Química: Universo, Tierra & Vida
Capítulo I. Átomos y moléculas en el Universo. La tabla periódica de los elementos.
Astrónomos y físicos han postulado como origen del Universos una gran explosión, que a partir de un as denso formó las innumerables galaxias que ahora pueblan el Universo.
Más tarde el Universo se fue enfriando paulatinamente hasta llegar a una temperatura de 3°K, que es la que tienen en la actualidad los espacios interestelares.
El hidrogeno es el elemento mas sencillo y mas abundante en el Universo , es un gas aun mas ligero que el aire, por lo que al llenar un globo con él, habrá necesidad de sujetarlo, o de lo contrario se elevará. Este elemento se combina con otros elementos formando moléculas. Cuando se mezcla con oxígeno en un soplete y se le prende fuego, arde produciendo una flama de color pálido, liberando una cantidad de calor tan sorprendente que funde al hierro con facilidad.
El agua producto formado en la combustión del hidrógeno, es la molécula más abundante en la Tierra, en donde se le encuentra en sus 3 estados físicos: Líquido (abarcando las ¾ partes de la superficie del planeta), gaseoso (en grandes cantidades en la atmósfera , de donde se precipita como lluvia o nieve y en su estado sólido (formando depósitos sobre las montañas y cubriendo las regiones polares y en este caso en tal cantidad, que si este hielo se fundiera la mayor parte de las ciudades costeras y gran parte de las tierras bajas quedarían totalmente bajo las aguas).
El agua en estado sólido es menos densa que en forma líquida.
El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua líquida tiene gran importancia en el mantenimiento de la vida en las regiones frías del planeta: cuando un lago se congela, sólo o hace en su superficie, ya que el hielo por ser menos denso que el agua, flota sobre ella.
Más aun, el agua de las tuberías, que la conducen a nuestras ciudades, se expande al congelarse, rompiendo las tuberías.
LAS GRANDES RESERVAS DE AGUA COMO REGULADORAS DEL CILIMA
Como el agua se calienta y se enfría más lenta que el suelo sirve para regular la temperatura. El agua no sólo es abundante en la Tierra, también se ha detectado en otros cuerpos celestes. También debe existir debajo de la corteza marciana, así como hielo en invierno o líquida en verano.
AGUA OXIGENADA, PERÓXIDO DE HIDRÓGENO, H2O2
Además de el agua existe un compuesto que tiene un átomo de oxígeno más. Esta sustancia es conocida como “Agua Oxigenada” llamada con mayor propiedad “Peróxido de Hidrógeno”, cuya estructura es: H2O2 o HO—OH. Existen también dos tipos de Peróxido de Hidrógeno, el que se consigue en la farmacia que contiene tres partes de agua oxigenada por 97 de agua común y el agua oxigenada que se emplea como oxidante en laboratorios químicos que es mas concentrada, pues tiene 30 partes de H2O2 por 70 de agua común.
OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO POR DESCOMPOSICIÓN DEL AGUA CON METALES
Cuando se arrija un pequeño trozo de sodio metálico sobre agua se efectúa una reacción violenta, se desprende hidrógeno y se genera calor. Algunas veces la reacción es tan violenta que el hidrógeno liberado se incendia.
2HCl + Zn → ZnCl2 + H2
En esta reacción el metal desplazará al hidrógeno formando la sal llamada cloruro de zinc. Si el hidrógeno liberado se hace arder en presencia de aire, se podrá condensar el agua formada por la combinación con el oxígeno del aire.
LA ATMÓSFERA PRIMITIVA DE LA TIERRA
Cuando en el planeta aún no se iniciaba la vida, es seguro que debió existir una atmósfera muy diferente a la que tenemos actualmente. Oparin (científico) supone que estaba compuesta de vapor de agua (H2O), amoniaco (NH3) e hidrocarburos, principalmente metano (CH4), conteniendo también ácido sulfhídrico (H2S).
La mezcla de estos gases, sometida a altas temperaturas y a la radiación ultravioleta que llegaba del Sol sin obstáculos, debieron dar origen a nuevas moléculas orgánicas, como los aminoácidos.
La atmósfera de la Tierra poco a poco se fue acercando a la composición que tiene actualmente y e la que disfrutamos los habitantes de la Tierra, compuesta por 78% de Nitrógeno, 21% de Oxígeno, 0.9% de Argón, Vapor de agua, Bióxido de Carbono, además de otros elementos y moléculas en pequeñas proporciones.
COMPONENTES DEL CUERPO HUMANO
El cuerpo humano está formando por elementos, los principales son: Carbono ©, Oxígeno (O), Hidrógeno (H) y Nitrógeno (N).
La molécula mas abundante en los seres vivos es el agua. En el ser humano llega a ser más de 70% de su peso. Si esta materia fuer incinerada, la mayor parte se convertiría en bióxido de carbono que regresaría a la atmósfera. Como material sólido quedarían las cenizas, que son óxidos provenientes de los componentes inorgánicos del cuerpo, entre los que encontraríamos el óxido de calcio o cal viva, además de óxidos de sodio, potasio, hierro y fósforo.
Los elementos que forman parte de los seres vivos Los elementos que forman parte de los seres vivos no sólo son importantes constituyentes sólo son importantes constituyentes de nuestro planeta, sino que también de otros cuerpos celestes, encontrándolos incluso en los espacios interestelares.
LO MÁS REELEVANTE DE EL CAPÍTULO I.
LAS GRANDES RESERVAS DE AGUA COMO REGULADORAS DEL CLIMA
Como el agua se calienta o enfría más lentamente que el suelo, sirve para regular la temperatura. Es por eso que en las regiones alejadas del mar se tienen climas más extremosos que en las regiones marítimas.
El agua no sólo es abundante en la Tierra, sino que también se ha detectado en otros cuerpos celestes. Por ejemplo, en Marte, aunque ha desaparecido de su superficie dejando vacios los lechos de lagos y ríos, ya que la escasa gravedad del planeta (40% de la terrestre) no la pudo retener, existe agua congelada en los polos, donde se encuentra mezclada con hielo seco (CO2 sólido). También debe existir debajo de la corteza marciana, ya sea como hielo en invierno o líquida en verano.
Capítulo II. El átomo de carbono, los hidrocarburos, otras moléculas orgánicas, su posible existencia en la Tierra primitiva y en otros cuerpos celestes.
La gran teoría de “El Big Bang” concibe la formación del átomo de carbono (peso atómico = 12) en el inferior de las estrellas mediante la colisión de tres átomos de helio (peso atómico = 4).
Cuando la colisión se efectúa entre átomos y neutrones se obtienen átomos con idéntico número atómico, pero diferente peso molecular, a los que se les llama isótopos. El primero de ellos, el fósforo 30, fue preparado por Fédéric e Irene Joliot Curie en 1935.
El uranio, que tiene numero atómico de 92, posee 92 protones en su núcleo. Cada elemento puede tener un número variable de isótopos. El hidrógeno, que posee un protón y un electrón, tiene además un isótopo estable, cuyo núcleo esta formado por un protón y un neutrón. A este isótopo con peso atómico de dos se le llama deuterio.
El carbono, elemento base de la vida, se encuentra en la corteza terrestre en una proporción de 0.03%, ya sea libre o formando parte de diversas moléculas. Como era de suponerse, el carbono se encuentra también en los demás planetas de nuestro Sistema Solar, ya que todos fueron formados a partir de la misma nebulosa.
EL CARBONO EN ESTADO LIBRE
Alotropía es una palabra griega que significa variedad.
El diamante es, por tanto, uno de los alótropos del carbono. Por las diferencias que existen en las uniones entre los átomos del diamante y los del otro alótropo del carbono, el grafito, ambos tienen propiedades completamente diferentes; o sea que mientras el primero es mas duro que los otros materiales conocidos, el segundo es un material blando que se usa como lubricante y para dibujar o escribir .
Igualmente, el diamante es mas pesado que el grafito; pues la densidad del primero es de 3.5/cmᶟ.
Por otra parte, el grafito es un buen conductor de energía eléctrica. Esta propiedad, rara para un elemento no metálico.
COMPUESTOS DEL CARBONO
El átomo de carbono, por tener cuatro electrones de valencia, tiende a rodearse por cuatro átomos, ya sean del propio carbono, con los que comparte cuatro de sus electrones para así completar su octeto, que es lo máximo que puede contener en su capa exterior.
Al igual que en los demás planetas, la Tierra tuvo en su primera época una atmósfera rica en hidrógeno, por lo que el carbono reaccionó con el formando moléculas de hidrocarburo.
Los cuatro primeros hidrocarburos lineales se llaman: metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8) y butano (C4H10), y son gases inflamables, estos forman parte del gas doméstico, mientras que los líquidos constituyen gasolinas.
