Metalls i éssers vius, una relació complicada

2007/06/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biokimika
• Biologia
• Anatomia/Fisiologia
• Osasuna
• Kimika
• Ekologia
• Ingurumena

Els metalls formen part dels éssers vius, una part petita en comparació amb altres components, però important, ja que compleixen diverses funcions. En el cos humà, el calci és el metall més abundant (el 0,23% de tots els àtoms que el componen són àtoms de calci); és un dels components dels ossos, teixit conjuntiu i músculs, i té altres funcions.

Altres metalls, en una proporció molt de menor en l'organisme, són tan imprescindibles com el calci. El cobalt, el coure, el ferro, el manganès i el zinc són microelementos, és a dir, la quantitat que el cos humà necessita d'aquests minerals es mesura en mil·ligrams, i si l'organisme no aconsegueix la quantitat mínima, apareixen problemes de salut.

El ferro, per exemple, és conegut perquè es produeix anèmia si no es pren suficient. Forma part de l'hemoglobina i dels enzims que intervenen en el metabolisme energètic. No és, no obstant això, l'únic metall relacionat amb l'hemoglobina o els glòbuls vermells. Cobalt

És el component de la vitamina B 12, associada a la formació de glòbuls vermells. El coure és necessari per a transformar el ferro de l'hemoglobina i assimilar el ferro dels aliments. També participa en l'absorció de la vitamina C.

D'altra banda, el manganès activa els enzims que intervenen en la síntesi de greixos i està relacionat amb l'assimilació de les vitamines C i B 1. El zinc és un component dels enzims digestius que participa en el metabolisme.

A més d'aquests metalls microelementos, existeixen uns altres que es classifiquen en oligoelementos. Són níquel, crom i molibdè i es necessiten en quantitats encara menors a les anteriors (micrograms). Intervenen en el funcionament de l'àrea, en el transport de proteïnes i en el metabolisme de la glucosa, i en la formació d'enzims, respectivament.

Tots els micro i oligoelementos esmentats són metalls pesants. No obstant això, els metalls pesants són de mala reputació per la seva agressió al medi ambient i als éssers vius. Per descomptat, com ocorre amb molts altres elements o compostos, la clau està en gran manera en dosi. No obstant això, altres metalls pesants no tenen cap funció en l'organisme i són tòxics en la dosi més baixa. Són mercuri, plom i cadmi.

No obstant això, el mercuri, el plom i el cadmi es troben en la vida quotidiana de les persones, igual que altres metalls pesants. Les bateries i piles contenen plom, mercuri, cadmi i níquel; l'acer està fet de ferro, i gràcies a això s'aixequen els edificis; el coure s'utilitza per a conduir la força de llum; els cotxes es fabriquen en acer, alumini i coure; els electrodomèstics i molts dels aparells que s'utilitzen en els laboratoris com la medicina són metàl·lics... És clar que els metalls pesants són gairebé imprescindibles.

A causa del seu ús, no és d'estranyar que el medi ambient arribi a pesar que existeixen tecnologies i mètodes per a evitar o reduir els danys que produeixen. Molts són acumulatius, ja que el cos no els expulsa i, a més, a mesura que ascendeix en la cadena tròfica, la concentració augmenta. És a dir, els éssers vius que estan en la base de la cadena tròfica acumulen metall, fins i tot els que els mengen, augmentant la concentració… fins a arribar al nivell superior de la cadena tròfica. I aquí està l'home.

Més que compta de dosi

No obstant això, no tot és qüestió de dosi, sinó també de la forma química en la qual els metalls tenen toxicitat. Per exemple, l'element de mercuri és poc tòxic per boca ja que s'absorbeix poc i s'elimina ràpidament. Per contra, el vapor de mercuri s'absorbeix en els pulmons i es produeixen intoxicacions cròniques i agudes.

En general, els compostos orgànics de metalls són més nocius que els inorgànics, com els compostos orgànics que contenen mercuri i cadmi són 10-100 vegades més tòxics que els inorgànics. Però sempre hi ha excepcions, i en el cas de l'arsènic, els compostos inorgànics són els més tòxics.

A més, l'estat d'oxidació també influeix en la toxicitat i el crom és un exemple clar: Cr 3+ és un element essencial, però Cr 6+ és molt carcinogénico. A més, poden existir interaccions entre compostos, per la qual cosa el seu efecte sobre el cos pot ser major o menor que individualment.

D'altra banda, algunes formes dels metalls són més útils que unes altres, és a dir, són més fàcilment solubles en l'entorn i arriben als éssers vius, per la qual cosa tenen més possibilitats de danyar-los. Factors com la hidrofobicidad, la temperatura, el pH, les interaccions iòniques, etc. influeixen en la disponibilitat dels metalls i en la major o menor penetració en els cossos dels éssers vius (biodisponibilitat). Per exemple, en augmentar la temperatura augmenta la biodisponibilitat dels metalls, el clorur de cobalt i el clorur de coure es dissolen molt més fàcilment en baixar el pH del sòl de 8 a 7 i el clorur de cadmi és molt tòxic en aigua salada.

