DOCTOR GONZALO VILLAMIZAR A *,**
Asombra la similitud de las estructuras de universo y átomos, con las leyes de la creación nada sucede ocasional o imprevisto, así funcionan los seres vivos y también los otros, los inanimados, vocablo impropio porque todo se mueve. La célula como unidad fundamental de la vida se basa en el movimiento de los átomos y moléculas que la integran.
Estas consideraciones son a propósito de mi libro Aldea Global con el transitar del Homo que relatamos a lo largo de sus civilizaciones; de donde surgió la idea de volver a recorrer al hombre, esta vez al interior de su cuerpo para agregar datos a la abundante documentación existente, producto de los avances tecnológicos que recrean la visualización dentro del organismo humano, con impresionantes imágenes merced a la radiología, la ecosonografía, la visión endoscópica, el cine. Lo haremos a manera de divulgación científica para el lector común, a fin de suscitar el ansia de conocimientos a lo más profundo, apoyados en nuevos recursos ultramicroscópicos y así llegar a la molécula y el átomo, acceder a lo más elemental en la explicación de la vida del Homo, lo que realizamos con optimismo debido a los avances de la electrónica y la nanotecnología, especialmente con las recientes aportaciones del laboratorio IBM, en Suiza, que por primera vez precisó imágenes de las estructuras de moléculas y átomos, tomando una molécula de Pentaceno, de l.4 nanómetros de longitud, con 26 átomos: doce de carbono y catorce de hidrógeno, utilizando un microscopio de fuerzas atómicas, un notable avance de la nanoelectrónica que augura grandes descubrimientos. Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro. Vivimos una etapa de reduccionismo, las ciencias biológicas están estudiando los mecanismos de la vida en la intimidad microscópica y ultramicroscópica obteniendo relevantes conocimientos por los aportes de la Química Biológica y la Biología Molecular para observar la impresionante interacción entre células y dentro de ellas seguir las estructuras moleculares, todo lo cual ha permitido conocer a fondo las expresiones clínicas y los efectos farmacológicos, además del concepto general del fenómeno llamado Vida.
ENCUENTRO DE OVULO Y ESPERMATOZOIDE
Obviamente debemos comenzar por las células más pequeña y más grande del organismo, espermatozoide y óvulo: la carrera más apasionante a realizar en el organismo humano corre a cargo del primero. Con tamaño de cinco micras, diez mil veces más pequeño que el óvulo, entrenado para moverse incansablemente desde su nacimiento allá en el tejido germinal de los testículos merced a su cuerpo de larga cola ondulante que al contactar la membrana del óvulo adoptará rotación para penetrar, con una cabeza portadora de la herencia en 23 cromosomas que se juntarán a los 23 del óvulo, llevando también esos minúsculos seres la misión de determinar el sexo del futuro engendro portando casi por mitad grupos XY y grupos X X, que unidos óvulo y espermatozoide serán masculino o femenino si se juntan XY o XX respectivamente; dotado de sorprendente movilidad por efecto de la cola que lo impulsa hacia adelante; no va solo, este maratón microscópico está compuesto de millones de acompañantes empeñados en tenaz carrera, tres centímetros por diez minutos, en la cavidad vaginal encuentran inconvenientes debido a la acidez reinante, enseguida los auxilia la succión que realiza el músculo uterino a través del cuello que por su menor acidez más colabora en el avance; ya en la cavidad del útero se dividen en dos grupos para acceder a cada uno de los dos conductos que traen al óvulo desde los ovarios, un conducto para cada ovario, un ovulo cada mes, son las llamadas Trompas de Falopio en honor a su descubridor, en ver quien llega primero a bordear la membrana ovular y penetrarla mediante la acción de dos enzimas (proteínas) : hialuronidaza y acrosima. De los cerca de 400 millones de espermatozoides que iniciaron la marcha, la mitad pereció al equivocarse de trompa, solo cuentan con 48 horas de existencia, el resto ha perecido en el trayecto hasta sobrevivir unos tres mil, se acercan al óvulo unos cuarenta y uno solo de ellos logra la penetración, evidenciando con su triunfo ser portador de la mayor energía, necesaria para el trabajo a realizar. Ovulo y espermatozoide se reconocen, se juntan para fusionarse en un acto de amor a nivel celular, ya la membrana del óvulo se cerró para evitar más ingresos, facilitado por la formación de sólida pared producto del intercambio molecular de ambas membranas. Bastante se ha recreado esta etapa que lleva al encuentro de la anhelada doncella de forma ovalada, de un milímetro, es posible ubicarla a simple vista, es el ovulo, que desde el ovario realiza una travesía a lo largo del mencionado conducto, la espera del espermatozoide