METABOLISMO DE METALES

PESADOSCADMIO Y ARSÉNICO

Cadmio

El cadmio es un metal que forma parte del grupo IIB de la tabla periódica, con un peso atómico de 112.41; la forma iónica del cadmio (Cd2+) esta usualmente combinada con formas iónicas del oxígeno (óxido de cadmio CdO2), cloruro (cloruro de cadmio, CdCl2) o sulfuros (sulfato de cadmio CdSO4). El cadmio es un metal blanco azulado, dúctil y maleable que se obtiene como producto secundario del procesamiento del zinc y del plomo en la forma de óxido de cadmio

Algunas enzimas inhibidas por el Cadmio

Cadmio

Antitripsina

Elastasa

Proteasa sérico

MOLÉCULA ALFA-1 ANTITRIPSINA

LACTATO DESHIDROGENASA

Cadmio

Lactato deshidrogenasa

Energía anaerobia

Anhidrasa Carbónica

Cadmio

Anhidrasa Carbónica

Acidosis en la Sangre

Hidroxilación de la Vitamina D

• Osteoporosis• Osteomalacia• Hipocalcemia

Cadmio en el hombre

1.CADMIO

1.1. ¿Qué hace que el cadmio sea tóxico?1.2 ¿Cómo ingresa al hombre?

CADMIOCaracterística

s

Efectos adversos para el

hombre y el medio

ambiente.

Bioacumulación

Persistencia en el medio ambiente

Viaja grandes distancias con el viento y en los cursos de agua.

1.1 Características del cadmio

• Ingresa por los pulmones• - Inhalación del humo del tabaco• - Polvo del cadmio atmosféricoINHALACION

• Comidas y bebidas que contienen cadmio

• -Arroz, cereales-Patatas-Lechuga, espinaca, hortalizas-Mariscos-Recipiente fabricados con cadmio

INGESTIÓN

1.2 VIAS DE INGRESO AL HOMBRE

2. METABOLISMO

• 2.1Toxicocinetica del cadmio• 2.2 Unión con la metalotioneína• 2.3 Metalotioneínas A Y B • 2.4 Vías metabólicas

CutáneaEDP= 0.02 μg

InhalaciónEDR<0.5μg

EDR Fumadores =10μg

IngestiónEDD= 42μgEDC=40μgEDA= 2μg

Pulmón=0.1μg/g25% retención60% absorción

Sangre : 1,2 μg/L Hematíes unido a la metalotioneina

TRACTO

INTESTINAL

Otro órganos• Páncreas• Aorta• Corazón• Musculo• Piel

RIÑON TOTAL: 2-20 μg/gCorteza Renal: 20 μg/g

Nivel crítico: 200-300 μg/gTiempo: 30-40 años

HIGADOTiempo: 5-20

añosBilis2.5μg/L

5%

SUDOR: 0.2μg/LPELO: 0.2 μg/L Orina: < 1 μg/L

Heces: 40μg/L

Contenido CorporalRecién nacido: 1mg

Adulto 50 años: 10-40mg

EDR No fumadores: 15 %EDR Fumadores:

50%

2.1 Metalotioneína

•En su estructura lineal está formada por 61 aminoácidos, de 20 cisteínas, cada uno de ellos con un grupo azufrado negativo que puede unir iones.

•Fue descubierta por Margoshes y Vallee en 1957 en el riñón de caballo, como proteína con alto contenido en iones Cd2+, Cu2+, Fe2+

CADMIO

En el plasma está unida de forma inestable y se

transfiere al riñón A

En el tejido renal esta

unido de forma estable , su

vida media es 68 años

B

En el hígado su vida media es de 19 años

B

2.3 METALOTIONEINAS A Y B

AContiene 11

cisteínas capaces de ligar a 4 átomos

de cadmio

Esta contenido dentro del α

carboxilo terminal.

BContiene 9

cisteínas capaces de ligar 3 átomos

de cadmio

Esta contenido dentro del β

amino terminal.

2.1VIAS

METABOLICAS

2. Intoxicación

Eliminación del Cadmio urinario proporcional a la cantidad acumulada en la corteza renal.

Incremento en esta fase reflejará la carga corporal.

Excreción del Cadmio proporcional al daño renal.

Síndrome Itai Itai

Metabolismo de Hueso Osteoporótico

Personas sedentarias mayores a 50 años

Trastorno del metabolismo del calcio o baja ingesta de proteína y de vitamina D

CarcinogénesisPostulados

Exposición profesional al Cadmio con el Carcinoma pulmonar humano

Tumores prostáticos y renales

Tumores al hígado, sistema Hemopoyético, de la vejiga y del estómago

Génesis del Carcinóma Pancreático

CADMIO EN LAS PLANTAS

TOXICIDAD DEL CADMIO EN LAS PLANTAS

• El incremento de la actividad industrial en la actualidad, ha sido el principal factor causante de la contaminación ambiental por cadmio, que afecta progresivamente a los ecosistemas del planeta.

