásicas inducen la síntesis y circulación de la ceruloplasmina /Linder, 1983/. Ello
se ha observado en los casos de cáncer en mamas, garganta colorectal /Flynn, 1979/, linfoma de
Hodgkin /Thorling, 1976/ e hígado /Murita, 1979/. Este incremento en el contenido de cobre es
en forma de ceruloplasmina /Linder, 1983/.
La ceruloplasmina es una metaloenzima de cobre que contiene -globulina. Específicamente la
ceruloplasmina humana contiene un 0,3 % de cobre, 8 % de carbohidratos y la parte proteica esta
constituida por 19 aminoácidos, de los cuales el principal es la aspargina. Su masa molar es de
aproximadamente 150 000. En 100 cm3 de plasma se encuentran de 20 a 40 mg de
ceruloplasmina /Eichhorn, 1973/.
La ceruloplasmina contiene el 70 % del cobre presente en suero /Linder, 1983/. El cobre en la
ceruloplasmina se encuentra a los estados de oxidación 1+ y 2+. Se ha determinado que
aproximadamente la mitad de los átomos de cobre corresponden al estado de oxidación 2+ y la
otra mitad al 1+. Los iones Cu(II) le confieren coloración azul muy pálida a la ceruloplasmina,
debido a la banda de absorción que presenta a los 605 nm con un elevado coeficiente de extinción
de 5 600. Los átomos de cobre(II) pueden estar coordinados de diferentes formas, con números de
coordinación entre cuatro y cinco /Armstrong, 1988/. El Cu(I) no se oxida, mientras que el Cu(II)
se reduce reversiblemente.
Cada molécula de ceruloplasmina contiene unos 6 - 8 átomos de cobre. La actividad de esta
metaloenzima es multifuncional, aunque su principal papel es de transportar el cobre en el
organismo y posibilitar la oxidación del hierro(II) almacenado en el hígado.
El destino final del cobre transportado por la ceruloplasmina son las células donde este metal
participa en diferentes procesos redox, sobre todo, los que involucran al oxígeno molecular
/Linder, 1983/.
Las células neoplásicas, en general, provocan un incremento en ceruloplasmina, el cual se
acumula en el tumor y en plasma. Este incremento favorece el desarrollo del tumor, tanto desde el
punto de vista enzimático como angiogénico /Linder, 1983/.
Se ha logrado establecer que existe una relación directa entre el déficit de cobre en el suelo y las
tasas de cáncer /Voisin, 1961/. Por el contrario, un consumo excesivo de cobre en los alimentos
puede producir un efecto cancerígeno /Braverman, 1982/.
La acción antitumoral del cobre se considera asociada a su efecto sobre los radicales superóxido,
como lo realiza la superóxido dismutasa o por la regeneración de esta enzima /Sorenson, 1989/.
Cinc (Zn).
Este metal está presente en numerosas enzimas, entre las que caben resaltar: la superóxido
dismutasa, las polimerasas, las carboxianhidrasas y la carboxipeptidasa A. Como se trata de un
metal con estructura electrónica completa ([Ar]3d10 4s2) y que presenta un sólo estado de
oxidación (2+), su función enzimática no es carácter redox sino estructural, a semejanzas del
magnesio y el calcio. El cinc es determinante en metaloenzimas que participan en reacciones
ácido-base, como las hidrolasas y fosfatasas. Ello es debido a las propiedades anfotéricas de este
metal.
El contenido de cinc en un hombre adulto es de 1.4- 2.3 g, por lo cual es el segundo biometal de
transición en abundancia en el organismo humano. La dieta diaria normal contiene 12-15 mg de
cinc, de los cuales sólo se absorben unos 5 mg /Girchev, 1988/.
El cinc juega un papel importantísimo en el crecimiento de cualquier animal superior en su
periodo inicial de vida. En este sentido resulta interesante señalar que el cinc en leche materna es
mas fácilmente absorbible que en leche de vaca. Un déficit de este metal provoca deformaciones
óseas y afecta la función sexual del individuo debido a que el cinc se concentra
fundamentalmente en estos órganos, así como en el hígado. La concentración máxima de cinc se
alcanza en la próstata, con unos 102 µg/g tejido seco. Así, aparentemente existe una relación
directa entre el contenido de cinc en el organismo y la actividad hormonal. Se ha observado que
tanto las mujeres embarazadas, como las que toman pastillas anticonceptivas, presentan un
contenido de cinc en sangre significativamente bajo.