es de 48 horas, fallece el óvulo si no le llega el visitante en ese tiempo, el mismo lapso de vida para ambos, en el tránsito acaece el encuentro con su anhelado espermatozoide y terminan instalándose en un nido preparado en la pared del útero; se funden en una sola célula, el embrión, dando comienzo a la mitosis, una proliferación de nueve meses que logrará fabricar cien mil millones de células dispuestas a cumplir las diversas funciones para mantener la vida. Merced al intercambio molecular entre las membranas de óvulo y espermatozoide se realiza una fusión de ambas y de ahí emerge un canal que conduce la cabeza genital al interior del ovulo: cabeza del espermatozoide que contiene la carga genética cuyo tamaño tiene gigantesca desproporción con el tamaño del óvulo; la energía utilizada por el espermatozoide para llegar hasta allí es dada por las mitocondrias contenidas en su cuerpo, ubicado entre cabeza y cola, a base de moléculas llamadas enzimas en forma de adenosina trifosfato, identificado como ATP, molécula que consta de adenina, uno de los veinte aminoácidos esenciales- el aminoácido es el componente más elemental de la molécula proteica- además de un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfatos. De momento prescindamos de terminologías y digamos que al ATP se le considera la moneda de intercambio en el vasto movimiento de átomos y moléculas en zonas que nos hacen recordar la etapa primigenia de la Tierra, convulsa por cargas eléctricas, tensiones, atracciones, resonancias, estabilización, renovación.
Veamos más de cerca el encuentro de las dos células de la reproducción humana: la cabeza del espermatozoide con su gran vesícula secretora, el acrosoma, el cual abre sus poros para verter diversas enzimas encargadas de disolver las glicoproteínas de la zona pelúcida-“cáscara”- que rodea y protege al òvulo, donde también interviene el calcio, y ya disueltas ambas membranas celulares se opera la entrada y fusión de óvulo y espermatozoide.
La fusión de espermatozoide y óvulo generará el ser humano, Homo que vimos transitando la historia en Aldea Global; aquí sucesivamente como embrión, feto, neonato, infante, adolescente, joven, de edad madura y la vejez, inevitable declinación de todos los seres, también de los no vivientes, tal como terminará por sucederle al planeta que habitamos.
LAS MOLECULAS Y LOS ELEMENTOS ATOMICOS
Siempre el trabajo celular es a base del movimiento molecular, ninguna función del organismo, ya sea adulto o de este momento en que hemos tratado la gestación, logra prescindir de las moléculas, incansables, acudiendo aquí y allá, para en millones de combinaciones, recombinaciones, análisis y síntesis, conformar y mantener una estructura con capacidad de asegurar el aparato de la vida a base de moléculas de alta complejidad, proteínas, glúcidos y lípidos contenidos en los alimentos, que sufren una primera degradación en el aparato digestivo antes de la absorción y mediante la circulación sanguínea van al Hígado, luego a nivel celular desprovistos de la complejidad molecular que trajeron con los alimentos y la química del Hígado, en el interior de la célula se descomponen a base de reacciones químicas, que no son otra cosa que enfrentamientos entre complejos moleculares diversos, de donde se derivan grupos moleculares más simples y se libera energía, que permiten a cada célula sintetizar sus propias moléculas: son macro y micro moléculas, universo atómico y molecular suficiente para mantener los fenómenos vitales. A riesgo de incomodar con excesos de terminología, es imposible omitir algunos detalles, como que las bases nitrogenadas que componen la Adenina, Timina, Citocina, Guanina, constituyen los ácidos nucleicos que forman parte del ADN y ARN del Código Genético.
El Genoma Humano se logró hace apenas una década, la ciencia y el mundo esperan pronta solución a enfermedades como el cáncer, cuyo conocimiento y resolución es ahora más accesible para la ciencia y el arte médico.
Los ácidos nucleicos mencionados son unidades elementales de las moléculas proteicas, lo más simple de las proteínas, a partir de ellas se inicia la conformación de proteínas de complejidad cada vez mayor; se les llama aminoácidos, se sintetizan a centenares en la naturaleza, el cuerpo humano solo sintetiza 20, son la base para que nuestro organismo logre las proteínas que diariamente necesita, los llaman “ladrillos”, imprescindibles para elaborar las proteínas que mantienen el edificio de la vida. Estas minúsculas proteínas al obtener mayor complejidad intervienen en cuanta actividad emprende el organismo: reserva alimentaria y energética, transporte de sustancias, de oxígeno y CO2, hormonas y hemoglobina hacia los tejidos, a integrar membranas celulares, contribuir a las defensas y conformar toda la estructura celular.
