Metais e seres vivos, una relación complicada

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

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

Os metais forman parte dos seres vivos, una parte pequena en comparación con outros compoñentes, pero importante, xa que cumpren diversas funcións. No corpo humano, o calcio é o metal máis abundante (o 0,23% de todos os átomos que o compoñen son átomos de calcio); é un dos compoñentes dos ósos, tecido conjuntivo e músculos, e ten outras funcións.

Outros metais, nunha proporción moito menor no organismo, son tan imprescindibles como o calcio. O cobalto, o cobre, o ferro, o manganeso e o zinc son microelementos, é dicir, a cantidade que o corpo humano necesita destes minerais mídese en miligramos, e si o organismo non alcanza a cantidade mínima, aparecen problemas de saúde.

O ferro, por exemplo, é coñecido porque se produce anemia se non se toma suficiente. Forma parte da hemoglobina e das encimas que interveñen no metabolismo enerxético. Non é, con todo, o único metal relacionado coa hemoglobina ou os glóbulos vermellos. Cobalto

É o compoñente da vitamina B 12, asociada á formación de glóbulos vermellos. O cobre é necesario paira transformar o ferro da hemoglobina e asimilar o ferro dos alimentos. Tamén participa na absorción da vitamina C.

Por outra banda, o manganeso activa as encimas que interveñen na síntese de graxas e está relacionado coa asimilación das vitaminas C e B 1. O zinc é un compoñente das encimas dixestivas que participa no metabolismo.

Ademais destes metais microelementos, existen outros que se clasifican en oligoelementos. Son níquel, cromo e molibdeno e necesítanse en cantidades aínda menores ás anteriores (microgramos). Interveñen no funcionamento da área, no transporte de proteínas e no metabolismo da glicosa, e na formación de encimas, respectivamente.

Todos o micro e oligoelementos mencionados son metais pesados. Con todo, os metais pesados son de mala reputación pola súa agresión ao medio ambiente e aos seres vivos. Por suposto, como ocorre con moitos outros elementos ou compostos, a clave está en gran medida en dose. Con todo, outros metais pesados non teñen ningunha función no organismo e son tóxicos na dose máis baixa. Son mercurio, chumbo e cadmio.

Con todo, o mercurio, o chumbo e o cadmio atópanse na vida cotiá das persoas, do mesmo xeito que outros metais pesados. As baterías e pilas conteñen chumbo, mercurio, cadmio e níquel; o aceiro está feito de ferro, e grazas a iso levántanse os edificios; o cobre utilízase paira conducir a forza de luz; os coches fabrícanse en aceiro, aluminio e cobre; os electrodomésticos e moitos dos aparellos que se utilizan nos laboratorios como o medicamento son metálicos... Está claro que os metais pesados son case imprescindibles.

Debido ao seu uso, non é de estrañar que o medio ambiente chegue a pesar de que existen tecnoloxías e métodos paira evitar ou reducir os danos que producen. Moitos son acumulativos, xa que o corpo non os expulsa e, ademais, a medida que ascende na cadea trófica, a concentración aumenta. É dicir, os seres vivos que están na base da cadea trófica acumulan metal, incluso os que os comen, aumentando a concentración… até chegar ao nivel superior da cadea trófica. E aí está o home.

Máis que conta de dose

Con todo, non todo é cuestión de dose, senón tamén da forma química na que os metais teñen toxicidade. Por exemplo, o elemento de mercurio é pouco tóxico por boca xa que se absorbe pouco e elimínase rapidamente. Pola contra, o vapor de mercurio absórbese nos pulmóns e prodúcense intoxicacións crónicas e agudas.

En xeral, os compostos orgánicos de metais son máis nocivos que os inorgánicos, como os compostos orgánicos que conteñen mercurio e cadmio son 10-100 veces máis tóxicos que os inorgánicos. Pero sempre hai excepcións, e no caso do arsénico, os compostos inorgánicos son os máis tóxicos.

Ademais, o estado de oxidación tamén inflúe na toxicidade e o cromo é un exemplo claro: Cr 3+ é un elemento esencial, pero Cr 6+ é moi carcinogénico. Ademais, poden existir interaccións entre compostos, polo que o seu efecto sobre o corpo pode ser maior ou menor que individualmente.

Por outra banda, algunhas formas dos metais son máis útiles que outras, é dicir, son máis facilmente solubles na contorna e chegan aos seres vivos, polo que teñen máis posibilidades de danalos. Factores como a hidrofobicidad, a temperatura, o pH, as interaccións iónicas, etc. inflúen na dispoñibilidade dos metais e na maior ou menor penetración nos corpos dos seres vivos (biodisponibilidad). Por exemplo, ao aumentar a temperatura aumenta a biodisponibilidad dos metais, o cloruro de cobalto e o cloruro de cobre disólvense moito máis facilmente ao baixar o pH do chan de 8 a 7 e o cloruro de cadmio é moi tóxico en auga salgada.

