Relevancia en sistemas biológicos

Relevancia en sistemas biológicos

Magnesio

El aspecto más importante de la bioquímica del magnesio es su papel en la fotosíntesis.

La clorofila, que contiene magnesio, utiliza la energía solar para convertir el dióxido de carbono y agua en azúcares y oxígeno:

6CO2 (g) + 6 H2O (l)C6H12O6 (ac) + 6 O2 (g)

Sin el oxígeno de la reacción de la clorofila, este planeta todavía estaría cubierto de una densa capa de dióxido de carbono; y sin los azúcares como fuente de energía, habría sido difícil que la vida evolucionara de las plantas a los animales herbívoros.

Es interesante el hecho de que aparentemente el magnesio se utiliza en virtud de su tamaño iónico particular y de su poca reactividad. Este elemento se encuentra en medio de la molécula de clorofila y la mantiene en una configuración específica. El magnesio tiene un solo número de oxidación posible, +2. Por lo tanto, las reacciones de transferencia de electrones que intervienen en la fotosíntesis pueden llevarse a cabo sin interferencia por parte del ion metálico.

La clorofila es el pigmento fotoreceptor responsable de la primera etapa en la transformación de la energía de la luz solar en energía química, y consecuentemente la molécula responsable de la existencia de vida superior en la Tierra. Se encuentra en orgánulos específicos, los cloroplastos, asociada a lípidos y lipoproteínas.

En el campo de la Ciencia y la Tecnología de los Alimentos el interés fundamental de la clorofila está en el color que confiere a los vegetales verdes, ya que desde el punto de vista nutricional, solamente el magnesio tiene alguna relevancia, y más bien escasa. La falta de estabilidad del color de la clorofila es un problema importante. No obstante esta falta de estabilidad, se utiliza también la clorofila extraída de vegetales como colorante natural en algunos alimentos. Es soluble en disolventes polares, como alcohol o acetona. Existen dos tipos principales de clorofila, la clorofila a y la clorofila b. La diferencia entre ellas es que la clorofila b tiene un grupo formilo (-CHO) en lugar de un grupo metilo de la clorofila en uno de los carbonos del anillo de porfirina. En los vegetales superiores, la más abundante es la clorofila a. En algunas algas inferiores existen otros tipos de clorofila, llamadas clorofila c y d.

La clorofila puede sufrir distintos tipos de alteraciones. La más frecuente, y la más perjudicial para el color de los alimentos vegetales que la contienen, es la pérdida del átomo de magnesio, formando la llamada feofitina, de un color verde oliva con tonos marrones, en lugar del verde brillante de la clorofila. Esta pérdida del magnesio se produce por sustitución por dos iones H+, y consecuentemente se ve favorecida por el medio ácido. La pérdida es irreversible en medio acuoso, por lo que el cambio de color de los vegetales verdes es un fenómeno habitual en procesos de cocinado, enlatado, etc. La clorofila b es algo más estable que la clorofila a. Hay que tener en cuenta que los vegetales son siempre ácidos, y que en el tratamiento térmico se liberan generalmente ácidos presentes en vacuolas en las células, y que hacen descender el pH del medio.

La adición de bicarbonato, que eleva el pH, ayuda a mantener el color, pero a costa de aumentar la destrucción de la tiamina. También estabiliza algo el color la presencia de sal común o de compuestos solubles de magnesio o calcio

El calentamiento de materiales que contienen clorofila produce también isomerizaciones dentro de la molécula, que pueden llegar a afectar hasta el 10% del contenido en el cocinado normal o en el escaldado de vegetales verdes. Esta isomerización carece de importancia desde el punto de vista alimentario.

En la clorofila puede hidrolizarse el enlace éster que mantiene unido el grupo fitol. Esta hidrólisis está catalizada por el enzima clorofilasa, presente en los vegetales verdes. La estructura que queda al eliminarse el fitol recibe el nombre de clorofilida. Su color es semejante al de la clorofila, y consecuentemente su formación no representa un problema desde ese punto de vista, e incluso son algo más estables que las propias clorofilas frente a la pérdida del magnesio.

La feofitina es capaz de unir eficientemente iones de Zn o de Cu en el lugar que ocupaba el magnesio, formando pigmentos estables y de color verde atractivo. La toxicidad del cobre limita su uso, pero los complejos cúpricos de clorofilas o clorofilidas están autorizados en la Unión Europea como colorantes alimentarios en algunos productos.

Posiblemente la formación de pequeñas cantidades de complejos cúpricos, que mantienen el color, explica la reiteración con la que se especifica en los libros de cocina antiguos el uso de recipientes de cobre para cocinar los guisantes.

La clorofila se puede extraer fácilmente mediante solventes orgánicos polares, como etanol, metanol o acetona, y utilizarse como colorante alimentario. En Europa tiene el código E-140. Los complejos cúpricos tienen el código E-141.

Calcio

Los iones calcio y magnesio están presentes en los líquidos corporales. A semejanza de los metales alcalinos, el ion magnesio se concentra en el interior de las células, mientras que el ion calcio lo hace en los líquidos intracelulares. Los iones calcio son importantes en la coagulación de la sangre y se necesitan para activar la contracción de los músculos, como los que controlan el latido del corazón, por ejemplo. De hecho, se pueden prevenir ciertos tipos de calambres musculares incrementando la ingesta de ion calcio.

El ion calcio está presente en el esqueleto externo de criaturas como los mariscos y los corales. El material que se utiliza es el carbonato de calcio. En cambio, las criaturas con esqueleto interior, 'como los mamíferos y los reptiles, por ejemplo, emplean hidroxifosfato de calcio (apatita), Cas (OH) (P04)3. Ambos compuestos son muy insolubles. Un motivo de preocupación actual en cuanto a la salud es la reducida ingesta de calcio entre los adolescentes. Los niveles bajos de calcio originan poros más grandes en la estructura ósea, lo que la hace más débil y facilita las fracturas y aumenta la probabilidad de sufrir osteoporosis a edades más avanzadas.

El calcio se usa para preparar cementos y morteros, en la fabricación de polvos de gas; en la industria del curtido, para depilar las pellejas; así para depurar aguas duras, en agricultura para neutralizar suelos ácidos y en la comida mexicana; en gran parte como CaO (cal), los principales usos es en las tortillas, tamales, y en el cemento pero

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