Respiramos átomos, también los ingerimos vía alimentaria, en los medicamentos, concepto que no solo interesa a los físicos. Desde el Big Bang hasta nuestros días, no cesa el proceso de juntamiento de átomos y moléculas tanto en el Cosmos como aquí en la Tierra, donde hasta generó esta vida que la ciencia trata de hallar en otros lugares.
Esos átomos se organizan en grupos para cumplir diferentes funciones, entre ellos hay comunicación constante, unos gobiernan sobre otros, los trillones de átomos del cerebro mantienen equilibradamente su interrelación, algunos de ellos dirigen las operaciones, quièn eligió ese director, donde se hallan esos átomos y moléculas dentro del cerebro, en qué se diferencian de los demás, por qué esa obediencia incondicional. En el aparente caos del Universo existe armonioso movimiento operacional en el mundo atómico. Es Dios.
Cuando referimos los ladrillos acude a la imaginación lo que sucede en las construcciones de obras que el hombre a cada rato realiza para su bienestar. Los aminoácidos, ladrillos de las células, inevitablemente nos conducen a otras estructuras aún más simples, los componentes atómicos, y entonces topamos con los que pululan en el cosmos, integrados a la materia en todas partes incluyendo naturalmente a nuestro planeta, a las sustancias con y sin vida, de donde aparece que no todos ellos ingresan a los seres vivientes, en nuestro organismo están presentes nueve: C, O, H, N, Ca, K, Mg, Na, Fe; quedan fuera de los seres vivientes: Silicio, Aluminio y Titanio. Todos son elementos químicos cada uno con su peso atómico. Insistimos, el organismo utiliza en gran cantidad los minerales necesarios y agregamos Fl, Y, Zn, Cr, Co, manganeso y molibdeno. Enzimas, vitaminas, hormonas y muchos más de componentes dentro de las células están conformados a base de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, componentes indispensables de las moléculas complejas.
Repetimos, el aminoácido es la unidad fundamental de la molécula proteica, son veinte en el organismo humano, con él es posible elaborar las complejas proteínas capaces de atender las funciones vitales de la célula, como son: servir de fuente de energía, equilibrar la presencia de nitrógeno y dióxido de carbono, intervenir en los procesos metabólicos del cerebro, en la desintoxicación y eliminación de amoníaco, ahí está la Cisteína desintoxicando por ser antagonista de los radicales libres, la Glutamina que ayuda a la utilización de la glucosa por el cerebro, el ácido glutámico presta ayuda al sistema nervioso central y al sistema inmunológico, la Histidina, que influye en los procesos de reparación y crecimiento del aparato cardiovascular, la Serina que tiene que ver con el crecimiento muscular y el metabolismo de los lípidos, Taurina, estimula la hormona del crecimiento, regulariza la presión sanguínea, fortalece corazón y nervios; Tirosina, neurotransmisor directo, la Ornitina que interviene moderando el exceso de grasas, Prolina, interviene en la producción de colágeno, reparación de huesos y músculos. En definitiva, son ocho los aminoácidos esenciales: Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Triptófano, Treonina y Valina. Todos imprescindibles por su labor en reparar tejidos, formación de anticuerpos, síntesis de hormonas, de neurohormonas en el trabajo de glándulas endocrinas, ayuda persistente en la desintoxicación del hígado, facilitan el reconocimiento celular.
Proteina viene del griego Proteus que significa primero, descubierta en 1838, ocupa 50% del peso del organismo humano. Sanger Frederic recibe el premio Nobel de Química en 1958 por sus trabajos que llevaron al nacimiento de la Ingeniería Genética, estableciendo las estructuras tridimensionales de las moléculas proteicas y el método para determinar la secuencia nucleótida de los ácidos nucleicos, recibiendo de nuevo el Nobel de Química en 1980 al precisar la estructura de la mioglobina, proteína muscular que almacena oxígeno para cederlo a las células musculares, logrado por el análisis de la difracción de los rayos X que permitió la representación especial tridimensional de la mioglobina.