Danos profundos

Deste xeito, os metais poden adoptar una ou outra forma en función das condicións, e así penetran no organismo, por exemplo inhalados, aspirados (plantas) ou inxeridos (animais). Logo chegan ao interior das células por diferentes vías. Alí é posible que se elimine, fórmese un composto e convértase en inerte ou que se acumule nalgún compartimento dentro da célula. Nestes casos non produce danos.

Pero é posible que a célula non sexa capaz de facelo e entón pode ser perigosa. De feito, ao chegar ás células, o ferro e outros metais poden interactuar co óxido peróxido (H 2 Ou 2 ), dando lugar á oxhidrilo radical (OH). Este radical, extremadamente oxidante, causa danos nos lípidos da membrana celular, proteínas, ácidos nucleicos e, en xeral, produce danos metabólicos que poden levar á persoa á morte.

Doutra banda, algúns metais compiten con metais esenciais. Substituídos por reaccións en cadea que impiden ou modifican as funcións das biomoléculas.

Inflúen non só no metabolismo, senón tamén no ADN. Se chegan ao núcleo celular únense ás proteínas do ADN. Os metais tamén interactúan co óxido peróxido no interior do núcleo e os oxhidrilo radicais que se forman oxidan bases ou desoxirribosa. Ademais, a perda de bases pode ter outras consecuencias, como a rotura de dobres hélices e formación de simples, pontes de proteína de ADN ou pontes entre dúas moléculas de ADN.

Na replicación do ADN, os metais pesados inhiben as encimas que interveñen no proceso, dando lugar a erros. Tamén producen cambios na síntese de nucleótidos e nos procesos de metilación do ADN. Todos estes cambios afectan á estrutura do ADN e poden ser causa de cancro. É máis, aínda que non se produza ningún cambio na secuencia do ADN, os metais pesados son capaces de dificultar a expresión dos xenes debido aos cambios que se producen nas proteínas que interveñen no proceso de transcrición.

Biorremediación

Os metais pesados, por tanto, provocan graves efectos sobre os seres vivos. Pero non é o mesmo: algúns organismos teñen una gran tolerancia aos metais pesados. A biorremediación baséase no uso de seres vivos (microorganismos, fungos e plantas) ou as súas encimas, que teñen a capacidade de absorber metais, acumulalos, transformalos ou eliminalos, paira eliminalos ou neutralizalos.

Así, en moitos lugares utilízanse determinadas plantas paira limpar chans contaminados con metais pesados. No País Vasco, NEIKER, Instituto Vasco de Investigación e Desenvolvemento Agrario e o equipo de Bioloxía Vexetal e Ecoloxía da UPV/EHU Jose Maria Becerrilak, por exemplo, están a investigar o uso da planta denominada Thlaspi caerulescens paira restaurar a saúde dos chans de Karrantza e dalgunhas zonas da marxe esquerda de Bilbao. De feito, nestas zonas houbo minas, polo que as súas terras están contaminadas con metais pesados (ferro, zinc, cadmio, chumbo).

Segundo Lur Epelde, que traballa en NEIKER, a saúde do chan mídese polos microorganismos que alí habitan. Son eles os bioindicadores, que estudan a actividade dos microorganismos, a biomasa, a biodiversidade, etc. e saben cal é o estado de saúde da terra. Se os indicadores indican que a terra está enferma, pon en marcha una técnica de fitoextracción paira rexenerar o chan, como a plantación de Thlaspi caerulescens.

Esta planta atópase espontaneamente en terreos próximos ás minas e só crece en zonas cunha alta concentración de metais pesados. O seu principal característica é que absorbe zinc, cadmio e outros metais pesados, almacenándoos en follas sen sufrir danos. Concretamente os garda en vacuolas de follas. Así, nas follas pode chegar a acumular 10.000 ppm de cadmio e 30.000 ppm de zinc, é dicir, é un hiperacumulador.

A pesar do seu reducido tamaño, é una planta que extrae gran cantidade de metais do chan, polo que é ideal paira restaurar as zonas contaminadas. Plantan, deixan crecer e reciben a colleita e a replantan. Co tempo, a saúde do chan mellora considerablemente, o que se percibe nos microorganismos do chan. Os bioindicadores demostran que a planta favorece o chan e non só porque o limpa con metais. Ademais, as raíces das plantas son una fonte de compostos orgánicos que melloran a estrutura física dos chans.

En NEIKER tamén se están traballando outras liñas. Ademais dos hiperacumuladores, pódense utilizar plantas do chan que non acumulan tantos metais pero que crecen moito, como o viño e o sorgo. Con este tipo de plantas engaden quelantes (EDTA, EDDS...) ao chan paira aumentar a dispoñibilidade de metais e facilitar a absorción de metais.

Tamén se pode aproveitar a capacidade de absorción de metais polas plantas a través das raíces. Lur Epeld recoñece que aínda non probaron este sistema en NEIKER, pero que é adecuado paira a limpeza de metais pesados en humidais e augas subterráneas.

A interacción entre metais e seres vivos é, sen dúbida, complexa e perigosa. Pero non hai que esquecer que sen metais non habería vida, polo menos igual que a que hai na actualidade.