Esta incidencia del cinc sobre los sistemas óseo y hormonal se manifiesta también en los
diferentes tipos de cáncer. Así, el contenido de cinc en suero aumenta en casos de cáncer en
mamas, colorectal, garganta e hígado /Flynn, 1979/, mientras que disminuye en los casos de
próstata, bronquios /Pories, 1979/, osteosarcoma metastizado, cáncer epidérmico de cabeza y
cuello, esófago /Braverman, 1982/, carcinoma de cérvix /Dewys, 1972/, y otros. Se ha observado
que dietas ricas en cinc ejercen un efecto anticancerígeno y antitumoral mientras que, por el
contrario, un déficit de cinc hace más propenso al hombre y a otros animales al cáncer
/Braverman, 1982; Voisin, 1961/.
2.3. Interacción metal - metal.
En el análisis de la función biológica de los metales es de suma importancia tomar en
consideración los efectos que ejercen los demás biometales /Kirchgessner, 1981/. Hoy en día tales
estudios son aun insuficientes por lo que no es posible una interpretación profunda de las
interacciones metal - metal observadas en el organismo humano y animal.
Las interacciones metal - metal se basan fundamentalmente en la sustitución de un metal por otro
en las metaloenzimas y, sobre todo, en las enzimas activadas por metales, atendiendo a las
semejanzas de sus tamaños y relaciones carga/radio. Existen, sin embargo, otros mecanismos de
interacción metal-metal, como son los procesos de transporte y excreción, formación de
complejos insolubles, etc.
Las interacciones pueden ser antagónicas o sinergéticas /Treagan, 1983/. Así, por ejemplo, un
exceso de cinc provoca anemia, mientras que un déficit de cobre produce igual efecto.
Anke (1987) reportó la relación siguiente de elementos antagónicos:
Mo: W, Cu
Cu: Mo, Cd, Fe, Zn, Ag
Fe: Mn, Cu, Zn
Mn: Fe, Al
En estas series de elementos antagónicos se pueden analizar sus semejanzas químicas. Por
ejemplo, el molibdeno (Mo) presenta como antagonista al wolframio (W), que se encuentra en el
mismo subgrupo de la tabla periódica, así como el cobre, que presenta semejanzas en sus
propiedades redox.
Las interacciones metal - metal de mayor significación biológica son las de hierro - cobre y cobre
- cinc. La primera es de suma importancia para el diagnóstico y terapia de la anemia y por la
incidencia que tiene esta enfermedad en otros trastornos, incluyendo el cáncer. La existencia de la
interacción hierro - cobre no es de sorprender sabida la importante función que ejerce el cobre en
el sistema hematopoyético.
La interacción metal - metal tiene una gran incidencia sobre las propiedades cancerígenas de los
metales, tanto en su efecto sinergético /Fisher, 1979/ como antagónico /Jacobs, 1981/. La no
consideración de estos efectos es lo que probablemente haya provocado resultados contradictorios
en los estudios sobre carcinogénesis de los diferentes metales.
2.4. DNA y metales.
El DNA es el corazón genético de la vida. El DNA esta constituido fundamentalmente por dos
cadenas enrolladas en forma helicoidal, unidas entre sí por puentes de hidrógeno formados por los
pares de moléculas nitrogenadas: adenina - timina (A-T) y guanina - citosina (G-C). Estos puentes
de hidrógeno restringen grandemente las posibles conformaciones que realmente puede adoptar el
DNA y estabilizan la doble hélice.
En 1953 Watson y Crick definieron la estructura del DNA como cadenas antiparalelas dextrógiras
en que las bases nitrogenadas están orientadas hacia el interior y los azucares y fosfatos hacia el
exterior. De esta forma, los grupos hidrofóbicos se ubican hacia el interior y los hidrofílicos hacia
el exterior.
