Metabolismo de las toxinas ambientales

Por Rosario Rodríguez

A principios del siglo XXI existe el peligro de que los agentes tóxicos interactúen con los ácidos nucleicos y produzcan alteraciones en el material genético. "Los lazos entre la toxicología, la genética y la biología molecular permitirán desvelar los mecanismos de tales alteraciones e impedirán, se espera, que el metabolismo de los compuestos tóxicos se traduzca en peligros para la vida en la Tierra", nos explica la autora.

• Idioma: Español
• Editorial: Fondo de Cultura Económica
• Fecha de lanzamiento: 30 may 2015
• ISBN: 9786071628459

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La Ciencia

para Todos

Desde el nacimiento de la colección de divulgación científica del Fondo de Cultura Económica en 1986, ésta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los científicos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursión en un campo nuevo: escribir de modo que los temas más complejos y casi inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formación científica.

A los diez años de este fructífero trabajo se dio un paso adelante, que consistió en abrir la colección a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los ámbitos de la lengua española —y ahora también del portugués—, razón por la cual tomó el nombre de La Ciencia para Todos.

Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, a través de la mar Océano, a la Península Ibérica, está en marcha un ejército integrado por un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, la cual se encuentra en plena revolución y continuamente va cambiando nuestra forma de pensar y observar cuanto nos rodea.

La internacionalización de La Ciencia para Todos no es sólo en extensión sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradición humanista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en última instancia, su fin. Y, en consecuencia, su propósito principal es poner el pensamiento científico en manos de nuestros jóvenes, quienes, al llegar su turno, crearán una ciencia que, sin desdeñar a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.

METABOLISMO

DE LAS TOXINAS AMBIENTALES

Comité de selección de obras

Dr. Antonio Alonso

Dr. Francisco Bolívar Zapata

Dr. Javier Bracho

Dr. Juan Luis Cifuentes

Dra. Rosalinda Contreras

Dr. Jorge Flores Valdés

Dr. Juan Ramón de la Fuente

Dr. Leopoldo García-Colín Scherer

Dr. Adolfo Guzmán Arenas

Dr. Gonzalo Halffter

Dr. Jaime Martuscelli

Dra. Isaura Meza

Dr. José Luis Morán López

Dr. Héctor Nava Jaimes

Dr. Manuel Peimbert

Dr. Ruy Pérez Tamayo

Dr. Julio Rubio Oca

Dr. José Sarukhán

Dr. Guillermo Soberón

Dr. Elías Trabulse

Coordinadora

María del Carmen Farías R.

Rosario Rodríguez Arnaiz

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METABOLISMO

DE LAS TOXINAS

AMBIENTALES

La Ciencia para Todos / 199

Primera edición, 2004

Primera edición electrónica, 2015

La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretaría de Educación Pública y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

D. R. © 2004, Fondo de Cultura Económica

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ISBN 978-607-16-2845-9 (ePub)

ISBN 978-968-16-7237-9 (impreso)

Hecho en México - Made in Mexico

A mi esposo PACO, sal y pimienta de mi vida,

por su constante apoyo, estímulo y generosidad

A mis hijas AURORA, LAURA Y MAYTE,

fuente cotidiana de mi razón de ser

A mi madre AURORA, por su ejemplo,

su perseverancia y su positiva

actitud frente a la vida

A la memoria de mi hermana DUSI

PRÓLOGO

Escribir un libro de divulgación sobre el metabolismo de los compuestos tóxicos a los que los seres vivos estamos expuestos en el transcurso de nuestra vida no ha sido una tarea fácil. Se persiguió encontrar el equilibrio entre el rigor científico y la claridad en la exposición de los temas que se abordan sin caer en argumentaciones simplistas, aunque muchas veces simplificadas, con el objetivo de llegar a los lectores no familiarizados con los temas que se tratan.

El propósito de este libro es, entonces, comunicar al público en general la situación actual de la investigación en el campo de la biología experimental, en particular la que se refiere a la toxicología genética. Esta disciplina vincula las metodologías de muchas ciencias básicas, como la farmacología, el estudio del metabolismo, la bioquímica, la genética y la biología molecular. La toxicología genética trata de detectar, identificar y analizar el riesgo potencial que representa para los seres vivos la exposición a agentes tóxicos que son capaces de interactuar con los ácidos nucleicos y producir alteraciones en el material genético. Los lazos entre la toxicología, la genética y la biología molecular han permitido desvelar muchos de los mecanismos básicos que subyacen en los fenómenos causa-efecto y en las interacciones químico-biológicas. Éste es el tema fundamental de este libro.