EL METANO Y OTROS COMPUESTOS QUÍMICOS EN LOS CUERPOS CELESTES
El metano fue parte de la composición de la atmósfera primitiva de la Tierra.
Actualmente el metano forma parte de la atmósfera de los planetas fríos que se encuentras más allá de Marte.
Júpiter.
Se dice que en Júpiter existe un mundo fascinante en que la capas de distintos colores se suceden en este enrome planeta, cuyo diámetro es 11 veces la Tierra. Las nuevas moléculas de hidrocarburos superiores más pesadas que el metano se licuan y llegan a solidificar precipitándose en forma de lluvia o nieve durante las tormentas eléctricas que suceden con frecuencia en ese gigante Sistema Solar.
Saturno.
Se distingue de los demás planetas por su bello e impresionante sistema de anillos, su atmósfera está compuesta principalmente por el hidrógeno, aunque también es abundante en metano, etano y amoniaco. La presencia de sustancias orgánicas nitrogenadas como el ácido cianhídrico y el ciano acetileno, son de gran importancia científica, puesto que son los intermediarios clave en la producción de los aminoácidos y ácidos nucléicos que son los precursores de la vida en la Tierra.
Urano: Color verdoso, 51 000 km de diámetro. Es un gigante gaseoso con un corazón rocoso, con 3 o 4 veces la masa de la Tierra.
Neptuno: es como Urano, un gigante verdoso con aproximadamente las mismas dimensiones y con una composición química parecida.
Plutón: es el menos denso, su composición química, según las ultimas observaciones queda así: 74% de agua sólida, 5%metáno y 21% de roca.
LOS COMETAS
En el sistema solar existen congelados millones de pequeños cuerpos celestes formados de hielo, gas y polvo.
Las órbitas de algunos de ellos son alteradas por influencia de los grandes planetas, convirtiéndose en cometas en periodo corto, como es el caso del cometa Halley, que pasa por las cercanías de la Tierra cada 76 años.
Aprovechando la ocasión en que el cometa Halley pasó por las cercanías de nuestro planeta Tierra marzo de 1986, los científicos de todo el mundo se unieron sus esfuerzos para estudiarlo.
COMPUESTOS OXIGENADOS DEL CARBONO
Conforme a la atmósfera de la Tierra fue adquiriendo oxígeno, esté se fue consumiendo en la oxidación de los distintos elementos y moléculas que existían en ella. Al no haber suficiente oxígeno atmosférico, no había posibilidad de combustión; tanto el hidrógeno como los hidrocarburos podían calentarse a elevadas temperaturas sin producción de fuego.
Cuando prendemos fuego a un hidrocarburo líquido o mezcla de hidrocarburos como la gasolina vemos que el líquido desaparece completamente.
METANOL, ALCOHOL METÍLICO O ALCOHOL DE MADERA
El alcohol metálico, el mas sencillo de los alcoholes, tiene un solo átomo de carbono, y su preparación difiere un poco de la correspondiente a los demás alcoholes. Este procedimiento es el empleado por los fabricantes de carbón vegetal, sólo que ellos lanzan a la atmósfera todos los componentes volátiles como el metanol y la acetona.
El alcohol metílico se una ampliamente como disolvente en química orgánica, es decir como medio en que se llevan a cabo muchas reacciones químicas.
ALCOHOL ETÍLICO
Quizá es el primer disolvente químico preparado por el hombre. Se produce en la fermentación de líquidos azucarados. Se utiliza ampliamente como desinfectante, como ingrediente de bebidas alcohólicas, cuando se vende para usos industriales se le agrega una sustancia que le comunica mal olor o mal sabor.
ÉTERES
Existe la posibilidad de intersección de oxígeno entre dos átomos de carbono, lográndose así la formación de las sustancias llamadas éteres. El más sencillo de ellos es el éter metílico CH3OCH3, siguiéndole el metil etil éter CH3OCH2CH3 y el éter etílico CH3CH2OCH2CH3.
ÉTER ETÍLICO
Es una sustancia líquida de bajo punto de ebullición de mucha importancia, ya que se usa en medicina como anestésico y en los laboratorios de química como disolvente volátil e inmiscible en el agua. Para lograr una buena extracción, se agrita el embudo para que ambos líquidos no miscibles se pongan en compacto, y luego se coloca el embudo un soporte para que queda en la parte inferior del embudo es eliminada, quedando el éter con la sustancia disuelta. Para recuperar la sustancia que originalmente estuvo en el agua lo que se hace es evaporar el éter, de esta manera la sustancia quedará como residuo.
OTROS COMPEUSTOS OXIGENADOS DEL CARBONO: ALDEHÍDOS, CETONAS, ÁCIDOS
Los alcoholes se dividen en tres clases: Primarios, Secundarios y Terciarios.
Primarios. Pierden por oxidación dos átomos de hidrógeno dando un aldehído.
El formol es un gas cuya solución es acuosa al 37%, se usa para conservar los cadáveres.
Los aldehídos en la formación de un espejo de plata
Por deposición de plata sobre un vidrio limpio primero se prepara nitrato de plata amoniacal. Esto se hace agregando suficiente nitrato de plata hasta que el precipitado de hidróxido de plata que se forma al principio se disuelva.
Preparación de insecticida DDT
El tricloroacetaldehído o cloral, obtenido por tratamientos de acetaldehído con cloro, es la materia prima para la obtención de insecticida DDT.
Cuando el cloral se hace reaccionar con colorobenceno en presencia de ácido sulfúrico, el producto es la sustancia clorada DDT, cuyas propiedades insecticidas son ampliamente conocidas.
Cetonas
Cuando el alcohol no es primario, es decir cuando el OH no se encuentra al final de la cadena como sucede en el etanol, sino que se encuentra sobre un átomo central, la oxidación da origen a sustancias llamadas cetonas. Así, por ejemplo la oxidación del isopropanol o alcohol isopropílico,
OH
da origen a la dimetil-cetona, más conocida como acetnoa.
Oxidaciones más avanzadas
Cuando la oxidación de un aldehído continúa, se llega a un ácido carboxílico. De esta manera del metanol se pasa a formaldehido y de éste a ácido fórmico.
En el caso del etanol, los pasos serán, primero, la obtención de acetaldehídos, y después, por medio de una oxidación más avanzada.
CH3CH3OH CH3CHO CH3COOH
LO MÁS REELEVANTE DE EL CAPÍTULO II.
La Tierra, el tercer planeta del Sistema Solar, tuvo la fortuna de no ser tan caliente como Mercurio y Venus, ni tan frío como los planetas más alejados del Sol. Contiene agua en abundancia y carbono en cantidades también relativamente abundantes, además del resto de los elementos estables, es decir todos los elementos de la tabla periódica hasta el numero 92, metal conocido como el nombre de uranio.
Los elementos marcados de 93 al 109, llamados transuránicos, han sido preparados artificialmente por el hombre, mediante colisiones entre distintos átomos.
Los diferentes isótopos (del griego, mismo lugar) de un elemento se llamarán, en general, de la misma manera y ocuparán el mismo lugar en la tabla periódica de los elementos, además de que tendrán idénticas propiedades químicas dado que su configuración electrónica permanece estable.
Se ha comprobado su existencia en meteoritos y en las muestras de piedras traídas de la Luna. En la tierra se le encuentra: libre en forma de diamante o grafito; combinando, formando parte de diversas moléculas orgánicas como la celulosa de la madera, el algodón de azúcar; formando parte de sustancias inorgánicas como el mármol, que químicamente es el carbonato de calcio, el bicarbonato de sodio o polvo de hornear. En la atmósfera terrestre, como bióxido de carbono, de donde las plantas lo toman y lo transforman, con la ayuda de la energía solar, en sustancias orgánicas que incorporan a su organismo. Estas sustancias serán posteriormente utilizadas por algunos de los seres vivos del reino animal como alimento.
Estos a su vez, oxidarán la materia orgánica, liberando bióxido de carbono para completar el ciclo de la vida.
EL CARBONO EN ESTADO LIBRE
En el diamante, cada átomo de carbono está rodeado por otros cuatro átomos acomodados en los vértices de un tetraedro. El grafito, en cambio, los átomos de carbono están fuertemente unidos a tres átomos vecinos, formando capas de hexágonos. En este último caso las diferentes capas se encuentran unidas entre sí por fuerzas débiles, lo que hace que una capa pueda deslizarse sobre la otra.
COMPUESTOS DEL CARBONO
La Tierra, al igual que los demás planetas, tuvo en su primera época una atmósfera rica en hidrogeno, por lo que el carbono reaccionó con él formando moléculas de hidrocarburos. Como el hidrógeno contiene un solo electrón de valencia, cada átomo de carbono se une a cuatro de hidrogeno formando el mas sencillo de los hidrocarburos. El metano. El metano es una molécula estable en la que las capas electrónicas de valencia, tanto del hidrógeno como del carbono, están saturadas, el primero formando un par como en el helio y el segundo octeto como en el neón.