El eje alrededor del cual giran las hélices resulta prácticamente perpendicular a las bases
nitrogenadas. El par A-T forma dos puentes de hidrógeno, mientras que el par C-G forma tres
puentes. Por esta razón, y por el hecho de que estos enlaces no son diametralmente opuestos,
aparece un "surco" mayor y otro menor. A través de estos surcos o aberturas es que ocurre la
interacción del exterior con el DNA y, de ahí. la importancia de su existencia y magnitud. Esta
conformación, descrita según Watson y Crick, se
denominó B (ver Figura 2.3). Posteriormente, se
descubrieron otras estructuras definidas como A,
Z, , etc.
El DNA-A se caracteriza por encontrarse las bases
con una inclinación de hasta 19º desplazadas hacia
el exterior. Con ello, el surco mayor resulta mas
profundo y menos ancho que en el DNA-B. Las
cadenas helicoidales también se encuentran
enrolladas de forma dextrógira. El DNA-Z, por el
contrario, es levógiro y las cadenas, en vez de ser
helicoidales, son zigzagueantes con prácticamente
un sólo surco.
Dada la composición química del DNA, el grado
de hidratación de las moléculas tiene una gran Figura 2.3. DNA en la conformación B.
relación con su conformación espacial. Así, el
DNA-B es estable a un 92 % de humedad, mientras que el DNA-A, al presentar un surco mas
estrecho, se estabiliza con un 75 % de humedad. Por esta misma razón, el DNA-Z presenta una
hidratación baja.
Otras conformaciones del DNA se presentan, por ejemplo, en procariontes en que es posible la
existencia de DNA de simple cadena, como se ha descubierto en el virus x 174. En cromosomas
de procariontes, el DNA adopta una forma circular con un alto grado de compactación. En
cromosomas de eucariontes el empaquetamiento del DNA es mucho más riguroso, presentándose
asociado a las histonas, para formar la cromatina. En estos empaquetamientos del DNA dentro de
las células juega un papel importante el superenrollamiento que puede adoptar, modificando la
forma y la estabilidad de la doble hélice. Mediante el superenrollamiento es que el DNA puede
adoptar la forma circular o de trenzado normal alternante respecto al plano o de un
superenrollamiento en que la propia hélice sigue un trazado superhelicoidal. Estas formas del
DNA se denominan topológicas.
Un superenrollamiento negativo favorece, no sólo el destrenzado de la doble hélice sino que
también estabiliza la formación del DNA-Z. Ello ejemplifica la relación que existe entre el grado
de enrollamiento y la conformación del DNA. El grado de enrollamiento del DNA es controlado
por las topoisomerasas. Otros mecanismos regulatorios, relacionados con las conformaciones del
DNA, tienen que ver con los procesos de metilación. En eucariontes la metilación tiene lugar en
la posición 5 de la citosina, mientras que en procariontes tiene lugar en la posición 6 de la
adenina. Se considera que en procariontes la metilación es un mecanismo regulatorio
determinante al favorecerse el DNA-Z. La forma Z resulta más resistente a las interacciones al no
ser reconocido por no presentar surco mayor. En eucariontes los mecanismos regulatorios resultan
ser mucho más complejos.
En la síntesis del DNA intervienen numerosos y complejos procesos de síntesis bioquímica. Estos
procesos incluyen la síntesis de los diferentes nucleótidos y después reducir la posición 2' de la
ribosa para formar la desoxiribosa. La principal diferencia química entre el DNA y el RNA radica
ahí precisamente, en la posición 2' de la ribosa. Este proceso de reducción de la ribosa la realiza
la ATP, Mg(II)-reductasa. En este proceso enzimático el papel del magnesio(II) es de suma
importancia. Por sus características de metal duro, el magnesio(II) orienta selectivamente la
reducción del grupo oxihidrilo. Otro tanto ocurre en la posterior polimerización de los
nucleótidos, donde el magnesio(II), presente en el DNA polimerasa I selecciona los nucleótidos
reducidos en la posición 2' de la ribosa. El manganeso(II), aunque puede sustituir al magnesio(II)
en este proceso de polimerización, no puede diferenciar los nucleótidos de los desoxinucleótidos.
En el estudio de los procesos de regulación y de transmisión de información genética del DNA
resulta necesario considerar la interacción metal - DNA. Para comprender esta interacción, es
necesario analizar cuáles son las posiciones de coordinación que presenta el DNA en su
interacción con los metales.