En el primer capítulo se presenta, de manera un poco esquemática, el papel que desempeña el metabolismo en la biotransformación de compuestos tanto endógenos como exógenos (xenobióticos). Se presentan las fases en las que se divide para su estudio el metabolismo y el balance entre los procesos de activación y desintoxicación de los compuestos químicos, conceptos que se requieren para comprender los temas que se tocan en el libro.

En el segundo capítulo se presenta el estado actual del conocimiento en relación con las enzimas oxidasas de función mixta, llamadas citocromos P450, involucradas en el metabolismo de sustratos endógenos (como hormonas esteroideas y ácidos grasos) y de sustratos exógenos (como agentes terapéuticos). Se introduce al lector a los mecanismos genéticos que tratan de explicar la divergencia y evolución de los citocromos P450 durante la historia de la vida en la Tierra y la diversificación biológica.

En el tercer capítulo se exponen algunos tipos de interacciones entre los sustratos activados y su conjugación mediada por las enzimas glutatión-S transferasas, las que facilitan el transporte, la eliminación y la desintoxicación de los compuestos químicos.

En el cuarto capítulo se analiza el fenómeno de resistencia, en particular la resistencia a pesticidas, así como los mecanismos mediante los que los insectos toleran dosis elevadas de insecticidas. Se dan algunos ejemplos acerca de las variantes alélicas (polimorfismos) en algunas enzimas que intervienen en la desintoxicación de insecticidas organofosforados, tanto en los seres humanos como en los insectos.

En el quinto capítulo se presenta, de forma resumida, el conocimiento sobre la resistencia a pesticidas mediada por los citocromos P450 en los insectos, en particular en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, organismo modelo que emplea en muchos casos los mismos mecanismos bioquímicos y genéticos que confieren resistencia a otros seres vivos.

En el sexto capítulo se introduce, empleando el modelo Drosophila-planta, al proceso de adaptación a los productos secundarios generados por las plantas (fitotoxinas), fenómeno de coexistencia conocido como coevolución, mediado por isoformas particulares de los citocromos P450.

Por último se presentan las conclusiones y las perspectivas de investigación con base en las nuevas herramientas que se están desarrollando en la incipiente ciencia genómica, revolución científica comparable al descubrimiento de la estructura de los ácidos nucleicos que, sin duda, en las próximas décadas tendrá gran repercusión en las ciencias biológicas y de la salud.

I. Metabolismo

LOS SERES VIVOS requieren del suministro continuo de energía libre para realizar diversas funciones, como el movimiento, el transporte activo de moléculas y iones y la síntesis de macromoléculas estructurales. La energía que mantiene la vida en la Tierra es la que proviene del Sol, de modo que los organismos que son capaces de captarla y almacenarla en azúcares, tales como la glucosa, se denominan fotosintéticos. La glucosa proveniente de los alimentos se transforma químicamente en el interior de las células en una gran variedad de moléculas que son necesarias para la construcción de nuevos componentes estructurales. Estas transformaciones químicas no ocurren en una sola etapa, más bien se producen compuestos intermedios, que a menudo no realizan ninguna función celular, pero que son eslabones de una cadena que conduce a la síntesis de un compuesto estructural. Al conjunto ordenado de reacciones químicas que ocurren en una célula se le llama metabolismo, las moléculas que participan en estas reacciones o transformaciones se denominan metabolitos y al conjunto de las diferentes reacciones químicas que transforman los alimentos en componentes esenciales de la estructura celular se le denomina metabolismo intermedio. Es importante señalar que el número de reacciones químicas que se llevan a cabo dentro de las células es relativamente grande, no así el tipo de reacciones químicas, que es relativamente pequeño.

Al proceso mediante el cual el alimento ingerido por los animales, esencialmente la glucosa proveniente de los vegetales, se transforma en numerosas unidades estructurales con la producción de agua y bióxido de carbono se le denomina respiración:

Glucosa + Oxígeno ⇒ Agua + Bióxido de carbono (ΔGº’ = −3.74 Kcal/mol)

El proceso inverso, que sólo