Los hidrocarburos lineales tendrán la fórmula CnH2n+2.
Así, por ejemplo, el hidrocarburo lineal de 5 átomos de carbono o pentano
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 sera C5H(2X5)+2 o sea C5H12. Si el hidrocarburo es ramificado, como por ejemplo el isobutano, su fórmula es también CnH2N+2.
LOS COMETAS
Cuando algo de ellos es perturbado por el paso de alguna estrella, se pone en movimiento y, al recibir el calor del Sol, cobra vida, libera gases y polvo e inicia un viaje describiendo una órbita elíptica alrededor del Sol. A veces invierte miles de años en terminar este viaje. Mientras más se acerca al sol en su recorrido, el cometa libera más materia, átomos y moléculas que. Arrastradas por el viento solar, constituyen su cauda, la que, debido a dicho impulso, siempre se vera opuesta al Sol.
COMPUESTOS OXIGENADOS DEL CARBONO
La oxidación de un hidrocarburo no es siempre total; existen estados intermedios con incorporación parcial de oxígeno. Las moléculas provenientes de estas oxidaciones parciales son de gran importancia para la vida.
Los pasos sucesivos en la oxidación del gas etano serán las siguientes:
CH3-CH3 → CH3-CH2OH → CH3-CH=O →
Hidrocarburo Alcohol etanol Aldehído
etano (gas de (alcohol de aceltaldehído
Estufa) caña)
CH3COOH → CO2
Ácido acético Bióxido
Ácido etanoico de Carbono
(ácido de vinagre)
ALCOHOL ETÍLICO
El alcohol industrial contiene normalmente 95% de alcohol y tiene un punto de ebullición de 78°. La eliminación del 5% de agua restante para llegar a obtener el alcohol absoluto es muy difícil.
Conforme aumenta el número de átomos de carbono en un alcohol sus propiedades se asemeja cada vez más a las de un hidrocarburo. Así, por ejemplo, su solubilidad en agua va disminuyendo a medida que su punto de ebullición más se va acelerando.
CUADRO. Propiedades físicas de hidrocarburos y de sus correspondientes alcoholes.
Hidrocarburo P.eb. Alcohol P.eb. Diferencia |
Metano CH4 -162° metílico +64.5 226.5° Etano CH3-CH3 -88 etílico +78.3 166 Propano CH3CH2CH3 -42 propílico +97 139 Butano CH3 (CH2)2 CH3 0 n-butílico +118 -118 Pentano CH3 (CH2)3 CH3 36 n-pentílico +138 102 Hexano CH3 (CH2)4 CH3 69 n-hexílico +156 87 Heptano CH3 (CH2)5 CH3 98 n-heptílico +176 78 Octano CH3 (CH2)6 CH3 126 n-octílico +195 69 n.decano CH3 (CH2)8 CH3 174 n-decílico +228 54 |
Los aldehídos en la formación de un espejo de plata
Espejo. Cuando ya se tiene preparado el nitrato de plata amoniacal, contenido en un tubo de ensaye muy limpio, se agrega formol. Al hacerlo, de inmediato se depositará una capa de plata metálica en las paredes formando un espejo. Si las paredes del tubo no estuviesen suficientemente limpias. La plata se precipitará como polvo café obscuro.
2 Ag(NH)+ NO3ˉ + HCH=O + H2O
2 Ag° + HCOONH4 + 2 NH4 NO3 + NH3
III. Radiación solar, aplicaciones de la radiación, capa protectora de ozono, fotosíntesis, atmósfera oxidante, condiciones apropiadas para la vida animal.
En el Sol se están generando constantemente grandes cantidades de energía mediante las reacciones termonucleares. La energía radiante se propaga por el espacio viajando a razón de 300 000 km por segundo. A esta velocidad, las radiaciones llegan a la Tierra ocho minutos después de ser generadas.
Las radiaciones de mayor frecuencia tendrán también mayor energía, ya que la energía (E) es igual a la frecuencia v multiplicada por la constante de Plank (h), siendo h=6.626X10ˉ34 J.s La energía será, por lo tanto, E=hv.
REACCIONES FOTOQUÍMICAS
Un tercer camino para relajarla es cuando la molécula excitada da como resultado una reacción química o fotoquímica.
Por decir, cuando la luz llega a la retina, el retinal que forma la parte rodopsina sufre una reacion fotoquímica por medio de la cual cambia su geometría a trans; geometría que al no ser adaptada, para unirse a la opsina provocará su separación y el color cambiará del rojo púrpura al amarillo.
El trans retinal enseguida se reduce enzimáticamente a vitamina A decolorándose totalmente. Después la vitamina A es transportada en 11–cis-vitamina A. Ésta es ahora transportada al ojo en donde al ser oxidada se transforma en 11-cis-retinal que se combina con la opsina para dar rodopsina e iniciar de nuevo el ciclo visual.
Vitamina D2
El proceso que se puede realizar en el laboratorio es el mismo que sucede espontáneamente cuando las personas se exponen a los rayos solares.
La sustancia mas activa para combatir el raquitismo es la vitamina D2 que se obtuvo al irradiar al ergosterol, una sustancia inactiva aislada de la levadura.
CELDAS FOTOVOLTAICAS
Se han utilizado en el espacio para suministrar energía eléctrica a los satélites artificiales.
La solución de esto radica en abaratar el procedimiento para poder utilizarlo en la Tierra en forma competitiva.
El procedimiento está basado en la propiedad que tiene la energía luminosa de excitar los electrones de los átomos. Si sobre un cristal de silicio, cuyos átomos tienen cuatro electrones de valencia, se hace incidir la luz, estos serán excitados y podrán abandonar el átomo, dejando un hueco que equivale a una carga positiva, el cual atraerá a un electrón de un átomo vecino generando en el un nuevo hueco.
Si la mitad del cristal contiene como impureza un elemento que contiene cinco electrones, a cada átomo le sobrará un electrón, aunque los electrones extra se encuentren neutralizados por los protones del núcleo del este elemento.
FOTOSÍNTESIS
Este proceso es algo parecido al de las celdas fotovoltaicas, solo que aquí no se produce una corriente eléctrica.
Las membranas biológicas consisten en un fluido bicapa de lípidos anfipáticos especialmente fosfolípidos. La naturaleza anfipática de estos lípidos se debe a que presentan hacia el exterior la parte polar de los fisfilípidos, la que es atraída hacia el mismo acuoso. La parte interior de la membrana está constituida por las colas no polares de los fosfolípidos que forman una barrera entre los medios acuosos.
En los organismos fotosintéticos existen proteínas, colorantes y moléculas sensibilizadoras embebidas en la membrana de células especializadas en la fotosíntesis.
La clorofila absorbe luz para iniciar la reacción de fotosíntesis. La intensidad de absorción en las distintas longitudes de ondas del espectro visible varían.
Los pigmentos diferentes a la clorofila ayudan a absorber en las longitudes de onda entre 450 y 650, ya que este es el punto en que la clorofila es deficiente.
Las membranas de los cloroplastos poseen dos diferentes fotosistemas, cada una con su propio conjunto de moléculas colectoras y su centro de reacción. El fotosistema I, que absorbe a longitudes de onda mayores de 800nm, el fotosistema II, que absorbe a longitudes de onda menores de 680nm, tiene mayor proporción de clorofila.
FOTOSÍNTESIS DE AZÚCARES Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS
Estos organismos producen glucosa y otros azúcares a partir del CO2 atmosférico y del agua del suelo, usando la energía solar acumulada en el ATP y el NADPH.
El azúcar de cinco átomos de carbono se combina con CO2, catalizando por la enzima carbonílica 1,5-difosfato de ribulosa, produciendo dos moléculas de ácido fosfoglicérico, el que se combina entre sí para dar el azúcar de fruta o glucosa.
El número de ondas que a una velocidad constante pasan por un determinado punto cada segundo se le llama frecuencia. Mientras menor sea la longitud de onda, mas ondas pasarán cada segundo, siendo por lo tanto mayor la frecuencia, y cuando la longitud de onda es mayor, menos ondas pasarán y por lo tanto la frecuencia será menor, por lo que, a la velocidad de la luz, la frecuencia será inversamente proporcional a la longitud de onda.
Capítulo IV. Vida animal, hemoglobina, energía de compuestos orgánicos, dominio del fuego.