El DNA presenta dos posiciones de coordinación para los metales:
 los grupos fosfato, ubicados en el área exterior de las cadenas del DNA
 las bases nitrogenadas, en el área interior.
A los grupos fosfato se asocian preferentemente los metales duros. Producto de esta interacción
se neutralizan las cargas de los grupos fosfato, lo cual repercute en una estabilización de la
conformación del DNA. Esta función estabilizante sobre el DNA por asociación del metal a los
grupos fosfato recae fundamentalmente en el magnesio(II), que es un metal duro. Sin embargo,
ante una alta concentración del metal se obtiene una estabilización tan alta del DNA que provoca
la aparición de puentes de hidrógeno inusuales que alteran la información genética /Eichhorn,
1985/.
La neutralización de las cargas de los grupos fosfato por cationes metálicos es tan importante en
la estabilización de las estructuras del DNA que si se disuelve en agua destilada tiene lugar un
desenrollamiento de las hebras. Para estabilizar la estructura del DNA en medio acuoso se
requiere de una concentración de electrolito no menor de 2 x 10-3 M.
El enlace de los metales a las bases nitrogenadas del DNA se encuentra íntimamente relacionado
con la conformación del DNA. Así, una conformación mas abierta del DNA favorece el enlace de
los metales en el interior de esta macromolécula. Este enlace ocurre preferencialmente en el N-7
de la guanina, de acuerdo con lo señalado en el epig. 1.7. Estos enlaces afectan los puentes de
hidrógeno G-C, desestabilizando la doble hélice del DNA. Así, el cobre(II), al contrario del
magnesio(II), desestabiliza la estructura del DNA por coordinarse tanto a los grupos fosfato como
a las bases nitrogenadas.
Los metales pueden interactuar con el DNA sin formación de enlaces definidos, esto es, mediante
la incidencia sobre la conformación del DNA. Se ha comprobado que algunos complejos
metálicos, como el Co(NH3) 63+, favorecen las transiciones conformacionales B Z de forma
reversible /Eichhorn, 1985; Thomas, 1989/. Estos estudios se han basado fundamentalmente en la
interpretación de los espectros de dicroismo circular y aun no existe una total comprensión de
cómo se logra la transformación de las conformaciones del DNA ante la presencia de un metal o
un complejo metálico, aunque aparentemente es mediante la formación de puentes de hidrógeno
/Thomas, 1989/.
Las transformaciones conformacionales del DNA, producto de la interacción con metales o
complejos metálicos, tienen grandes implicaciones biológicas. Así, al favorecerse el DNA-Z se
alcanza una gran protección de la molécula ante agentes mutantes.
Una forma bastante singular mediante la cual los complejos metálicos pueden interactuar con el
DNA consiste en una interacción no-covalente mediante la intercalación del complejo en el DNA.
Esta intercalación de moléculas planas o cuasiplanares tiene lugar en forma de cuña en los surcos
del DNA. Ello implica un desenrrollamiento de las hebras del DNA para poder acomodar a la
molécula intercalada /Barton, 1985/. Una interacción de este tipo se ha observado en diferentes
complejos metálicos que contienen la 1,10- fenantrolina (phen) como ligando, como por ejemplo,
[Pt(en)(phen)] 2+ y [Zn(phen)2]Cl2 . Resulta interesante el hecho de que el complejo de cinc sea
tetraédrico y, mas aun, el que el complejo octaédrico [Ru(phen)3]2+ también se intercale en el
DNA. El complejo de rutenio puede presentar dos conformaciones:  y . El isómero  se
intercala preferencialmente.
De los ejemplos anteriores resulta evidente que para la intercalación de un complejo metálico se
requiere, ante todo, que un ligando sea totalmente plano. Así, mientras que el complejo
[Pt(en)(phen)] 2+ es intercalable, no lo es su análogo piridínico [Pt(en)Py2] 2+. En este último caso,
ambas piridinas rotan 90º para ubicarse perpendicularmente al plano del complejo.
2.5. Transporte a través de la membrana celular.
La concentración de especies metálicas dentro de las células resulta de suma importante, tanto
desde el punto de vista fisiológico como terapéutico. De ahí la importancia del análisis del
transporte de las especies metálicas a través de la membrana celular.