Las moléculas de los lípidos en un 70% son fosfolìpidos que contienen fósforo y el resto se presenta en colesterol y glicolípidos. La grasa es la principal reserva energética del cuerpo humano, un gramo de cualquier grasa produce nueve kilocalorías de energía, a la glicerina se unen uno, dos o tres ácidos grasos para formar monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos. El lípido llamado colesterol forma parte de diferentes tejidos, el organismo lo utiliza para proteger los nervios, especialmente en el cerebro, también se encuentra en el hígado, su principal reservorio, circula abundantemente en el torrente sanguíneo. El hígado genera el 80% del colesterol, el 20% restante lo aportan los alimentos; desde el hígado sale como lipoproteína para ir a cumplir su misión en los tejidos, los excedentes regresan al hígado en forma de LDL, empujados por su pariente HDL, el colesterol bueno; es un trabajo constante para mantener el equilibrio de ese lípido, pero cuando falla en su misión el HDL, su pariente, el malo, invade por doquier y se deposita preferentemente en las paredes de los vasos arteriales originando la arterioesclerosis que lleva a la ateromatosis, dando las patologías más preocupantes de la cardiología.
Los glúcidos son biomoléculas formadas con C, H y O, eventualmente pueden agregarse nitrógeno y azufre, se les llama también hidratos de carbono porque responden a la fórmula general Cn(H20)m con sabor dulce. Entre ellos la glucosa es de baja masa molecular mientras el almidón posee grandes moléculas, y entre los dos, junto con la sacarosa, constituyen sustancias energéticas de protagonismo en los encuentros moleculares a base de enlaces atómicos, tanto en el interior como alrededor de las células. Los glúcidos se reúnen en distintas clasificaciones atendiendo a su complejidad molecular y según el número de átomos de carbono se clasifican en Triosas n3, Tetrosas n4, Pentosas n5, Hexosas n6 y Heptosas n7.
Como estamos en terrenos de la química, precisamente hoy la Academia Sueca anunció el otorgamiento del Premio Nobel de Química año 2010 a tres científicos, dos japoneses y un estadounidense, por sus investigaciones sobre la síntesis orgánica. Trabajaron en forma independiente y coincidieron en desarrollar métodos para unir átomos de carbono a fin de construír moléculas complejas que tendrán aplicación en diferentes disciplinas, para nuevos compuestos químicos orgánicos que forman la base de la vida, son complejos moleculares, llegando a obtener reacciones de acoplamiento para el marcador fluorescente, base de la secuenciación del ADN.
Partimos del conocimiento del átomo como el elemento esencial del universo, con su carga de protones, neutrones y electrones, impulsado siempre a integrarse a las masas de mayor concentración, las moléculas; de donde a medida que avanza en procesos de integración cada vez más complejos, llega a integrar moléculas orgánicas que resultan en los elementos químicos que son la base de la vida. Y ésta permanece por ahora como exclusividad de este planeta, a pesar de que los astrónomos han podido ver sistemas planetarios que probablemente alberguen los factores climatológicos que hacen posible la vida. Seguimos en espera porque en las características del Cosmos, en su constante desaparición y reaparición de estrellas y galaxias, hay la posibilidad de hallar ejemplares parecidos al humano con diferentes grados de civilización. Si es que allá existe la vida, temprano o tarde el Homo habrá de encontrarse con seres similares o de configuración anatómica y mental distinta.
CARBONO, C, elemento químico de número atómico 6, pilar de la química orgánica, hay 16 millones de compuestos de carbono, forma parte de todos los seres vivos, 0,2% de la corteza terrestre, presente en el petróleo y gas natural, poderosa fuente de energía, materia prima de los plásticos, como carbono 14 es indispensable en la datación radiométrica, componente del diamante, del acero, reactores nucleares, medicamentos.
HIDROGENO, H, número atómico 1, el átomo de hidrógeno con su núcleo de carga positiva posee un solo electrón. Es el elemento más abundante del universo: 92% de la materia conocida, fuente de energía renovable, la sustancia química más ligera que se integra a la mayoría de las moléculas de los compuestos orgánicos, omnipresente en el agua, su papel es vital en la química intracelular.
OXIGENO, O, número atómico 8.
Si la Tierra no tuviera atmósfera no sería posible la vida, es una masa de aire que cubre mil kilómetros a su alrededor, compuesta de 78% de Nitrógeno, 21% de Oxígeno, pequeñas partículas de helio, argón, neón, hidrógeno.
En la respiración celular el oxígeno hace posible la degradación de nutrientes a compuestos químicos cada vez más simples, proceso que mantiene las funciones vitales del organismo. Por cada parte de oxígeno que se respira se libera una molécula de CO2, a la glucosa oxida y reduce en el interior de la mitocondria generando la mayor fuente de energía, recordemos que la glucosa contiene seis carbonos, doce hidrógenos, seis de oxígeno, de donde se generan compuestos más simples, hasta de tres carbonos; de allí se desprende la energía en forma de ATP que ya mencionamos. A nivel celular se opera la respiración mediante la oxidación donde el oxígeno se combina con diferentes moléculas cambiando la composición química de esas moléculas, son carbohidratos, grasas y nitrogenados. Por ejemplo, un carbohidrato, la glucosa, C6H2O6, se reduce a CO2 y agua, todo deriva en producción de energía. Esa oxidación, además de funciones nutricias, cumple objetivos de defensa contra virus y bacterias atacando las moléculas oxidantes de esos microbios patógenos.