La capa de ozono formada por la acción de la luz ultravioleta dio a la Tierra una protección contra la alta energía de esta misma radiación, creándose así las condiciones optimas para la aparición de la vida. Las algas verde-azules y los vegetales perfeccionaron el procedimiento para combinar el CO2 atmosférico con el agua para transformar a la atmosfera terrestre de reductora en oxidante.
El oxigeno que se generaba por fotolisis del agua, ahora se libera de esta mediante la reacción de fotosíntesis, usando la luz solar como fuente de energía.
6 CO2 + 6 H2O 
C6H12O6 + 6 O2
Por una parte se acumulo en el planeta una gran cantidad de energía en forma de materia orgánica, y por otra la atmosfera se enriqueció en oxigeno, dándose así las condiciones para el nacimiento de un nuevo tipo de vida. Este nuevo tipo de vida realiza la operación contraria: toma la materia orgánica que elaboran los vegetales y por medio de una reacción de oxidación, libera y utiliza la energía contenida en esas sustancias para realizar sus funciones.
Los vegetales usan el pigmento verde llamado clorofila como catalizador indispensable en la reacción de fotosíntesis. Los organismos animales, para realizar la reacción de oxidación y liberar las 686 kilocalorías contenidas en la molécula de glucosa, utilizan como transportador de oxigeno un pigmento asociado con proteína conocido como hemoglobina, este tiene el mismo esqueleto básico de la clorofila, pero difiere esencialmente en el metal que contiene, pues mientras la clorofila contiene magnesio, la hemoglobina contiene hierro.
La hemoglobina toma oxigeno del aire y lo transporta a los tejidos, que es donde se realiza la reacción contraria a la fotosíntesis.
C6H12O6 + O2 6 CO2 + H2O + energía
La hemoglobina es una cromoproteína compuesta por una proteína, la globina, unida a una molécula muy parecida a la clorofila, el oxigeno se le une en forma reversible. Cuando esta está unida a oxigeno se llama oxihemoglobina y cuando lo ha soltado deoxihemoglobina.
Los organismos animales, para realizar la reacción de oxidación y liberar las 686 kilocalorías contenidas en la molécula de glucosa, utilizan como transportador de oxígeno un pigmento asociado con proteína conocido como hemoglobina. Este pigmento tiene el mismo esqueleto básico de la clorofila, pero diferente esencialmente en el metal que contiene magnesio, la hemoglobina contiene fierro.
Otro mineral que el organismo o humano necesita es el muy común metal alcalino tereo llamado calcio. La cantidad de calcio que un adulto necesita ingerir diariamente en su dieta es de alrededor de 1 gramo. El fosforo es otro de los elementos indispensables para el funcionamiento del organismo humano por lo que requiere ingerir diariamente alrededor de 1 gramo.
La hemoglobina se encuentra dentro de las células rojas o eritrocitos, que tienen una vida media de 120 a 130 días. Estos son devorados por células del sistema retículo endotelial. Estas células, llamadas macrófagos, se encuentran principalmente en el bazo, el hígado y la medula ósea. El macro ciclo de la hemoglobina es cortado para dar el complejo biliverdina-proteína. El hierro se elimina al igual que la proteína para dar biliverdina, la que es luego reducida para dar origen a la bilirrubina.
LOS ANIMALES Y EL HOMRBRE
De todos los animales que poblaron el planeta hubo uno que destaco por tener un cerebro mayor que los demás: el hombre, que le permitía aprender y asimilar experiencia. El cerebro de un adulto requiere más de 120 gramos de glucosa por día, que puede provenir de precursores como el piruvato y los aminoácidos.
La glucosa es aprovechada por el cerebro vía secuencia glicolítica y ciclo del ácido cítrico, y el suministro de ATP es generado por catabolismo de glucosa. La energía de ATP se requiere para mantener la capacidad de las células nerviosas (neuronas) manteniendo así el potencial eléctrico de las membranas del plasma.
El cerebro adulto requiere más de 120 gramos de glucosa por día, misma que puede provenir de precursores tales como el piruvato y los aminoácidos.
La química del cerebro es muy complicada y no es bien conocida todavía; pero es muy interesante la relación que existe entre los efectos del alcaloide morfina, el alivio del dolor y las sustancias naturales del cerebro llamadas endorfinas y encefalinas. OPIO, MORFINA Y SUSTANCIAS OPIACEAS DEL CEREBRO
El uso del opio como sustancia analgésica es conocido desde tiempos muy remotos. El comportamiento de la morfina como analgésico es impresionante, es un analgésico tan poderoso que se usa en las últimas fases del cáncer. La persona que fue tratada con ella desea volver a tener la experiencia obtenida con la inyección. La repetición de la inyección crea necesidad y cuando esta necesidad no se satisface, el sujeto sufre de los síntomas que la morfina alivió: dolor abdominal, diarrea, respiración agitada, taquicardia, náuseas, sudor y otros dolores.
La existencia de receptores de morfina fue demostrada en laboratorios en 1973.
La morfina y la encefalina tienen pues la misma configuración, por lo que pueden unirse a receptores de la misma manera.
DESCUBRIMIENTO DEL FUEGO
Un paso fundamental en el dominio de la naturaleza lo dio el hombre primitivo cuando aprendió a dominar el fuego, ahora el hombre tenía la luz y el calor y su vida era más fácil. El fuego es la primera reacción química que el hombre domina a voluntad.
La reacción que se está llevando a cabo en una fogata alimentada con leña se puede representar como sigue:
(C6H12O6)n | + | O2 | | CO2 | + | H2O | + | energía |
|
| |
| |
| |
| |
celulosa |
| oxígeno |
| bióx. de carbono |
| agua |
| luz y calor |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
La cadena de descubrimientos a raíz del dominio del fuego ha sido constante hasta nuestros días, en que el consumo de combustible es sinónimo de riqueza de un país. El hombre fue avanzando de la Edad de la Piedra a la Edad de los Metales. El fuego condujo al conocimiento de los primeros elementos químicos: el oro, el plomo, el cobre, el estaño, el azufre y el carbón.
Con el dominio del fuego los ritos mágicos fueron más impresionantes: el hombre quemó hierbas aromáticas cuyos componentes químicos muchas veces tuvieron propiedades curativas. Las infusiones ricas en azúcares, al ser abandonadas muchas veces eran fermentadas, produciendo sustancias como alcohol o ácido acético, y de esa manera se descubrieron la cerveza, el vino y el vinagre.
ENVEJECIMIENTO
Indudablemente entre más pasa el tiempo y un objeto dura, su aspecto se deteriora. 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, Procesos todos ellos en que mucho tiene que ver el oxígeno: el hierro se oxida con el tiempo, al igual que el hule y el cuero.
El aspecto de los seres vivos cambia también con el tiempo: se hacen viejos. El tiempo que se mide por el número de días, meses y años, bien podría medirse por el número de respiraciones o por el volumen de oxígeno que ha usado. El hule de las llantas envejece, lo que se retarda con la vulcanización y adición de antioxidantes, los aceites y grasas se hacen rancios por efecto del oxígeno del aire.
Los radicales libres están implicados en el proceso del envejecimiento del ser humano. Un intermediario clave es el superóxido O-O, formado por reducción del O2 molecular por varios reductores in vivo. Los antioxidantes son importantes en el tejido canceroso en donde la concentración de tocoferol es mayor que en tejido normal. Son también importantes en la prevención de oxidación de lípidos en los tejidos.
LO MAS REELEVANTE DEL CAPÍTULO IV.
El cerebro es un órgano que distingue al hombre de los demás animales. Éste recibe glucosa pura como fuente de energía, y para su oxidación usa casi el 20% del oxigeno total que consume un ser humano adulto.
Uno de los principales constituyentes del opio, la morfina, fue aislado en 1803 por el farmacéutico alemán Sertürner.
Capítulo V. Importancia de las plantas en la vida del hombre: usos mágicos y medicinales.
Los aceites esenciales arrastrados por el vapor de agua aromatizaban la caverna y se condensaban en el techo, con lo que se separaban las sustancias químicas contenidas en las plantas.
El conocimiento de las plantas y sus propiedades seguía avanzando: las usaba también como perfume, medicinas y para obtener colorantes, que empleaba para decorar su propio cuerpo y sus vestiduras. El arte pictórico floreció en ese entonces en muchas partes del mundo. Los pueblos americanos tenían a la llegada de los españoles un amplio conocimiento de las plantas y sus propiedades, especialmente medicinales. Tan impresionante era la variedad de plantas que crecían en el nuevo mundo que lograron interesar vivamente al rey de España. El rey de España, Felipe II, al tener noticias de que en la Nueva España existían más plantas y semillas medicinales que en ninguna otra parte del mundo, envió a Francisco Hernández, "protomédico e historiador general de las Indias, Islas y tierra firme del mar océano”, para que emprendiera una investigación médico-botánica en los vastos territorios recientemente incorporados a la Corona. Francisco Hernández llega al Nuevo Mundo con las instrucciones de identificar todas las yerbas, árboles y plantas medicinales que hubiere en la provincia donde se encontrase. DROGAS ESTIMULANTES CON FINES MÁGICOS Y RITUALES
Muchas plantas fueron utilizadas en ritos mágico-religiosos y muchas de ellas continúan en uno hasta nuestros días.
