Introduccin.La presente investigacin tiene como fin conocer la importancia de la fijacin del nitrgeno en la atmosfera e investigar la importancia de los elementos esenciales y micro elementos en los sistemas biolgicos, como es, la bioqumica del hierro y otros elementos esenciales tomando en cuenta su funcin y toxicidad. La qumica bioinorgnica es una nueva y fructfera rea de investigacin donde se estn llevando a cabo avances significativos y muy importantes; puede ser definida como la ciencia que trata del estudio de la reactividad qumica de los elementos y compuestos inorgnicos de los sistemas biolgicos. En los seres vivos predominan bsicamente los elementos: carbono, hidrgeno, nitrgeno y oxgeno, que son elementos orgnicos; esto cre la idea de que slo los compuestos orgnicos eran esenciales para los seres vivos y que los elementos y compuestos inorgnicos no tenan un papel relevante en los procesos vitales. La mayora de los elementos inorgnicos con importancia biolgica se presentan en cantidades muy pequeas en los seres vivos (trazas, microtrazas y ultramicrotrazas) y slo a partir de los aos 80 se han desarrollado las tcnicas y metodologas adecuadas para detectar su presencia en los organismos as como para estudiar sus funciones biolgicas.Los constituyentes inorgnicos ms importantes de la materia viva, en trminos de cantidad, son el agua, oxigeno, fosfatos de calcio y carbonatos de calcio. La qumica bioinorgnica se ocupa ms bien de los usos y el manejo de compuestos ms especializados, en los seres vivos, como son los elementos ms ligeros de los grupos 1,2 y algunos metales de transicin.

Objetivos. Interpretar la importancia de la fijacin del nitrgeno en la atmosfera y en los sistemas biolgicos, como tambin en la fijacin in vitro.

Conocer la importancia de los elementos esenciales y micro esenciales en los sistemas biolgicos, como es la bioqumica del hierro y otros elementos esenciales, tomando en cuenta su funcin y toxicidad.

Interpretar a bioqumica de los no metales mediante los usos estructurales de los diferentes tejidos de los organismos vivos.

IMPORTANCIA DEL NITROGENO EN EL ECOSISTEMA TERRESTRE El nitrgeno es un elemento que cuantitativamente y tras el carbono, oxgeno e hidrgeno es el ms abundante en la materia viva que constituye un 8-16%. Cualitativamente forma parte de molculas muy importantes para la actividad biolgica como los cidos nucleicos, donde se asienta la informacin gentica o las protenas y enzimas, compuestos estructurales fundamentales en la organizacin de la materia viva y catalizadores de los procesos biolgicos respectivamente. Como constituyente de las protenas est en una proporcin del 10-15%.La tierra es muy rica en nitrgeno, con ms de 60000 billones de toneladas de las que el 94% se encuentra en la corteza terrestre. Del 6% restante, el 99,86% se haya en la atmsfera como nitrgeno molecular y el 0,04% aparece en los organismos vivos, suelos y aguas en forma de compuestos orgnicos e inorgnicos.El nitrgeno se encuentra en estado molecular y el que respiramos tiene un carcter inerte y no es utilizable por los organismos vivos, excepto por los que pueden convertirlo en compuestos aprovechables. De hecho las plantas, los animales y casi todos los microbios, slo pueden utilizar nitrgeno combinado, es decir, el nitrgeno en un compuesto qumico.

Fijacin del nitrgeno.