NITROGENO, N, elemento químico con número atómico 7, en condiciones normales forma un gas diatónico o molecular. En el aire ocupa 78% del volumen atmosférico, cuyas descargas eléctricas liberan al nitrógeno para que se adhiera al oxígeno del aire, los átomos de nitrógeno son fundamentales para las síntesis de las moléculas orgánicas, especialmente las proteínas. En el eterno ir y venir del nitrógeno entre la atmósfera- el gran intermediario- la tierra, el mar y los seres vivientes, se asegura la vida en el planeta, porque su presencia a nivel celular es tan importante como formar parte de la atmósfera, proteger a las especies en el mar, en la atmósfera protagoniza el manto que nos cubre para protegernos de las asechanzas del Cosmos. El N está presente en el 3% de las moléculas del cuerpo humano en forma de aminoácidos y ácidos nucleicos para finalmente integrarse a moléculas complejas. Las plantas lo captan directamente del aire y a nivel de las raíces se opera una sorprendente simbiosis entre el vegetal y ciertas bacterias para elaborar amoníaco que pasa a nitratos que son materia prima para la formación de los aminoácidos rumbo a la confección de proteínas, convirtiéndose el nitrógeno en matera prima en su ciclo esencial para la vida.
HIERRO, Fe, peso atómico 26, cuarto elemento más abundante de la Tierra, cuatro gramos de hierro hay en el organismo humano, se una a la molécula de la hemoglobina para transportar el oxígeno a los tejidos, también se una a la molécula de mioglobina dándole el color rojo a los músculos y almacena allí oxígeno. La carencia de hierro compromete el desarrollo psicomotor y perjudica los procesos oxidantes que se llevan a cabo a nivel celular en todos los tejidos orgánicos.
SODIO, número atómico 11, POTASIO, número atómico 19, CLORO, número atómico 17, son tres electrolitos que contribuyen al mantenimiento del equilibrio ácido básico del organismo, la bomba sodio potasio aporta energía para el transporte de moléculas de glucosa y aminoácidos al interior de la célula, generando y transmitiendo el impulso nervioso a los músculos; el sodio regula la presión arterial y el potasio mantiene el ritmo cardíaco, el cloro ayuda al hígado a desintoxicar. El Cl influye en forma permanente en el equilibrio del Na y el K, interviene en la regulación de los fluídos dentro de las células. Estos tres elementos son los electrolitos más comunes en el organismo.
El número atómico indica el número de protones en el núcleo del átomo, significa también igual número de electrones que mantiene el equilibrio, definiendo la con figuración electrónica del átomo. La lista de elementos químicos que comienza con el número uno, el nitrógeno, cubre una cifra de 121, terminando con el Unbiunio. Ahí figuran todos los elementos que intervienen en la vida celular.
CALCIO, Ca, número atómico 20, en el organismo actúa como ion calcio- Ca2+ integrado a moléculas mayores, desempeñando diversas labores enzimáticas junto al sodio y el potasio, en la materia viva está presente un 2,45%. Descubierto en 1808 en un proceso de electrolisis, se ha determinado su presencia en el 98% de los huesos, interviene en la adhesividad plaquetaria, contracción muscular, transmisión nerviosa, fisiología cardíaca,
LOS RADICALES LIBRES, los malos de la película, son agrupaciones atómicas o átomos libres, producto de la oxigenación celular, un dos a cuatro por ciento del oxígeno consumido, muy inestables, hiper reactivos por poseer un electrón desapareado, provocan disminución del sistema inmune y cambios en la conformación genética, propulsores del cáncer, cardiopatías, envejecimiento, debilitan el sistema inmunológico. Mucho radical libre proviene del exterior: una bocanada de humo de cigarrillo produce un trillón de radicales libres. Viajan a millones por el torrente circulatorio buscando moléculas estables para robarles el electrón que necesitan y al lograrlo se recuperan pero generan otro radical libre originando una reacción en cadena; curiosamente, el organismo utiliza a los radicales libres en su combate contra virus y bacterias, ahí son el chico bueno. El médico utiliza para combatir a los radicales libres las dietas ricas en vitaminas A, C, E, minerales, flavonoides y enzimas.