El peyote, empleado por los pueblos del Noroeste, se sigue usando en la actualidad y se le considera una planta divina. Cuando este cactus es comido, da resistencia contra la fatiga y calma el hambre y la sed, los efectos del peyote duran de seis a ocho horas y terminan de manera progresiva hasta su cese total.
OLOLIUQUI
La planta “ololiuqui” corresponde, según los estudios botánicos recientes, a la enredadera Turbina corymbosa, de la familia Convolvulácea. La semilla molida era usada, mezclada con otros vegetales, para ungir a sacerdotes indígenas. Acosta dice que la planta untada alivia las partes enfermas, por lo que le llamo medicina divina.
Albert Hoffman encontró en 1960 alcaloides del tipo del ácido lisérgico. Entre ellos obtuvo, la amida del ácido lisérgico y su epímero, la amida del ácido isolisérgico, además del alcaloide de hongos, la chanoclavina. Hoffman ensayó las amidas del ácido lisérgico y del ácido isolisérgico, pero no encontró en ellos propiedades alucinógenas, ya que sólo le produjeron cansancio, apatía y somnolencia.
Los glucósidos encontrados en la planta también tuvieron actividad relajante.
HONGOS
Ciertos hongos fueron usados con fines rituales en varias regiones del territorio mexicano. Existen muchos más ejemplos de plantas medicinales y alucinógenas. Todas ellas son un interesante material para realizar estudios químicos. La flora sudamericana no se queda atrás de la mesoamericana y como ejemplo bastará mencionar el caso del llamado curare, un preparado obtenido a partir de diversas plantas y usado como veneno de flechas. CURARE
La palabra curare significa "matar aves". Es un extracto acuoso de varias plantas, entre las que se encuentran generalmente especies de Chondodendron cissampelos y Strychnos. Con este material impregnarán las puntas de flecha y dardos de cerbatanas para cazar animales pequeños; cuando éstos son heridos, aunque sea ligeramente, morirán por efecto del veneno. Cuando un ser humano u otro mamífero es envenenado con curare, comienza a perder el habla, después se le paralizan los miembros y los músculos faciales, hasta que, finalmente llega la muerte.
estrincina
Entre las plantas venenosas que con mucha frecuencia se emplean en la preparación del curare se encuentran diversas especies de Strychnos. Estas plantas son muy venenosas debido a que contienen, entre otros alcaloides, la estricnina, sustancia tóxica que se usa para exterminar roedores. La flora sudamericana es rica en plantas medicinales. El género de plantas andinas antipalúdicas fue llamado Cinchona y la medicina fue introducida a Europa desde 1640. Las investigaciones químicas siguieron así perfeccionando sus conocimientos y ya no se conformaban con efectuar un simple análisis que encontrara cuántos átomos de cada elemento existen en la molécula, si no que querían saber cómo estaban acomodados, es decir la estructura de cada compuesto.
Nadie pensaba en sintetizar estas sustancias naturales porque en aquel tiempo se creía que para que dichos compuestos se formaran era indispensable una fuerza vital, es decir que sólo se podían formar dentro de organismos de seres vivos y lo único que el hombre podía hacer era aislarlos. No fue sino hasta 1828 cuando el químico Friedrich Wöhler, en el curso de un experimento con el compuesto considerado mineral, isocianato de amonio, obtuvo su transformación en el compuesto natural urea.
H4NOCN CO ( NH2)2 Este experimento demostraba que la síntesis de compuestos orgánicos era posible de llevar a cabo por el ser humano.
Han pasado ya cerca de 200 años desde que se inició la química de productos naturales y, sin embargo, sólo alrededor del 10% de las ± 500 000 especies de plantas que viven sobre la Tierra han sido estudiadas en busca de principios activos. Tan escaso número de estudios farmacológicos es debido probablemente al hecho de que el trabajo es complicado y muchas veces decepcionante, Es necesaria la participación de diversos especialistas botánicos expertos en taxonomía. Posteriormente se necesitarán estudios farmacológicos y otros más.
ZOAPATLE, CIHUAPALLI (MEDICINA DE MUJER)
Otra planta con una larga historia en su uso medicinal es el zoapatle. Era utilizada por las mujeres indígenas para inducir al parto o para corregir irregularidades en el ciclo menstrual.
En 1971 se aisalron lactona sesquiterpénicas y a partir de 1972 se iniciaron estudios que culmiman con el aislamiento de los diterpenos activos llamados zopatnol y montanol.
Hoy en día en los mercados de plantas medicinales venden como Zoapatle varias especies de Montanoa: M. tomentosa, M frutescens y M. floribunda.
LO MÁS REELEVANTE DEL CAPÍTULO V.
Los chinos han dejado constancias escritas desde hace más de 4 000 años acerca del uso antimalárico de la droga chaáng shan que corresponde a la planta Dichroa febrífuga, Lour. Los estudios han demostrado la existencia en esa planta del alcaloide antimalárico llamado febrifugina
Capítulo VI. Fermentaciones, pulque, colonche, tesgüino, pozol, modificaciones químicas.
Muchos microorganismos son capaces de provocar cambios químicos en diferentes sustancias, especialmente en carbohidratos. Es de todos conocidos el hecho de que al dejar alimentos a la intemperie en poco tiempo han alterado su sabor y, si se dejan algún tiempo más, la fermentación se hace evidente comenzando a desprenden burbujas como si estuviese hirviendo.
Él hombre observó que las uvas con el tiempo adquirían un cierto sabor al que llegó a aficionarse; así, el vino llegó a producirse en la región del Tigris y en Egipto desde hace ya varios miles de años. El vino se convirtió en la bebida preferida de los pueblos mediterráneos.
PULQUE
El pulque fue en Mesoamérica lo que el vino fue para los pueblos mediterráneos. Era la bebida que se daba en las bodas, que se les daba a beber a los guerreros vencidos que iban a ser inmolados. El pulque es el producto de la fermentación de la savia azucarada o aguamiel, que se obtiene al eliminar el quiote o brote floral. Para recogerlo se utiliza el acocote, que es una calabaza alargada que sirve como pipeta de grandes proporciones.
El pulque es el producto de la fermentación de la savia azucarada o aguamiel, que se obtiene al eliminar el quiote o brote floral y hacer una cavidad en donde se acumula el aguamiel en cantidades que pueden llegar a seis litros diarios durante tres meses.
Los mexicas, en su peregrinación desde Aztlán, en busca de Tenochtitlán, aprendieron a fermentar este jugo azucarado al que atribuyeron propiedades mágicas. A la llegada de los españoles, este vino blanco perdió, junto con su nombre, su categoría y pasó, con el nombre de pulque, a ser la bebida de los pobres. El nombre pulque con el que los españoles denominaron a esta bebida da idea de la degradación en categoría que sufrió, ya que, según Núñez Ortega, este nombre deriva de poliuqui, que significa descompuesto. MANUFACTURA DEL PULQUE
El procedimiento tradicional, que data desde las épocas prehispánicas, consiste en recoger el aguamiel y colocarlo en un recipiente de cuero, donde se lleva a cabo la fermentación provocada por la flora natural del aguamiel. Es una bebida blanca con un contenido alcohólico promedio de 4.26%. Entre los principales microorganismos que intervienen en la fermentación se cuentan el Lacto bacillos sp. y el Leuconostoc y la Saccharomyces carbajali, que es la levadura responsable de la fermentación alcohólica.
OTRAS BEBIDAS MEXICANAS OBTENIDAS POR FERMENTACIÓN
Colonche
Se conoce como colonche a la bebida alcohólica roja de sabor dulce obtenida por fermentación espontánea del jugo de tuna. El colonche se prepara para el consumo local de los estados donde es abundante el nopal silvestre, como son Aguascalientes, San Luis Potosí y Zacatecas. Las tunas se recolectan en el monte, se pelan y enseguida se exprimen y cuelan a través de un cedazo de ixtle o paja para eliminar las semillas. El jugo se hierve y se deja reposar para que sufra la fermentación espontánea.
Los estudios de Ulloa y Herrera señalan que la fermentación del jugo de tuna se debe, entre otros microorganismos, a una bacteria y a la levadura Torulopsis taboadae.