Danys profunds

D'aquesta manera, els metalls poden adoptar l'una o l'altra forma en funció de les condicions, i així penetren en l'organisme, per exemple inhalats, aspirats (plantes) o ingerits (animals). Després arriben a l'interior de les cèl·lules per diferents vies. Allí és possible que s'elimini, es formi un compost i es converteixi en inert o que s'acumuli en algun compartiment dins de la cèl·lula. En aquests casos no produeix danys.

Però és possible que la cèl·lula no sigui capaç de fer-ho i llavors pot ser perillosa. De fet, en arribar a les cèl·lules, el ferro i altres metalls poden interactuar amb l'òxid peròxid (H 2 O 2 ), donant lloc a l'oxhidrilo radical (OH). Aquest radical, extremadament oxidant, causa danys en els lípids de la membrana cel·lular, proteïnes, àcids nucleics i, en general, produeix danys metabòlics que poden portar a la persona a la mort.

D'altra banda, alguns metalls competeixen amb metalls essencials. Substituïts per reaccions en cadena que impedeixen o modifiquen les funcions de les biomolècules.

Influeixen no sols en el metabolisme, sinó també en l'ADN. Si arriben al nucli cel·lular s'uneixen a les proteïnes de l'ADN. Els metalls també interactuen amb l'òxid peròxid a l'interior del nucli i els oxhidrilo radicals que es formen oxiden bases o desoxirribosa. A més, la pèrdua de bases pot tenir altres conseqüències, com el trencament de dobles hèlixs i formació de simples, ponts de proteïna d'ADN o ponts entre dues molècules d'ADN.

En la replicació de l'ADN, els metalls pesants inhibeixen els enzims que intervenen en el procés, donant lloc a errors. També produeixen canvis en la síntesi de nucleòtids i en els processos de metilació de l'ADN. Tots aquests canvis afecten l'estructura de l'ADN i poden ser causa de càncer. És més, encara que no es produeixi cap canvi en la seqüència de l'ADN, els metalls pesants són capaços de dificultar l'expressió dels gens a causa dels canvis que es produeixen en les proteïnes que intervenen en el procés de transcripció.

Biorremediación

Els metalls pesants, per tant, provoquen greus efectes sobre els éssers vius. Però no és el mateix: alguns organismes tenen una gran tolerància als metalls pesants. La biorremediación es basa en l'ús d'éssers vius (microorganismes, fongs i plantes) o els seus enzims, que tenen la capacitat d'absorbir metalls, acumular-los, transformar-los o eliminar-los, per a eliminar-los o neutralitzar-los.

Així, en molts llocs s'utilitzen determinades plantes per a netejar sòls contaminats amb metalls pesants. Al País Basc, NEIKER, Institut Basc de Recerca i desenvolupament Agrari i l'equip de Biologia Vegetal i Ecologia de la UPV/EHU Jose Maria Becerrilak, per exemple, estan investigant l'ús de la planta denominada Thlaspi caerulescens per a restaurar la salut dels sòls de Karrantza i d'algunes zones del marge esquerre de Bilbao. De fet, en aquestes zones va haver-hi mines, per la qual cosa les seves terres estan contaminades amb metalls pesants (ferro, zinc, cadmi, plom).

Segons Lur Epelde, que treballa en NEIKER, la salut del sòl es mesura pels microorganismes que allí habiten. Són ells els bioindicadors, que estudien l'activitat dels microorganismes, la biomassa, la biodiversitat, etc. i saben quin és l'estat de salut de la terra. Si els indicadors indiquen que la terra està malalta, posen en marxa una tècnica de fitoextracción per a regenerar el sòl, com la plantació de Thlaspi caerulescens.

Aquesta planta es troba espontàniament en terrenys pròxims a les mines i només creix en zones amb una alta concentració de metalls pesants. El seu principal característica és que absorbeix zinc, cadmi i altres metalls pesants, emmagatzemant-los en fulles sense sofrir danys. Concretament els guarda en vacúols de fulles. Així, en les fulles pot arribar a acumular 10.000 ppm de cadmi i 30.000 ppm de zinc, és a dir, és un hiperacumulador.

Malgrat la seva reduïda grandària, és una planta que extreu gran quantitat de metalls del sòl, per la qual cosa és ideal per a restaurar les zones contaminades. Planten, deixen créixer i reben la collita i la replanten. Amb el temps, la salut del sòl millora considerablement, la qual cosa es percep en els microorganismes del sòl. Els bioindicadors demostren que la planta afavoreix el sòl i no sols perquè el neteja amb metalls. A més, les arrels de les plantes són una font de compostos orgànics que milloren l'estructura física dels sòls.

En NEIKER també s'estan treballant altres línies. A més dels hiperacumuladores, es poden utilitzar plantes del sòl que no acumulen tants metalls però que creixen molt, com el vi i el sorgo. Amb aquesta mena de plantes afegeixen quelantes (EDTA, EDDS...) al sòl per a augmentar la disponibilitat de metalls i facilitar l'absorció de metalls.

També es pot aprofitar la capacitat d'absorció de metalls per les plantes a través de les arrels. Lur Epeld reconeix que encara no han provat aquest sistema en NEIKER, però que és adequat per a la neteja de metalls pesants en aiguamolls i aigües subterrànies.

La interacció entre metalls i éssers vius és, sens dubte, complexa i perillosa. Però cal no oblidar que sense metalls no hi hauria vida, almenys igual que la que hi ha en l'actualitat.