EL AGUA.Molécula de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, esencial su presencia, hasta decirse que la vida está disuelta en agua. Ocupa los estados líquido, sòlido y gaseoso, cubre el 71% de la corteza terrestre, molécula común del sistema solar. El 70% del agua se consume en agricultura, la industria con 20%. EL 60% del peso corporal es agua, en el niño es de 60%. Los océanos concentran el 96% del agua.
Como preocupante factor en el cambio climático, producto de la expoliación del hombre a la naturaleza, dicen los estudiosos que para el año 2030 ya podría haber escasez de agua a nivel mundial, originando hasta guerras.
Fue Lavoisiser quien por primera vez, contradiciendo opiniones desde la Antigüedad, estableció que el agua es una molécula, no un elemento. El agua permite las interrelaciones moleculares como disolvente universal –excepto los lipoides- al interior de las células, con su tensión superficial y valor adhesivo hacen posible la capilaridad que permite contrarrestar la gravedad haciendo posible que la savia ascienda por los vasos conductores en plantas y árboles.
Tan complejas y extensas son las propiedades del agua- producto de esa combinación de hidrógeno y oxígeno- que se continúa investigando su naturaleza a pesar de siglos de ciencia, lo que obliga ir más allá de la ciencia convencional hasta el punto que John Emsley, en su condición de divulgador científico ha dicho “el agua es una de las sustancias químicas más investigadas pero sigue siendo la menos entendida”.
Dicen que el agua derivó de estrellas que al explotar lanzaron vapor de agua al espacio junto con polvo cósmico; los astrónomos han detectado nubes estelares de agua en la Vía Láctea y piensan que el agua puede estar en cualquier parte del Universo porque sus dos componentes están dondequiera, añadiendo que hay posibilidad de la existencia de civilizaciones allende la Tierra, porque donde hay agua debe haber vida.
CO2, ANHIDRIDO CARBONICO. En la respiración se consume oxígeno y se expulsa CO2, cada persona emite a diario 1.140 gramos si la dieta es de 2.800 calorías, un automóvil al recorrer cinco kilómetros expele tanto C02 como una persona en veinticuatro horas, la población actual, cerca de siete mil millones de habitantes al respirar genera dos mil quinientas toneladas de C02 anualmente que van a la atmósfera, y a manera de milagro, la luz solar se encarga de solucionar esta grave carga atmosférica mediante la fotosíntesis: el rayo luminoso incide sobre la clorofila en la hoja vegetal descomponiendo la molécula de CO2, devolviendo el oxígeno a la atmósfera y tomando el carbono para fabricar con agua los azúcares, es decir, una energía luminosa convertida en energía química. Pero el hombre, en busca de mayores comodidades, ha hecho trizas esta manera de purificación de la naturaleza, porque hemos inundado la atmósfera con este gas, siendo actualmente el factor mayor del efecto invernadero, producto de la industria incontrolada en su millar de aplicaciones, destruyendo masivamente el vegetal y su fotosíntesis.
Llama la atención la confrontación existente entre científicos y políticos actualmente, entre los primeros, unos 700, alegando que el CO2 no es tóxico, mientras éstos alegan lo contrario, dentro de la crisis argumental que se agrega a la preocupante del cambio climático.
A propósito del CO2, vamos a ocuparnos del intercambio gaseoso que sucede a nivel del aparato pulmonar, donde se realiza el paso de oxígeno y anhídrido carbónico, los dos en sentido contrario. Es un hermoso ejemplo que nos permite considerar cómo átomos y moléculas viajan en todos sentidos tanto dentro como fuera de los diferentes sistemas del organismo humano, comparables a los movimientos de intercambio gaseoso que se realizan desde la superficie de la tierra, la atmósfera y los mares.