Elementos esenciales y micro esenciales en los sistemas biolgicos.El estudio de los sistemas correspondientes a las metaloporfirinas y metaloenzimas ha sealado la importancia de ciertos metales para las reacciones qumicas en los organismos vivos. Ciertos elementos son esenciales en el sentido de que son absolutamente indispensables (posiblemente en grandes o pequeas cantidades) para los procesos de la vida. Otros elementos no lo son, dado que de no estar presentes pueden ser reemplazados por otros. Obviamente, es difcil determinar hasta qu punto resulta esencial un elemento. El trmino microelemento aunque es ampliamente utilizado, an no ha sido definido con exactitud. Por ejemplo, el molibdeno se encuentra en promedios de aproximadamente 1-2 ppm en rocas, suelos, plantas, animales marinos y aun en menor proporcin en animales terrestres. Sin embargo, es un microelemento metlico esencial. En el otro extremo, el hierro que promedia casi un 5% en rocas y suelos y un 0.02-0.04% en plantas y animales se puede o no considerar como un microelemento metlico.Aunque en clara la importancia del hierro en diversos derivados hemo y del cinc en la carboxipeptidasa y en la anhidrasa carbnica, existen muchos casos en los cuales se conoce poco respecto a la funcin del metal. Por ejemplo, se saba que las ascidias concentraban vanadio del agua de mar en una proporcin de un milln de veces, mucho tiempo antes de que se observara que dicho elemento interviene en un pigmento respiratorio. Existen muchos elementos que actualmente se consideran tiles, aunque no se les ha encontrado ninguna funcin especfica. Sin embargo, la lista de usos conocidos se est ampliando en forma rpida. El problema de la toxicidad es difcil de cuantificar. Existen tantos efectos sinergticos entre los diversos componentes de los sistemas biolgicos, que es casi imposible definir Funciones biolgicas ms importantes de los elementos inorgnicos.Elemento Funcin biolgica

SodioTransporte de carga, balance osmtico

PotasioTransporte de cargas, balance osmtico

MagnesioEstructura, hidrolasas, ismeras

CalcioEstructura, transporte de cargas, inductor de procesos celulares

VanadioFijacin de nitrgeno, oxidasas

CromoPosible papel en la tolerancia a la glucosa

MolibdenoFijacin del nitrgeno, oxidasas, transferencia de oxigeno

TungstenoDeshidrogenasas

Manganeso Fotosntesis, estructura, oxidasas

HierroOxidasas, transporte y almacenamiento de oxigeno molecular, transferencia de electrones, fijacin del nitrgeno.

CobaltoOxidasas, transferencia de grupos alquilo.

NquelHidrogenasas, hidrolasas

CobreOxidasas, transporte de oxigeno molecular, transferencia de electrones

ZincEstructura, hidrolasas

Bioqumica del hierro.El hierro es un elemento esencial para todos los organismos vivientes. Las protenas transferrina (Tf) y ferritina son las responsables del transporte y almacenamiento de hierro. Estas protenas unen el metal muy estrechamente para evitar la formacin de productos hidrolticos insolubles, pero como el preceso es irreversible, el elemento se encuentra disponible ante la demanda celular. La combinacin del hierro con una protena evita, adems, su perdida via filtracin glomerular.En soluciones acuosas, el hierro puede encontrarse en dos estados de oxidacin estables: Fe2+ (ferroso) y Fe3+ (frrico). Esta propiedad la hace capaz de participar en reacciones que abarcan gran parte de la bioqumica, incluyendo aqullas que controlan el flujo de electrones a travs de rutas bioenergticas, la sntesis de ADN y el aporte de oxgeno a los tejidos.El hierro dietario se encuentra principalmente en estado frrico o como hierro hmico, mientras que el incorporado a travs de productos farmacolgicos usualmente est presente como sal ferrosa. El Fe3+ es insoluble en soluciones con PH mayor a 3, por lo que, en el estmago, s forman complejos insolubles del metal que aumentan su disponibilidad para ser absorbido en el duodeno. Por otra parte, en el lumen del intestino se forman cantidades variables de iones ferrosos como consecuencia de la reduccin del hierro frrico por sustancias como el cido ascrbico. En consecuencia, ambos iones, ferroso y frrico, pueden presentarse en molculas intestinales.Podemos establecer lo siguiente: El hierro es el elemento de transicin ms importante para el metabolismo en los seres vivos. Tiene importancia fundamental por ser componente esencial de la hemoglobina, del citocromo y de otros elementos de los sistemas enzimticos respiratorios (citocromooxidasas, catalasa y peroxidasa) La funcin principal del hierro es transportar oxgeno a los tejidos (hemoglobina) y a los mecanismos de oxidacin celular (sistema de citocromo) Se encuentra en conjunto con mtalo enzimas especializadas como: Nitrogenasas Deshidrogenasas Deoxigenasas Hidrogenasas Reductasas Algunas oxidasas Tambin suelen emplearse cobre y zinc con fines similares, pero la cantidad total es mucho menor que la del hierro. Se encuentra presente en todas las formas de vida, desde bacterias hasta el hombre. Posee dos nmeros de oxidacin que se pueden interconvertir fcilmente Fe2+ y Fe3+.Almacenamiento y transporte del hierro.El hierro se almacena como ferritina (es un complejo de hierro protena , 23% de hierro, que posee agregados de hidrxido frrico y una protena, la apoferritina) y hemosiderina (se sabe muy poco de ella, pero se forma cuando deposita hierro en cantidades excesivas).Los sitios principales de almacenamiento, en forma no toxica, son: hgado, bazo, mucosa intestinal y medula sea. El peso molecular de la ferritina de ms o menos 900,000 y todos los tomos de Fe que contienen son hexacoordinados.