• La utilización de fertilizantes fosfatados para la agricultura resulta ser la principal fuente de contaminación de Cadmio; así como también las descargas de lodos provenientes de las aguas residuales (aguas servidas) que son utilizados en suelos agrícolas.

Ingreso del Cadmio a la cadena trófica

• El cadmio, químicamente, se puede encontrar disuelto en agua contenida en suelos, formando parte de minerales, absorbido en superficies orgánicas e inorgánicas o incorporado a estructuras biológicas.

• La biodisponibilidad del cadmio en las plantas depende numerosos factores físico, químicos y biológicos; como el pH del suelo, temperatura, materia orgánica, agua. Siendo mas importante destacar el tipo de cultivo de planta.

Alimentos que acumulan CADMIO.Espinaca Ajo

Remolacha plateadaPatata*

ZanahoriaRemolacha Berenjena

GuisanteLechuga

Col CebollaBrócoli

ApioPimiento Patata*

TomateColiflor

Coles de BruselasChampiñones

AlfalfaCalabazaPatata*

Habichuelas verdesPepino

ALTA

BAJA

Acum

ulac

ión

de C

adm

io

* Variedades específicas de patatas. Fuente: http://www.cadmium-management.org.au/

Ingreso, transporte y acumulación de Cadmio

No existen mecanismos de entrada específicos para el cadmio en las plantas. El Cadmio es transportado e ingresado a la célula por diferentes familias de proteínas, entre ellas destacan la familia de transportadoras de Zn y Fe “ZIP” (la proteína IRT1) y la familia de transportadores Nramp, el transportador específico del calcio LCT1. Dentro de la célula el cadmio puede coordinarse con ligando de S como el glutatión (GSH), fitoquelatinas (PCs) o con el nitrato. Los complejos Cd-ligando son transportados al interior de la vacuola o hacia otras células.

El cadmio en la planta se encuentra preferentemente en al raíz secuestrado por la vacuola de la célula, quedando solo una pequeña cantidad que es transportada hacia la parte aérea de la planta, concentrándose en forma decreciente desde el tallo hacia las hojas, frutos y semillas.

En células de levadura el cadmio ingresa unido a fitoquelatinas (PCs) mediante un transportador de tipo ABC. Posiblemente también el cadmio ingresa a la vacuola mediante un cotransportador de . Los transportadores de cationes CAX (transportan calcio en la vacuola) también pueden transportar metales como el cadmio.

Una vez presente el cadmio en la raíz, este puede pasar al xilema a través del apoplasto o del simplasto formando complejos.

Fuente: Adaptado de Clemens, 2006.

Representación esquemática de los mecanismos de ingreso, secuestro y translocación del Cd en raíces.

Tolerancia al cadmio: estrategias

Las plantas han desarrollado estrategias que evitan la toxicidad de metales pesados, reduciendo el transporte de metales dentro de la célula o adquiriendo una mayor capacidad para secuestrar metales, siendo la raíz la principal barrera de defensa que reduce la movilidad del cadmio mediante las pectinas de la pared celular, los carbohidratos extracelulares (mucilago y calosa). Otro mecanismo es la acumulación de metales en los tricomas de la superficie foliar, mecanismo de inmovilización y defensa celular.

La reducción del transporte del cadmio por transportadores de cationes de la membrana plasmática, constituye otro mecanismo. cuando el cadmio se encuentra dentro de la célula puede ser secuestrados fitoquelatinas y metalotioneínas y posteriormente es dividido en elementos menores en la vacuola para prevenir su toxicidad.

Las fitoquelatinas constituyen uno de los principales mecanismos de defensa frente a metales pesados, junto con las metalotioneínas (pequeñas proteínas ricas en cisteína)

METABOLISMO DEL ARSÉNICO

Símbolo químico: AsNumero atómico: 33

metaloide

Considerado elemento químico mas tóxico y

carcinogénico.

Arsénico

origen

Emisiones volcánicas

Desecantes agrícolas

Fundición de metales

Combustibles fósiles

Herbicidaspesticidas

actividad minera

Ácido arsénico

Se encuentra

atmosfera

Cuerpos de agua

suelo

organismo

rocas

minerales

orgánico inorgánico

ARSÉNICO

INORGÁNICO(O, CL, S)

.MAS TOXICOS.EN AGUAS SUBTERRANEAS

(As2O3) O (As2O5)

ORGÁNICO(C, H)

.MENOS TOXICOS.EN ALIMENTOS

.VIA PRINCIPAL DE EXPOSICION A LA

POBLACION

TOXICIDAD DEL ARSÉNICO

Arsina (H3As)arsenito As(III) arseniato As(V) compuestos arsenicalesarsenico elemental

Considerado la forma mas tóxica.

