Medicina por elementos: Carbono

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El carbono (C) es un seductor como pocos, pero su fidelidad es muy relativa y liga con cualquier elemento de cualquier compuesto. Por su extraordinaria promiscuidad hace tríos con facilidad, originando redes tridimensionales y puede unirse hasta con 4 átomos diferentes a la vez. Así se explica la complejidad de las cadenas producidas. Los compuestos formados son variadísimos: desde el monóxido de C, conteniendo un solo C, a la hemoglobina, por ejemplo, con 2.952.

LA MEDICINA POR ELEMENTOS

Está presente en capas profundas, donde las formas de diamante, hidrocarburos, carbón,…contienen 50 millones de veces más que las de la superficie terráquea. En la biosfera, una participación significativa toma forma de vida: mundo microbiano, vegetal y animal. ¿Pero solo en superficie? La ambición humana, buscando tesoros energéticos, ha propiciado métodos de exploración hasta profundidades inimaginables. Y se han encontrado bacterias, o sea carbono “vivo”, ¡a más de 2.500 metros de profundidad!

Si la movilidad es un signo de vitalidad, el C es el elemento vital por antonomasia. Su ciclo biogeoquímico hace de la biosfera un plan sostenible de vida. En este escenario, el C reciclable podría estar viajando constantemente a lomos de los más variados vehículos naturales. En conclusión, si identificamos carbono y vida, no hay que tener miedo, disponemos de una fuente inagotable de vida.

Precedentes

Desde que Berzelius diferenció los compuestos orgánicos, con C, de los inorgánicos a principios del XIX, el concepto de biología pivotó sobre este elemento. En 1.827, Prout adelantó la necesidad de poner orden en las numerosas biomoléculas que se iban conociendo. Las clasificó en hidratos de carbono, lípidos y proteínas, todas ellas carbonadas. En la misma época Wohler hizo un descubrimiento de gran trascendencia. Obtuvo en el laboratorio una sustancia orgánica, la urea, a partir de materiales inorgánicos y su discípulo Koble sintetizó el ácido acético en 1.845. Estos hallazgos abrieron las puertas a la mejor comprensión de los fenómenos vitales y farmacológicos.

A mediados del XIX el alemán Hofmann, experto en derivados carbonados del alquitrán (benceno, formaldehído, anilina,…), retó al joven Perkin a sintetizar quinina. Perkin no logró dar con el antipalúdico, pero sintetizó el malva, derivado bencénico con una enorme cantidad de aplicaciones. Este compuesto cambió el mundo de los explosivos, los fertilizantes, los tintes,… y los fármacos. Se habían sentado las bases de la quimioterapia de Ehrlich y de la industria farmacológica en general.

En el mismo contexto, un químico genial descubrió la isomería investigando un compuesto orgánico, el ácido tartárico. Fue el francés Louis Pasteur, que siguió sus trabajos con las fermentaciones láctica, alcohólica, butírica,…¡producidas por seres vivos: las bacterias! Identificó la química orgánica con la vida y pensó que las fermentaciones inadecuadas del vino o la cerveza eran verdaderas “enfermedades”. Lo mismo ocurría con las infecciones (y otras enfermedades). Así nació la Microbiología clínica, industrial, alimentaria, etc.

La mitad del XX marca otra revolución, la del ácido desoxirribonucleico. La estructura, composición y función, o sea la biología molecular desveló enigmas a una velocidad de vértigo. El conocimiento de los mecanismos de las mutaciones, fenómenos de transferencia, recombinación genética, replicación del ADN, secuenciación del genoma, etc. es impresionante. Desde entonces, en absolutamente todas las enfermedades, la bioquímica permite explicar la causa, consecuencia o ambas.

Ha sido preciso ordenar los conocimientos. Las sustancias carbonadas existentes obligan a reclasificar cada compuesto atendiendo a su origen, estructura, número de átomos de C, funcionalidad, complejidad, peso molecular, etc. ¿Pero de cuántos hablamos? Se han descrito, patentado o diseñado cerca de ¡16 millones de compuestos! y cada año se describe medio millón más.

Fisiología del carbono

Se conoce desde hace mucho tiempo el papel microbiano en la producción del pan, queso, vino, cerveza, etc. En la fermentación los componentes orgánicos actúan simultáneamente como donadores y aceptores de electrones. Las bacterias son capaces de sintetizar una extraordinaria variedad de compuestos y estructuras. Entre ellos están los determinantes patogénicos, como cápsula, pared (endotoxina) o exotoxinas. Y si nos olvidamos de nuestra obligada convivencia con los microorganismos, éstos nos envían permanentes recuerdos carbonados volátiles: olor de heces, orina, axilas, pies,…

Durante el siglo XX se descubrieron los diferentes tipos de respiración en organismos superiores, con el catálogo de enzimas necesarios. Según el ciclo del carbono, obtenemos la energía “quemando” los alimentos carbonados con ayuda del oxígeno y expulsamos con la respiración el CO2 resultante. Éste es fijado por los vegetales, que sirven de alimento a los animales