El tesgüino, bebida típica de los pueblos del norte y noroeste de México El tesgüino es una bebida consumida en las comunidades indígenas y por la población mestiza de varios estados del norte noroeste de México. Para lograr la fermentación, se agregan varias plantas y cortezas, dejando la mezcla en reposo por varios días antes de servirla para su consumo.
Pozol
El pozol es maíz molido y fermentado que al ser diluido con agua produce una suspensión blanca que se consume como bebida refrescante y nutritiva. El pozol es un mejor alimento que el maíz sin fermentar, ya que entre los microorganismos responsables de la fermentación existen algunos fijadores del nitrógeno atmosférico, como el Agrobacterium azotophilum.
Al transformar
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
La fermentación alcohólica producida por levaduras ha sido utilizada por todos los diferentes pueblos de la Tierra. En la obtención industrial de etanol se usan diversos sustratos. Muchos sustratos con alto contenido de azúcares y almidones se utilizan en la preparación de bebidas alcohólicas como la cerveza. El uso de la levadura en la fabricación del pan fue descubierto por los egipcios varios siglos antes de Cristo. Al mezclarse la levadura con la masa de harina se lleva a cabo una fermentación por medio de la cual algunas moléculas de almidón se rompen para dar glucosa.
OTROS PRODUCTOS OBTENIDOS POR FERMENTACIÓN
Fermentación láctica
La leche es fermentada por varios microorganismos tales como Lactobacillus casei, o por cocos como el Streptococcus cremoris, transformándose en alimentos duraderos como yogur y la gran variedad de quesos.
Las fermentaciones pueden ser provocadas por muy diversos microorganismos, por lo que las transformaciones pueden seguir distintos caminos y, por lo tanto, obtenerse diferentes productos, tales como ácido butírico, butanol, acetona, isopropanol, ácido propiónico y muchos otros más. Segundo, la androstenediona así obtenida se separa y se hace fermentar con levadura que trabaja en una solución azucarada.
Los microorganismos hacen oxidaciones y reducciones selectivas para obtener sustancias tan valiosas como la hormona testosterona. Las fermentaciones se han utilizado también para obtener corticoides. La introducción del grupo hidróxido en la posición 11a de la progesterona es un paso clave en la ruta hacia los corticoides. Entre los corticoides más conocidos podemos mencionar a la cortisona y a la dihidrocortisona.
Ambas sustancias son útiles en el tratamiento de múltiples enfermedades, como artritis reumatoide, inflamaciones de la piel, enfermedad de Addison, asma, etcétera.
LO MÁS REELEVANTE DEL CAPÍTULO VI.
ZOAPATLE, CIHUAPALLI (MEDICINA DE MUJER)
Los estudios químicos del zoapatle se comenzaron a realizar desde fines del siglo pasado. En 1971 se aislaron lactonas sesquiterpénicas y a partir de 1972 se inician estudios que culminan con el aislamiento de los diterpenos activos llamados zoapatanol y montanol.
Capítulo VII. Jabones, Saponinas y Detergentes
El efecto limpiador de jabones y detergentes se debe a que en su molécula existe una parte lipofílica por medio de la cual se unen a la grasa o aceite, mientras que la otra parte de la molécula es hidrofílica, tiene afinidad por el agua, por lo que se une con ella; así, el jabón toma la grasa y la lleva al agua formando una emulsión como la que a continuación se presenta:
Los jabones se preparan por medio de una de las reacciones químicas más conocidas: la llamada saponificación de aceites y grasas.
Por eso cuando los aceites son tratados con una base fuerte como sosa o potasa se saponifican, es decir producen la sal del ácido graso conocida como jabón y liberan glicerina. En el caso de que la saponificación se efectúe con sosa, se obtendrán los jabones de sodio, que son sólidos y ampliamente usados en el hogar. La reacción química que se efectúa en la fabricación de jabón se puede representar en forma general como sigue:
si la saponificación se hace con cal, el producto será el jabón de calcio, Ca(OCOR)2. El problema es que este jabón es un sólido duro e insoluble, por lo que no sirve para los fines domésticos a los que se destinan los jabones de sodio. Los jabones de sodio tienen un amplio uso en nuestra civilización, por lo que la industria jabonera es una de las más extensamente distribuidas en el mundo entero.
ACCIÓN DE LAS IMPUREZAS DEL AGUA SOBRE EL JABÓN
Este tipo de agua ni cose bien las verduras ni disuelve el jabón. Esto último sucede así, porque el jabón reacciona con las sales disueltas en el agua y, como consecuencia, produce jabones insolubles.
DETERGENTES
Los primeros detergentes fueron descubiertos en Alemania en 1936.
Fueron sulfatos de alcoholes y después alquilbencenos sulfonados.
Basta con ver los ríos rápidos que llevan las aguas municipales para darse cuenta de cómo se elevan en ellos verdaderas montañas de espuma. Para evitar esto, se han hecho esfuerzos por sustituir la cadena lateral ramificada por una cadena lineal, la que si sería biodegradable.
ENZIMAS
Los detergentes están formulados con esta formulación son capaces de eliminar manchas de sangre, huevo, etcétera.
Entre las sustancias que se agregan a los detergentes para mejorar sus características se encuentran ciertas sustancias que protegen a las telas contra la fijación del polvo del suelo o el atmosférico. Estas sustancias, que mantienen a las telas limpias por más tiempo al evitar la reimplantación del polvo, son sin duda de gran utilidad, pues evitan trabajo y deterioro de la tela.
El carboxi-metilcelulosa, es eficiente en algodón y otras telas celulóicas, pero falla con telas sintéticas. La industria de jabones y detergentes que contribuye a mantener a nuestro mundo libre de inmundicias, es muy grande. En 1984 fue de 24 millones de toneladas y tan solo en América Latina se produjeron 2.7 millones de toneladas.
SAPONINAS
Antes de que el hombre creara la gran industria del jabón se usaban jabones naturales llamados saponinas (nombre derivado del latín sapo, jabón) y conocidos por los mexicanos como amole. Muchas raíces y follaje de plantas tienen la propiedad de hacer espuma con el agua, por lo que se han utilizado desde la Antigüedad para lavar ropa. Los pueblos prehispánicos del centro de México llamaban amole a estas plantas y eran sus jabones.
LO MÁS REELEVANTE DEL CAPÍTULO VII.
Cuando el agua que se usa para lavar ropa o para el baño contiene sales de calcio u otros metales, como magnesio o fierro, se le llama agua dura. Este tipo de agua ni cuece bien las verduras ni disuelve el jabón. Esto último sucede así, porque el jabón reacciona con las sales disueltas en el agua y, como consecuencia, produce jabones insolubles, de acuerdo con la siguiente reacción:
2 C17H35COONa + CaCl2 (C17H35COO)2Ca +2 NaCl estearato de sodio esterearato de calcio + sal
Capítulo VIII. Hormonas vegetales y animales, feromonas, síntesis de hormonas a partir de sustancias vegetales.
Las plantas no solo necesitan agua y nutrientes para crecer, sino también luzo solar y bióxido de carbono atmosférico.
Cuando una planta germina, comienzan a actuar algunas sustancias hormonales que regulan su crecimiento desde esa temprana fase: las fitohormonas, llamadas giberelinas, son las que gobiernan varios aspectos de la germinación; cuando la planta surge a la superficie, se forman las hormonas llamadas auxinas, las que aceleran su crecimiento vertical, y, más tarde, comienzan a aparecer las citocininas, encargadas de la multiplicación de las células y que a su vez ayudan a la ramificación de la planta.
La absorción en la región del ultravioleta fue muy parecida a la del ácido ribonucleico, lo que hizo pensar en la posible actividad hormonal de este ácido. Efectivamente, al ser probado el ácido ribonucleico contenido en un frasco almacenado por largo tiempo en el laboratorio, se observó notable actividad hormonal. Cuando el contenido del viejo frasco se terminó se probaron ácidos ribonucleicos recientemente preparados, aunque con resultados decepcionantes, ya que el ácido ribonucleico nuevo no tenía actividad hormonal. Conociendo la existencia de auxinas que hacen crecer a la planta por agrandamiento de sus células y la presencia de citocininas que favorecen la división celular, tendríamos la posibilidad de lograr plantas con crecimiento ilimitado, pero esto no sucede así, la planta contiene también inhibidores, sustancias que actúan cuando las condiciones dejan de ser favorables para el crecimiento ya sea por escasez de agua o por frío.
odos hemos observado que en invierno las plantas dejan caer sus hojas y que, aunque el invierno no sea muy crudo, debido a la escasez de agua, la planta suelta su follaje. MENSAJEROS QUÍMICOS EN INSECTOS Y PLANTAS
Existen tres clases principales de mensajeros químicos: alomonas, kairomonas y feromonasLas alomonas: sustancias que los insectos toman de plantas y que posteriromente usan como arma defensiva.