Gas incoloro mas denso que el aire

Ingresa por las vías

respiratorias

DESTINO DEL ARSÉNICO EN EL AMBIENTE

ANIMALES HOMBRE HERBICIDASORGANICOSARSENICALES

EMISONES INDUSTRIALES

Y URBANAS

COSECHAS

PLANTAS AGUAAIRE

SUELOS Y SEDIMENTOS

En suelos no contaminados contienen entre 0,2 y 40 mg/kg As, mientras en suelos contaminados pueden encontrarse mas de 550 mg/kg As.

En medios reductores ( sedimentos):

𝑎𝑟𝑠𝑒𝑛𝑖𝑎𝑡𝑜→𝑎𝑟𝑠𝑒𝑛𝑖𝑡𝑜→𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑎𝑟𝑠𝑒𝑛𝑖𝑐𝑜𝑠→𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑎𝑟𝑠𝑒𝑛𝑖𝑐𝑜

reducción metilación oxidación

fitotoxicidad

• Viene dada por la forma química presente en el suelo.

Toma de arsénico

• Todos los aniones son absorbidos a la superficie de la membrana por la raíces.

translocación

• Una ves absorbido el As fluye a través de la planta moviéndose simplásticamente como apoplásticamente.

Metabolismo del Arsénico en el cuerpo

• El arsénico tiene una afinidad grande por los grupos hidroxilo y tioles lo que explicaría su interacción con ciertas enzimas y proteínas.

• este elemento presenta especial afinidad por la queratina, proteína rica en azufre que compone los tejidos córneos del cuerpo como las uñas, cabellos y parte superficial de la piel, por lo que es en estas zonas donde se acumula de forma preferente.

• Se sabe que algunas formas de arsénico, presentes en la dieta, se absorben muy fácilmente en el tracto intestinal. Dado que el selenio presenta esta misma vía de penetración en el organismo, se establece una competencia entre estos dos elementos y la presencia de selenio desplaza la absorción de arsénico, porlo que el primero tiene la propiedad de reducir la toxicidad del segundo y viceversa, resultando que el exceso corporal de uno de los elementos reduce la concentración del otro

Reacción del arsenito con el acido lipoico

Órgano o fluido mg/Kg

Glándulas suprarrenales 0.03

Riñón 0.03

Sangre 0.04

Cerebro 0.01

Pelo 0.46

Hígado 0.03

Uñas 0.28

Pescados y mariscos mg/Kg

arenques 0.8-1.43

bacalao 0.6-7.29

hígado de bacalao 0.8

sepia 1.0

langosta 1.5-122.0

moluscos 1.6-2.9

pescado de agua 0.1

Contenido de arsénico en alimentos marinos.

Contenido de arsénico en algunos órganos

ARSENICOÁcido arsénico

Ácido arsenioso

• Formula química • Masa molar 141.94• Punto de fusión 36 °C • Punto de ebullición 160 °C• Se usan en tratamiento de madera, en la

fabricación de colorantes como herbicidas, insecticidas o raticidas

• Formula química • Masa molar 125,94• Molécula piramidal• Es usado como herbicida, pesticida y raticida

Trihidruro de arsénico III

• Formula química • Punto de fusión -116 °C • Punto de ebullición -63 °C • Gas incoloro, inflamable y altamente toxico• Se usan en síntesis orgánicas y en la formación

de materiales semiconductores

Trióxido de arsénico

• Formula química • Punto de fusión 312°C • Punto de ebullición 465°C

• Se usan en pesticidas, tratamiento de la leucemia, persevante para madera y elaboración de semiconductores

Lewisita

• Nombre sistemático 2-cloroetenildicloroarsina• Masa molar • Punto de fusión -18 °C • Punto de ebullición 190°C • Aceite de color café • Utilizado en la fabricación de armas nucleares

TOXICIDAD DEL ARSENICO

• Las formas más tóxicas de arsénico halladas en los alimentos son el arsénico inorgánico (III) y (V) y el Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer (CIIC) ha clasificado el arsénico inorgánico come agente carcinógeno para los seres humanos

• Si bien en los alimentos predominan en general los arsenicales orgánicos, en el pescado se encuentra sólo un reducido porcentaje de contenido total de arsénico en forma de arsénico inorgánico

• Se conoce muy bien la historia del trióxido de arsénico inorgánico como compuesto venenoso

• Como dato orientativo se puede considerar que para un adulto, la dosis tóxica es de 0.5 mg Kg1 de arsénico inorgánico y la dosis potencialmente mortal es de 2.0 mg Kg-1

Hidrólisis del 1-arseno-3-fosfo-D-glicerato.

GRACIAS