En Medicina es muy fácil comprobar su importancia. A todos nos han hecho algún análisis de sangre para controlar nuestra salud; eche un vistazo a un informe si lo tiene a mano. Rutinariamente se analizan de 30 a 40 compuestos carbonados: glucosa, colesterol, triglicéridos, bilirrubina, albúmina, hemoglobina, urea, hormonas, etc. Fácilmente se puede deducir que todas las actividades humanas son carbonadas: estructurales, metabólicas, respiratorias, hormonales, reguladoras, etc., tanto las fisiológicas como las patológicas.

Futuro

Son inimaginables los avances para el siglo XXI en este campo. La investigación con nanotubos de C en la manipulación celular para potenciales técnicas de diagnóstico y tratamiento es una realidad. El grafeno, nuevo compuesto de propiedades insospechadas, la biología molecular y la bioinformática pueden depararnos grandes y agradables sorpresas. Decenas de miles de nuevos compuestos con múltiples aplicaciones se conocen cada año. El proteoma humano es un ejemplo; empieza a desvelarse como un campo de enorme trascendencia, similar al genoma. La complejidad y plasticidad de las proteínas dan mucho de sí en numerosas facetas, como en los hallazgos sobre regulación alostérica en enzimología.

Las bacterias y hongos se han adiestrado en plan industrial como verdaderas fábricas de sustancias carbonadas: ureasa, insulina o antibióticos por ejemplo. En ciencia-ficción flota el uso de bacterias como microordenadores, almacenes de memoria por el C de sus compuestos y los ácidos nucleicos. Recuérdese la proximidad en la Tabla Periódica del carbono al silicio, importante elemento en informática. Quizás por eso no esté muy alejado de las especulaciones en inteligencia artificial.

Carbono: ¿tóxico o inocente?

¡Atención, peligro! Este elemento es un seductor de cuidado. Su abundancia, efectos beneficiosos, protagonismo en nuestro organismo y “amable” presentación de algunos compuestos dan un falso glamour. De los problemas que genera hay numerosos ejemplos.

El CO, no confundir con el dióxido, se desprende en la combustión incompleta de carbón, madera o hidrocarburos, como gas incoloro, inodoro e insípido. Poco a poco, en la contaminación del tráfico, socava la salud de los ciudadanos. A altas concentraciones, sustituye masivamente al oxígeno en la hemoglobina y es mortal en pocos minutos. Es el enemigo silencioso de las veladas al brasero o con estufas. Los nazis encontraron, en este gas, una lamentable solución final en los campos de concentración.

El cianuro, que se puede unir al hidrógeno o al potasio, con su inconfundible olor a almendras amargas, es el genuino veneno carbonado. Inhibe el sistema citocromo-oxidasa en el proceso de respiración celular. Su simple mención como arma química bélica es temible y en literatura es referido frecuentemente como solución a conflictos matrimoniales y de poder político.

El negro de carbón, resto de la combustión de hidrocarburos, es un contaminante cancerígeno reconocido a medio o largo plazo. Los derivados de hidrocarburos aromáticos, como el benceno, son mortales si se inhalan o ingieren a altas concentraciones. A menores dosis originan procesos respiratorios, mareos, anemia, cáncer, etc.

Son destacables los fármacos anestésicos y analgésicos, como el éter etílico o la cocaína, ejemplos de las llamadas drogas recreativas. Especial atención merece el consumo social de alcohol etílico. La acción tóxica por dosificación en exceso, es fácilmente medida por las autoridades de tráfico y la conducta social. En casos de error o “necesidad”, el consumo de alcohol metílico, alcohol de la madera, resulta fatal.

Si nos referimos a los compuestos del propio organismo, son considerados imprescindibles y beneficiosos. ¿Siempre? Solo en condiciones de normalidad, porque todos conocemos las consecuencias del exceso de glucosa, colesterol, albúmina, etc. en sangre. Algunos compuestos, como la insulina, pueden comportarse como venenos sin dejar rastro, cuando se administran delictivamente.

Sentencia. Con la información disponible se debe condenar a los compuestos venenosos del carbono a su eliminación del entorno humano. Los de nuestro organismo serán sometidos a libertad vigilada y enviados al correccional sanitario los que presenten niveles anormales.

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Sobre el autor

José Prieto Prieto

Médico, fue profesor de varias universidades españolas donde trabajó sobre: diagnóstico, nuevos antimicrobianos, modelos de cultivo continuo y arquitectura de poblaciones bacterianas. Su labor se plasmó en numerosas publicaciones científicas, libros y artículos de divulgación. En Esfera Salud, sus artículos de divulgación sobre historia y actualidad de la Medicina, están dirigidos al público interesado en temas de Salud.