Deficiencia de hierro.Se han identificado tres etapas en la alteracin del balance del hierro. En un principio disminuyen las reservas corporales, que vienen reflejadas por el descenso de ferritina plasmtica, aunque no se aprecian trastornos funcionales. En una fase posterior aparece eritropoyesis ferropnica, mantenindose el nivel de hemoglobina, elevndose la protoporfirina en los eritrocitos y descendiendo la saturacin del transferrina. En el ltimo estado, surge anemia ferropnica, en los que los niveles sanguneos de la hemoglobina permancen muy por debajo de los valores normales.Toxicidad del hierro.No se han descrito efectos txicos en personas con defectos genticos que aumentan la absorcin de hierro; sin embargo, muchos son los casos de intoxicaciones agudas de hierro por consumo involuntario en nios de medicamentos destinados a adultos. Existe un error innato en el metabolismo del hierro por el cual algunas personas sufre de predisposicin gentica a sobrecarga de hierro o hematocromatosis.

Otros elementos esenciales, funcin y toxicidad.Zn.El Zn posee una serie de propiedades qumicas que lo hacen nico y muy til en varios sistemas biolgicos, y por lo tanto, partcipe de un gran nmero de procesos metablicos. A diferencia del Fe y del Cu, no cambia su estado electroqumico, por lo que no es til en reacciones de xido-reduccin; sin embargo, por la misma razn, el organismo no corre riesgo de dao por oxidacin, lo que permite que el Zn sea transportado y utilizado ms fcilmente. En consideracin a la extraordinaria variedad de funciones biolgicas de este metal, hasta el momento ha resultado prcticamente imposible asociar la bioqumica del Zn con los aspectos clnicos y funcionales debidos a su deciencia. Sin embargo, es claro que el aporte de este elemento por debajo de las cantidades apropiadas puede interferir con la funcin celular en gran variedad de rganos y vas metablicas. El Zn es necesario para la integridad de las histonas, protenas ntimamente involucradas con el ADN, adems de ser un componente de las polimerasas del ADN y del ARN y de diversas enzimas citoslicas involucradas en la sntesis de protenas, razn por la cual se ha mencionado que el Zn puede desempear un papel central en el crecimiento celular.El Zn imita las acciones de diversas hormonas, factores de crecimiento y citocinas, lo que sugiere que el Zn puede actuar sobre las molculas de sealizacin intracelular y se considera como un neurotransmisor. El Zn es esencial para la maduracin y funcin del sistema nervioso central , incluyendo el cerebro, debido en parte a su participacin en el metabolismo de los cidos nucleicos y de las protenas, en la divisin y en el crecimiento celular (69). Adems, parece ser importante para la neurogensis, la migracin neuronal y la sinaptognesis y su carencia puede interferir con los procesos de neurotransmisin y el subsiguiente desarrollo neurosiolgico. El Zn tambin est comprometido con el metabolismo de las hormonas tiroideas, con la funcin de los receptores y con el transporte de otras hormonas. Otros aspectos importantes de la neuroqumica del Zn incluyen su papel como componente estructural del factor de crecimiento del nervio. La importancia del Zn en la qumica y siologa del cerebro es sin duda responsable de los desordenes del pensamiento, del humor, de la capacidad de aprendizaje y del comportamiento que ocurren en asociacin con deciencias de este elemento, aunque tales ideas no son frecuentemente bien vistas en psiquiatra y ciencias sociales. Trastornos de la visin, del gusto y algunas veces del olfato se encuentran en los estados de deciencia de Zn. Los efectos sobre el gusto son prominentes y aparentemente comprometen la gustina, una Zn metaloprotena, presente en la saliva y en los botones gustativos, la cual est disminuida en la saliva de la partida de pacientes con prdida de la agudeza gustativa (hipogeusia), en asociacin con alteraciones morfolgicas de los botones gustativos que revierten por la administracin exgena de Zn.