La membrana celular esta constituida por una doble capa de lípidos que sirve de barrera viviente
selectiva, con un alto carácter hidrofóbico. Su grosor es de unos 7 000 pm.
El transporte a través de la membrana celular puede ocurrir en el sentido de la disminución de la
concentración y entonces se denomina transporte pasivo. El transporte activo tiene lugar a través
de canales altamente selectivos. Los canales específicos para los iones presentan características
hidrofílicas y son de pequeño diámetro, por lo que sólo admiten iones pequeños.
Cuando el transporte tiene lugar en el sentido de un aumento de la concentración se denomina
transporte activo. Al tener lugar el transporte activo en contra del gradiente de concentración
requiere de un consumo de energía. El transporte activo tiene lugar a través de bombas
enzimáticas las cuales proporcionan la energía necesaria.
El transporte activo de cationes a través de la membrana celular ocurre mediante mecanismos
complejos. El transporte de los cationes implica su encapsulamiento por una proteína que
presenta una superficie lipofílica. Esta proteína, como enzima, suministra la energía requerida
para el proceso de transporte.
A modo de ilustración se analizará a continuación cómo tiene lugar el transporte del sodio y el
potasio. El transporte de sodio y potasio lo realiza una enzima, la ATPasa, que cataliza la
hidrólisis del ATP, liberando la energía requerida para el transporte activo del catión, a la vez que
ejerce el efecto de encapsulamiento ya mencionado. Esta enzima requiere del sodio y del potasio
para poder realizar su acción catalítica. Si se representa la enzima por E y un grupo fosfato por P,
la reacción correspondiente al proceso de transporte puede representarse esquemáticamente de la
forma siguiente:
K+ + ATP = EP + ADP + K+
Mediante esta reacción ocurre el transporte del potasio hacia el interior de la célula.
Paralelamente tiene lugar, en sentido contrario, el transporte del sodio hacia el exterior,
representado mediante la reacción siguiente:
Na+EP = Na+ + EP
Por cada tres moles de Na+ que salen de la célula entran dos moles de K+. De esta forma, la
resulta es una generación de energía producto de la hidrólisis de un mol de ATP. Se ha calculado
que de 18 a 28 mol de sodio se transportan hacia el exterior de la célula por cada mol de oxígeno
respirado. Ello implica un consumo de 2000 - 2500 kJ diarios.
Los iones voluminosos, tales como los iones complejos, prácticamente no pueden traspasar la
membrana celular y de tener lugar lo hacen mediante mecanismos y canales especiales. Las
moléculas neutras se transportan a través de canales lípidos, los cuales presentan radios de sólo
unos cientos de pm. Este transporte puede ser por simple difusión o por mecanismos especiales
de transporte /Ottenbrite, 1984/. Cuando el transporte es por simple difusión la factibilidad del
mismo depende fundamentalmente del volumen de la molécula y de su liposolubilidad. La
liposolubilidad o solubilidad en lípidos de una sustancia puede predecirse a partir del valor de su
coeficiente de partición agua - solvente orgánico, utilizando éter, cloroformo u octanol
preferentemente. Si bien mientras mayor sea la liposolubilidad de una sustancia, mas se favorece
su transporte a través de la membrana celular, también se favorece su excreción /Ottenbrite,
1984/. Por otra parte, una alta liposolubilidad dificulta la administración de la droga, ya que las
mismas generalmente se preparan en soluciones fisiológicas, al menos en el caso de inyectables.
Los mecanismos de transporte específicos conciernen a determinados metabolitos. Moléculas
análogas a dichos metabolitos, como es el caso del metotrexate, que es un análogo del ácido
fólico, pueden usar sus mismos mecanismos de transporte /Ottenbrite, 1984/. Los azucares
presentan canales específicos de traspaso de la membrana celular. Este hecho, unido a los altos
requerimientos energéticos de las células tumorales, ha propiciado la utilización de un buen
número de derivados de carbohidratos, halogenados fundamentalmente, como drogas
antitumorales.
Los compuestos de coordinación con propiedades antitumorales, para estar favorecidos en el
transporte hacia el interior de las células, deben poseer las características siguientes:
 ser moléculas neutras
 contener como ligandos a moléculas orgánicas liposolubles o que sean metabolitos o sus
análogos.
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