Biometales Parte 1

1. Biometales Parte 1 Prof. Dr. Roberto Cao Universidad de La Habana

2. Li Be B C N O F Mo Na Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb Sr In Sn Sb Te I Cs Ba Tl Pb Bi macroelementos microelementos Elementos esenciales en el sistema biológico

3. Clasificación biológica de los metales • Esenciales • Beneficiosos • Tóxicos Metales esenciales o biometales son: Na, K, Mg, Ca, V, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn

4. Eficiencia metabólica Dosis La diferencia entre un medicamento y un veneno solo estriba en la dosis Paracelcius

5. M Tipo de metal Efecto de deficiencia Efecto de exceso Ca esencial deformación ósea cataratas, cálculos, arterioesclerosis Co esencial anemia falla coronaria, policitemia Cu esencial anemia enfermedad Wilson Fe esencial anemia hemocromatosis, siderosis Li tóxico depresión maníaca neuritis Mg esencial convulsiones anestesia Mn esencial deformación ósea ataxia K esencial enfermedad Addison

6. Li Be 30 0.011 6 <0.001 Na Mg 6300 6.3 23300 4.1 Cu Zn K Ca Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe 13700 15 7 ~0 5000 0.0086 100 0.001 100 0.00018 38000 0.67 8 0.0009 40 0.01 20 0.01 50 0.01 14000 2.3 850 0.012 Sr Rb Mo 100 0.015 300 0.08 2 0.00035 Cs Ba 6 0.0002 500 0.054 Metales: presencia en sistemas biológicos, suelo y agua

8. Elem Cerebro Riñón Hígado Pulmón Músculo Piel Sangre Plasm Ca 320 390 140 480 100 360 62 99 Cu 22 12 20 6 3 1.7 1.1 1.1 Fe 200 290 520 1300 140 29 480 1.1 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 Se 2.1 2.1 2.1 - 2.5 - 0.27 0.11 Zn 46 210 130 62 180 13 6.5 1.6

9. Función biológica de los biometales • Electroquímica o iónica • Impulsos nerviosos, control muscular, balance osmótico • Estructural y enzimática en reacciones ácido-base • DNA, huesos , enzimas hidrolasas y fosfatasas: Zn,Ca, Mg, Mn • Enzimática (redox) • Fe, Cu, Mo • Activación y transporte de O2 • Hb, Mb, hemeritrinas, hemocianina • Transporte de electrones • Citocromos, plastocianinas, azurinas

10. Li Be Na Mg K Ca Sr Rb K+ 5 mM K+ 105 mM Cs Ba Na+ 143 mM Na+ 10 mM +V ~80 mV - Metales alcalinos y alcalino-térreos Función electroquímica o iónica Na+ y K+ son los de mayor movilidad iónica 70 42 250 1700 El valor de V es la base de la función de impulsos nerviosos y control muscular

11. Mg 42 Magnesio, Mg2+ El Mg2+ se encuentra fundamentalmente intracelular asociado al DNA y en transferencia de fosfatos. La clorofila, compuesto de Mg2+ esencial para la fotosíntesis Metales alcalino-térreos Función electroquímica y estructural Movilidad iónica, labilidad cinética: Ca2+ > Mg2+

12. Ca 1700 Calcio, Ca2+ Ca2+ > 1 M Ca2+ 2.5 mM Forma cálculos renales, cataratas, arterioesclerosis El 95 % del Ca se encuentra en el sistema óseo y esmalte dental Ca2+ como mensajero secundario activa secreción de hormonas, actua como neurotransmisor, activa metaloenzimas, controla ritmo cardíaco, etc. Para ello se asocia a: Parvalbúmina (en peces y anfíbios), Troponina (control muscular), concanavalina, calmodulina (interacción con proteínas), protrombina (coagulación de sangre) etc.

13. Calmodulina: regula procesos celulares Metales alcalino-térreos

14. Cu Zn Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe V Mo Vanadio Metales de transición • El vanadio se encuentra fundamentalmente en forma de VO43- en: • algas: haloperoxidasas • bacterias: azotobacter vinelandii (nitrogenasa) • tunicatos: hemovanadina Compuestos de vanadio se estudian como miméticos de la insulina

15. Cu Zn Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe Cr < 0.1 g Mo Metales de transición Cromo Alimentos ricos en Cr: Levadura de cerveza, carnes, quesos, nueces, etc. La actividad biológica del cromo (Cr3+) aun no se ha esclarecido. Aparentemente favorece el metabolismo de los carbohidratos FTG: factor de tolerancia a la glucosa El Cr(VI) es muy tóxico

16. Cu Zn Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe Mo Mo < 0.1 g Molibdeno Metales de transición Es absorbido como MO42- • El molibdeno es el único biometal de la segunda serie de transición. • Juega importantes funciones en enzimas redox, tales como: • nitrogenasas (bacterias) • nitrato reductasa: • NO3- + 2H+ + 2e- NO2- + H2O • xantin oxidasa: • Xantina + H2O  Ac. Úrico + 2H+ + 2e- • etc

17. Cu Zn Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe Mn < 0.1 g Mo Manganeso Metales de transición El Mn2+ forma compuesto de coordinación poco estables y por ello se asemeja al Mg2+ y Ca2+. Cumple función estructural. Activa numerosas enzimas. Mn(III)SOD El Mn participa en el fotosistema II: 2 H2O  O2 + 4 H+ + 4 e- El Mn es determinante en el crecimiento y reproducción de mamíferos

18. Cu Zn Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe Fe 4 – 5 g Mo Metales de transición Hierro Consumo diario: 0.5 – 2 mg 5 mg en embarazo • El hierro es el único metal de transición presente en los sistemas biológicos en cantidades macrocoscópicas, fundamentalmente como: • hemoglobina 70 % • mioglobina 3 – 5 % • ferritina (almacena Fe3+en el hígado y pancrea) contiene el resto del Fe

19. Distribución del hierro en mamífero

20. Mioglobina

21. Desoxihemoglobina

22. Oxihemoglobina (HbO2)

23. Cu Zn Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe Co < 0.1 g Mo El cobalto se encuentra en el organismo en forma de vitamina B12, esencial para generar hemoglobina. Metales de transición Cobalto Consumo diario: 1g

24. N N N N H H H N N N N Corrina Porfirina Cobalto Vitamina B12 Ünico compuestos organometálico natural Se extrae como cianocobalamina pero en realidad el Co(III) esta enlazado al radical 5-desoxiadenosilo

25. Cu Zn Sc V Cr Mn Co Ni Ti Fe Ni Mo Metales de transición Níquel El níquel se encuentra en bacterias y plantas formando hidrolasas hidrogenasas, reductasas, etc.