Las kairomas: sustancias que denuncian a los insectos herbívoros ante sus parásitos, a los que atraen.
Las feromonas: que cuando son liberadas para atraer al sexo contrario, proclaman territorio y alarma a los de su misma clase.
FEROMONAS DE MAMÍFEROS
El que los animales respondan a señales químicas se sabe desde la Antigüedad: los perros entrenados siguen a su presa por el olor.
Estas secreciones están compuestas por una gran variedad de sustancias químicas, las cuales sirven para identificar la especie, el sexo y aun a un individuo particular. El interés en el sexo opuesto es despertado por el olor de ciertos compuestos. Después el animal investiga el estado sexual en que se encuentra, mediante el análisis de la orina en donde se secretarán hormonas sexuales y sus productos de descomposición. Lo más difícil de entender es cómo distinguen a un individuo entre miles de la misma especie. Al estar marcado un territorio, cada individuo debe saber si es el suyo o es ajeno a partir de señales químicas (olor).
HORMONAS SEXUALES
Entre las diversas hormonas que aquél produce se encuentran las hormonas sexuales. Éstas son sustancias químicas pertenecientes al grupo de los esteroides, pertenecientes al mismo grupo que el de los ácidos biliares y el colesterol. Las hormonas sexuales son producidas y secretadas por los órganos sexuales, bajo el estímulo de sustancias proteicas que llegan, por medio de la corriente sanguínea, desde el lóbulo anterior de la pituitaria en donde estas últimas se producen.
HORMONAS MASCULINAS (ANDRÓGENOS)
Los caracteres sexuales secundarios, entre otros son, el crecimiento de barba y bigote, en el gallo son muy notables y han servido para evaluar sustancias con actividad de hormona masculina.
HORMONAS FEMENINAS (ESTRÓGENOS)
Las hormonas femeninas son sustancias esteroidales producidas en el ovario. Estas sustancias dan a la mujer sus características formas redondeadas y su falta de vello en el rostro. La hormona responsable de estas características en la mujer se llama estradiol. El estradiol, que como acabamos de mencionar se empezó a producir por reducción de la estrona, ahora se produce por síntesis total. ESTRÓGENOS SINTÉTICOS (NO NATURALES)
Existen dos sustancias sintéticas que, aunque no poseen estructura de esteroide, tienen fuerte actividad hormonal (estrogénica). Estas son las drogas llamadas estilbestrol y hexestrol.
Aunque poseen una potente actividad de hormona femenina, no son aplicables a personas, dada su alta toxicidad. Sin embargo, encuentran su campo de aplicación en la rama veterinaria.
LA PROGESTERONA (ANTICONCEPTIVOS)
La acción de la progesterona aislada en 1934 es muy específica. Ningún otro producto natural la posee y, como era muy escasa, se intentó su síntesis. En 1935 el colesterol pudo ser degradado oxidativamente a dehidro espiandrosterona (DHA).
Contando con DHA como materia prima, Imhoffen intentó transformarlo en progesterona por adición de los dos carbones faltantes mediante aceliluro de potasio. El producto obtenido no fue progesterona, pero, sin embargo, la esterona, que fue la que se produjo, tuvo actividad progestacional, y aunque ésta posee tan sólo una tercera parte de la actividad de la progesterona cuando es inyectada, es más activa que ella por vía oral.
ESTEROIDES CON ACTIVIDAD ANABÓLICA
La primera sustancia con estas propiedades fue la 19-nortestosterona, sustancia que tiene un átomo menos que la testosterona. Esta sustancia posee una actividad anabólica aún mayor que la testosterona, y es más débil como hormona masculina. Como esta sustancia, se sintetizaron muchas más.La 17-α-etil-19-nortestosterona se obtiene por hidrogenación de la sustancia anticonceptiva femenina, la 17-α-etinil-19-nortestosterona. La reacción se termina cuando ésta ha absorbido dos moles de hidrógeno.
EFECTOS SECUNDARIOS
Y efectivamente, el uso de esteroides anabólicos ayuda al desarrollo muscular, pero por desgracia existen efectos secundarios que pueden ir desde mal carácter y acné, hasta tumores mortales; aunque de ello no existen datos precisos.
Los daños al hígado están perfectamente documentados en personas que abusan de los esteroides. Algunos sufren de acné, calvicie y alteración del deseo sexual. Peor todavía, algunos atletas del sexo masculino han sufrido agrandamiento del busto.
HORMONAS HUMANAS A PARTIR DE SUSTANCIAS VEGETALES
Ciertamente, el metabolismo animal transforma sustancias vegetales en hormonas animales. El hombre, con su gran capacidad intelectual, ha hecho posible la transformación química de sustancias vegetales en hormonas sexuales y otras sustancias útiles para corregir ciertos desarreglos de la salud.
Estas sustancias, llamadas saponinas, fueron ampliamente conocidas por los pueblos prehispánicos y usados por ellos como jabón. Por tener una molécula básicamente semejante son importante materia prima para la elaboración de drogas esteroides de gran utilidad. Lo primero que se hace es eliminar, por medio de una hidrólisis ácida, el azúcar o azúcares que llevan unidos por lo regular en la posición C-3. De esta manera se separan los azúcares de la sapogenina. La industria mexicana de esteroides, nacida en la década de los cuarenta, tiene como base el rizoma de barbasco Discorea composita y otras discoreas. Sin embargo no es la única materia prima mexicana rica en esteroides.
ESTEROIDES ÚTILES (ACTIVOS)
La sarsasapogenina es enseguida sometida a la degradación descubierta por R. Marker, y modificada en 1959 por Wall y Serota, que consiste esencialmente en un tratamiento a alta temperatura y presión con anhídrido acético.
La sustancia obtenida de esta degradación es materia prima apropiada para ser transformada en esteroides de tipos muy variados. La transformación más sencilla será su conversión en progesterona por contener ya la cadena lateral apropiada. También es fácil la obtención de corticoides como la cortisona o la dihidrocortisona, que tienen el mismo tipo de cadena lateral.
LO MÁS REELEVANTE DEL CAPÍTULO VIII.
Una sustancia estimulante del crecimiento de avena fue aislada de orina en 1934 por Kögl y Haagen-Smit. La sustancia activa fue identificada como ácido indol acético.
Las sustancias inhibidoras aisladas de los extractos fueron los ácidos p-hidroxi benzoico, p-coumárico, vainíllico y o-hidroxifenil acético. Efectos alelopáticos se han encontrado en artemisias y otras plantas aromáticas, incluyendo árboles como el pirul (Schinus molle).
Las sustancias responsables de la caída de las hojas y frutos se llama ácido abscísico.
Los árboles y plantas grandes producen sustancias que los hace poco digeribles como son los taninos y las ligninas, mientras que las pequeñas, de vida más corta, se defienden con sustancias tóxicas como los alcaloides.
Algunas otras plantas despiden sustancias tóxicas, ya sea por su follaje, cuando están vivas, o como producto de degradación, al descomponerse en el suelo.
Estas sustancias que impregnan el suelo evitan la germinación y, en caso de que nazcan otras plantas, retardan su crecimiento, evitando así la competencia por el agua.
EL MOVIMIENTO DE LAS PLANTAS
Las células del girasol se contraen en el sitio en donde incide la luz solar formándose inhibidores de crecimiento en ese punto. El resultado es el de doblar el tallo formando una curva que apunta hacia el Sol. Los movimientos en la Mimosa pudica y en las hojas que duermen han sido estudiados por H. Schildknecht, quien encontró que se deben a sustancias químicas de naturaleza ácida, algunas de las cuales fueron aisladas de Mimosa pudica, como la llamada PMLF-l y la M-LMF-5. El movimiento observado en las hojas del frijol soya es muy interesante, ya ha sido estudiado. Al llegar la noche sus hojas se doblan y toman la posición de dormidas, apropiada para su protección contra el frío nocturno. En la mañana, cuando llega la luz del día, se enderezan de nuevo.
FEROMONAS DE MAMÍFEROS
Las manadas de leones o los grupos de lobos tienen su territorio de grupo. Estos territorios son marcados con frecuencia con orina, con heces, o con diferentes glándulas, tal como lo hace el gigantesco roedor sudamericano, el capibara, con la glándula nasal. Se piensa que la secreción de las glándulas especiales debe estar compuesta por feromonas, pero sólo unas pocas han podido ser probadas como tales.
La secreción vaginal en el mono rhesus, así como en la mujer, contiene ácidos grasos, como el ácido acético y el isovaleriánico, que varían cíclicamente con la menstruación. Esta secreción entre los monos tiene la función de atrayente sexual; los machos son atraídos por la hembra en la época en que ésta es fértil. Probablemente en la especie humana primitiva ocurrió algo similar.