Más adelante nos detendremos en el aparato circulatorio, pero no dejamos escapar este momento para consignar el intercambio gaseoso a nivel del alvéolo pulmonar. La aparatosa respiración, la ventilación pulmonar donde intervienen numerosos músculos y huesos, como un fuelle asegura que el aire atmosférico llegue a las últimas ramificaciones del árbol respiratorio, así llegamos a la intimidad del tejido pulmonar con su último tramo, el alvéolo y sus pequeñísimas vesículas pulmonares, una especie de bolsitas microscópicas, a donde se le acercan también las últimas y más pequeñas ramificaciones del aparato circulatorio, los capilares pulmonares, también microscópicos pero con una misión vital: asegurar el intercambio de oxígeno y CO2 a ese nivel; otra sorpresa de la naturaleza, comprobamos cómo ese capilar que trae la sangre venosa desde los más apartados lugares del organismo portando los detritus provenientes del metabolismo celular, con ellos el CO2 en cantidad sobrante y el oxígeno en escasa cantidad- puesto que ha sido consumido por las células a lo largo y ancho del organismo- nos permite presenciar en ese tramo alvéolo-capilar, el fenómeno de la concentración molecular, donde el oxígeno que alberga el alvéolo tiene una presión de 104 mm Hg y dentro del capilar solo es de 40, produciendo el paso del oxígeno del alvéolo al capilar, mientras el paso del CO2 se realiza desde el capilar al alvéolo porque en el primero la presión es de 40 y en segundo es de 46. De manera que ese mismo capilar que llegó al alvéolo como venoso, sale de ahí como un capilar arterial, plenos de oxígeno sus glóbulos rojos, rumbo a la aurícula izquierda conducido en vasos venosos, que no son tales porque llevan sangre arterial: a nivel pulmonar las cosas suceden así, porque aquellos capilares venosos que acabamos de mencionar, provenían de la arteria pulmonar que emergió del ventrículo derecho, cargada con la sangre venosa proveniente de todo el organismo. Los diez mil millones de capilares que tiene el cuerpo humano realizan intercambios a todo nivel, siempre bajo el mandato de la diferencia de presión producto de la concentración molecular.
Cada persona con una dieta de 2.800 calorías emite a diario 1.140 gr de CO2, la población actual, cerca de siete mil millones de personas, genera 2.500 millones de toneladas de CO2 anualmente.
Al CO2 se le conoce también como anhídrido carbónico, gas carbónico, identificado siempre por un átomo de carbono y dos de oxígeno. Nunca un gas había invadido la temática de una civilización como esta molécula que ocupa nuestra atención: tanto científicos, como escritores y todo tipo de políticos lo ubican para bien o para mal, en ello intervienen hasta los militares. Ejemplo, un grupo empresarial aplaude el incremento de la producción agrícola merced a la inyección en invernaderos de suficiente aporte de CO2; los expertos climáticos de la ONU señalan al CO2 como el mayor responsable del recalentamiento atmosférico por su efecto contaminante, efecto invernadero; por su carácter de poco reactivo, al contrario del CO, facilita su manipulación por los expertos químicos para elaborar diversas fórmulas que se aplican en la industria y en farmacología.
El ciclo del CO2 recorre océanos, atmósfera y la Tierra, destacándose en la fotosíntesis, en la construcción de los materiales moleculares necesarios para la biología, es decir, la vida de animales y vegetales, donde lo encontramos en el fenómeno respiratorio, en su papel integrador de grandes moléculas que trabajan denodadamente dentro de las células para asegurar el equilibrado intercambio que asegura los fenómenos vitales. En aquel ciclo que jamás tiene término, buena parte del CO2 se escapa a regiones interiores de la tierra, fuera de la acción del oxígeno libre, y ahí, en diversos procesos de fermentación termina por convertirse en productos fósiles, tales son el carbón, el petróleo y gases naturales.
En la era preindustrial la concentración de CO2 en la atmósfera era de 280 ppm- partes por millón, actualmente es de 390 ppm; de ahí los expertos en cambio climático sacan conclusiones y toman medidas.
Continúan los enfrentamientos por visiones diferentes respecto al Carbono, el CO2 en el caso que contemplamos: capturar el CO2 y confinarlo en las profundidades oceánicas o terrestres, una forma de interceptar su acumulación masiva en la atmósfera, se estima el carbón como componente básico de la economía. La Comunidad Europa acaba de aprobar seis mil millones de euros para proyectos de captura y almacenamiento de C. En la industria farmacéutica han encontrado utilizar el CO2 como aplicación local para mejorar la micro circulación cutánea en las lesiones de psoriasis, con desaparición de la keratosis cutánea y acción analgésica del acompañante osteoarticular de esta patología; un efecto meramente de mejoría.
Divertida es la senda de estos dos componentes atòmicos del CO2: son lanzados unidos a la atmósfera, la fotosíntesis los separa, el C entra al torrente de la savia, listo para conformar moléculas que ingresarán al organismo con los alimentos, mientras el oxígeno liberado en la fotosíntesis regresa a la atmósfera y enseguida entra por la respiración a presidir todos los actos moleculares en el interior de la célula y fuera de ella; cuando la célula ya los aprovechó, son detritus para ser expulsados, la química intracelular los junta de nuevo para ser CO2, el cual lo encontramos saliendo por los alvéolos pulmonares y en este entrecruce de gases vemos al mismo tiempo al oxígeno entrando al capilar del alvéolo. Allá en el infinito los dos probablemente sean conscientes de ese encuentro fugaz y habrá un saludo de reconocimiento de hermanos artesanos en el ensamblaje de la vida.