Capítulo IX. Guerras químicas, accidentes químicos.
GUERRA QUÍMICA
Antes de que el hombre apareciera sobre la Tierra ya existía la guerra.
La lucha contra insectos devoradores ha sido constante durante millones de años. Las plantas mal armadas sucumben y son sustituidas por las que, al evolucionar, han elaborado nuevas y más eficaces sustancias que las defienden. Los insectos también responden, adaptándose hasta tolerar las nuevas sustancias; muchos perecen y algunas especies se extinguen, pero otras llegan a un acuerdo y logran lo que se llama simbiosis, brindándose ayuda mutua, como el caso de laYucca y la Tegeticula mexicana. En esta vida en simbiosis, la Yucca proporciona alimento y materia prima hormonal a la mariposa nocturna.
GUERRA ENTRE INSECTOS Y DE INSECTOS CONTRA ANIMALES MAYORES
El hombre conoce bien a las abejas o avispas, pues muchas veces por perturbar la tranquilidad del enjambre ha sido inyectado con dopamina o histamina, sustancias entre otras que son responsables del dolor, comezón e hinchazón de la parte atacada.
Las hormigas, por su parte, incluyen entre sus armas, además del ácido fórmico u ácido de hormiga, los alcaloides monomorina I, II y III, que, además de sustancias de defensa, le sirven para marcar sus caminos.
Algunos insectos escupen sustancias tóxicas sobre el enemigo, como lo hace el escarabajo bombardero. Muchos insectos poseen glándulas en donde se acumula el veneno, teniendo cada uno una manera propia de inyectarlo, como por ejemplo arañas, serpientes, escorpiones, etc.
EL HOMBRE USA LA QUÍMICA PARA LA GUERRA
Al pasar el tiempo el hombre inventa un explosivo, la mezcla de salitre, azufre y carbón, que es usada en un principio para hacer cohetes que alegraron fiestas y celebraciones. Este después fue usado para la guerra.
Más tarde se fueron descubriendo explosivos más poderosos. Varios productos nitrados, por su alto contenido de oxígeno, son buenos explosivos. Así como la nitroglicerina.
Esta sustancia es sumamente peligrosa pues explota con mucha facilidad, por lo que debe tenerse mucho cuidado a la hora de su fabricación. Con todo, a pesar de su peligrosidad el hombre la fabrica y la usa para la guerra debido a la gran cantidad de gases que produce al explotar, pues 1 kg de nitroglicerina produce 782 litros de gases, además de una gran cantidad de calor: 1 kg produce 1 6l6 K cal. En la segunda Guerra Mundial se usó otra sustancia orgánica nitrada, el trinitrotolueno oTNT, obtenida por tratamiento del tolueno con mezcla sulfonítrica.
El hombre no se ha conformado con fabricar armas basadas en reacciones químicas, sino que también ha manipulado el átomo para crear la bomba atómica.
LA BOMBA DE HIROSHIMA
La bomba lanzada sobre Hiroshima fue una bola de uranio 235 no mayor de 8 cm de diámetro y de más o menos 5 kg. Pero como la fisión del uranio tiene un poder explosivo aproximadamente 10 millones de veces mayor que el TNT, la bomba debió equivaler a 20,000 tons de TNT.
USO DE SUSTANCIAS TÓXICAS EN LA GUERRA
Las sustancias de alta toxicidad fueron utilizadas como armas químicas en la primera Guerra Mundial. Los alemanes lanzaron, en abril de 1915, una nube de cloro sobre los soldados franceses quienes, al no estar protegidos, tuvieron que retirarse varios kilómetros.
La más poderosa arma química usada en la primera Guerra Mundial fue el gas mostaza. Empleado por primera vez en julio de 1917 por los alemanes en la batalla de Ypres, Bélgica, causó terribles daños a las tropas francesas.
Las sustancias empleadas por ambos bandos conforma una larga lista, entre la que se cuenta a los gases lacrimógenos, como cloro y bromoacetona, diversas sustancias como cloro, sulfato de dimetilo, etil carbazol, fosgeno, etc.
GASES NEUROTÓXICOS
Los alemanes desarrollaron a finales de la segunda Guerra Mundial los gases neurotóxicos sarina o GB y tabun.
Estos gases son más letales que las armas químicas usadas en la primera Guerra Mundial. Son inodoros, por lo que es muy difícil detectarlos antes de que hayan hecho daño mortal.
ESPIONAJE QUÍMICO. EL POLVO DE LOS ESPÍAS
El aldehído aromático 5(4-nitrofenilo)-2,4-pentadien -1-al ha sido usado para marcar el camino seguido diariamente por personas sometidas a investigación. El aldehído, que es un polvo amarillo, se coloca sobre objetos que normalmente se tocan, tales como el volante del automóvil, el pasamanos de la escalera y la cerradura de la puerta. La sustancia, colocada en pequeñas cantidades, se adhiere a la mano y luego puede ser detectada en los objetos que el individuo tocó posteriormente. De esta manera se puede seguir el trayecto de la persona investigada.
LOS HERBICIDAS COMO ARMA QUÍMICA. SU USO EN VIETNAM
Estas sustancias fueron preparadas en una gran variedad dependiendo de la planta que se pretende matar. El ácido 2,4,D fue un herbicida selectivo que mata a plantas de hojas anchas sin dañar a los cereales, por lo que protege en forma eficiente a cultivos de trigo, avena, cebada y otros granos. En cambio, existen herbicidas tan potentes, como el ácido 3,4-diclorofenoxiacético, que mata a todo tipo de plantas.
EL AGENTE NARANJA
El agente naranja es una combinación de dos herbicidas que, en pruebas hechas en selvas tropicales africanas, mostró ser muy eficiente como defoliador de árboles. El agente naranja contiene dos herbicidas, el ácido 2,4,D y el 2,4,5,T. Al ser aplicado a los campos de cultivo, hace que las plantas crezcan demasiado rápido y mueran antes de producir sus frutos.En la guerra de Vietnam fue utilizado para hacer que los árboles perdieran sus hojas y que de esta manera no se pudiese esconder el enemigo, aunque sin tener en cuenta el daño que se pudiera causar a largo plazo al ambiente y a las personas.
EFECTOS DEL AGENTE NARANJA
La aplicación de este agente provocó trastornos en la salud de los veteranos de la guerra de Vietnam.
Las compañías químicas que proporcionaron el agente naranja contaminado con dioxina fueron condenadas a pagar 180 millones de dólares a los afectados. Alrededor de 40 000 miembros del personal que pudieron demostrar que estuvieron en contacto con el herbicida, fueron indemnizados.
LLUVIA AMARILLA, POSIBLE USO DE MICOTOXINAS COMO ARMAS DE GUERRA
Dadas las historias contadas por los montañeses del sudeste de Asia acerca de la aparición de nubes amarillas que matan rápidamente a quienes toca en forma directa y que enferma con extraños síntomas a la gente más alejada, y las de algunos nativos de Laos y Kampuchea que hablan de lluvia amarilla que provoca muerte y enfermedad, la embajada de los Estados Unidos y después la comunidad científica internacional comenzaron a inquietarse.
LAS SUSTANCIAS TÓXICAS COMO ACCIDENTES
Recientemente en la planta de insecticidas de Bhopal en el centro de la India se sufrió un accidente con el escape de isocianato de metilo. Este gas, altamente tóxico, se emplea en la fabricación del insecticida carbaril (1-naftil-metil carbamato), el que a su vez se prepara con metil amina y con el también gas muy tóxico fosgeno. Las consecuencias de dicho accidente son de imaginarse.
LO MAS REELEVANTE DEL CAPÍTULO IX.
LOS HERBICIDAS COMO ARMA QUÍMICA. SU USO EN VIETNAM
Las auxinas sintéticas usadas para matar las malezas de los cultivos y así obtener mejores cosechas fueron desarrolladas en Inglaterra desde los años treinta, poco después del descubrimiento del ácido indol acético como regulador natural del crecimiento de las plantas.Estas sustancias fueron preparadas en una gran variedad dependiendo de la planta que se pretende matar. El ácido 2,4,D fue un herbicida selectivo que mata a plantas de hojas anchas sin dañar a los cereales, por lo que protege en forma eficiente a cultivos de trigo, avena, cebada y otros granos. En cambio, existen herbicidas tan potentes, como el ácido 3,4-diclorofenoxiacético, que mata a todo tipo de plantas, por lo que en vez de proteger los cultivos los aniquila. Ya en 1947 fue reconocido por algunas autoridades británicas el potencial que pueden tener los herbicidas en la guerra química, ya que podrían ser usados contra algunas naciones con efectos más rápidos que un bloqueo y menos repugnantes que el uso de la bomba atómica.