BATALLAS MOLECULARES
Así podríamos considerar los encuentros de las distintas moléculas con diferentes cargas atómicas, un escenario de eterno movimiento donde las moléculas se desintegran para volverse a integrar como compuestos distintos, una batalla permanente de la física y la química para transformar todo lo que llega al interior de la célula a fin de obtener moléculas propias de los procesos vitales que se suceden constantemente; son grupos moleculares complejos empeñados en una tarea constante, inaplazable, pertinaz, puesto que los fenómenos vitales se suceden ininterrumpidamente desde el nacimiento hasta la muerte.
Estas batallas adquieren significado cuando el organismo hace frente a todo tipo de anomalías, desde fallas funcionales por alteraciones orgánicas, traumatismos, y el enfrentamiento con agentes externos o internos, tal el caso de un ataque de bacterias, la diseminación de células cancerosas o las reacciones autoinmunes.
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Al considerar el ataque bacteriano o la aparición de la enfermedad cancerosa, debemos conocer una molécula gigante, el Proteosoma, con su alta capacidad para degradar moléculas, interviniendo eficazmente en el control de la división celular, en la degradación de moléculas para adaptarlas a los requerimientos celulares, útil en las claves del metabolismo celular. Son grupos moleculares proteicos que se relacionan con la regulación genética, cuyos hallazgos hicieron merecedores del Premio Nobel de Química 2.004 a tres investigadores científicos. Su presencia también es clave en la reproducción de las células cancerosas y las reacciones autoinmune. La importancia de esta molécula en la vida celular humana, actualmente es objeto de entusiasta investigación por sus efectos sobre el bacilo de Koch, aprovechando los modos de vida de esa bacteria. El Proteosoma, por su capacidad de degradación e inhibición de moléculas proteicas en el interior de la célula –proteolisis- cubre un aspecto clave del metabolismo celular. Tan importante es su presencia, que al fallar se produce la proliferación celular descontrolada constituyendo uno de los factores del cáncer.
En el ataque del BK la acción inhibitoria del Proteosoma es mil veces superior que a nivel de la célula humana, lo que ha despertado entusiasmo en los medios científicos de la Universidad de Cornell, Nueva York, sabedores del modo de vida del BK, que emprende una etapa de letargo en su lecho pulmonar, o de cualquier otro sitio, para no despertar alertas y ataques de nuestro sistema inmunológico. El objetivo es inhibir el Proteosoma del BK, con penetración a la bacteria en una verdadera batalla de seres unicelulares disponiendo de sus complejos moleculares.
En esta hora difícil de la antibioterapia es de urgencia que la investigación científica le haga frente a la inteligencia microbiana –bacterias, hongos, virus-, a fin de contrarrestar los mecanismos defensivos que estos seres microscópicos han desarrollado, poniendo en peligro la lucha contra las enfermedades infecciosas, hasta la posibilidad de llegar a la indefensión en que estuvimos hasta mediados del siglo XX.
La Biología Molecular constata la resistencia de cepas microbianas, numerosos antibióticos han sido omitidos por inoperantes frente a los mecanismos defensivos de los gérmenes patógenos. Se ha descubierto que una molécula que lleva por nombre MdfA es responsable de esa resistencia, descubierta por el Instituto Weisman, determina el patrimonio genético de las bacterias, transmitiendo las modificaciones a la descendencia. Ya para el año 1997 se reconoce el impacto mortal de las cepas microbianas fármaco resistentes en la lucha contra la tuberculosis, paludismo, diarreas, neumonías. La OMS asienta que una de las causas de esa anormalidad es el uso inapropiado e incontrolado de los antibióticos, bastantes son las cepas resistentes, en Francia un 57%, Austria 12%, el número de casos de tuberculosis resistentes a la tuberculosis aumenta en forma alarmante, al punto que algunos círculos médicos presagian una pandemia mundial con su escena apocalíptica. El intestino alberga 100.000 millones de bacterias en diez especies diferentes, ahí funciona la transferencia de información genética de los gérmenes visitantes pero el efecto barrera del organismo impide que estos microbios traspasen la barrera intestinal y tomen el torrente circulatorio; lo que puede suceder si se abaten las defensas o en los tratamientos inmunosupresores.
* Cardiólogo, miembro de la Asociación de Médicos Escritores, Federación Médica Venezolana.
gonvillan1924@gmail.com
**Nota del publicista: Este artículo constituye un complemento sobre la Biología Molecular, del excelente libro del mismo autor: ALDEA GLOBAL. Impreso por Miguel Angel García e Hijos, sr.r.l. Caracas 2010.
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