Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Transporte y almacenamiento de iones metálicos


En el mundo de la química bioinorgánica, los roles de los iones metálicos son de suma importancia. Los iones metálicos participan en muchos procesos biológicos, incluyendo el transporte y almacenamiento de nutrientes esenciales. En esta lección detallada, exploraremos cómo varios iones metálicos se transportan dentro del cuerpo y cómo se almacenan en las células. Comprender estos mecanismos es importante porque los iones metálicos están involucrados en funciones vitales como el transporte de oxígeno, la transferencia de electrones y la catálisis en reacciones enzimáticas.

Introducción a los iones metálicos

Los iones metálicos son átomos que han perdido o ganado electrones, resultando en una entidad cargada. Son esenciales en una variedad de procesos bioquímicos debido a su capacidad para participar en varias interacciones de enlace con moléculas orgánicas. Los iones metálicos comúnmente estudiados en la química bioinorgánica incluyen Fe2+, Cu2+, Zn2+, Mg2+ y Ca2+. Cada uno de estos iones desempeña roles específicos en funciones biológicas, a menudo como cofactores o elementos estructurales en proteínas y enzimas.

Transporte de iones metálicos

Los iones metálicos se transportan a través de las membranas celulares mediante proteínas especiales llamadas transportadores. Estos transportadores son a menudo proteínas que atraviesan la membrana, lo que permite a los iones moverse dentro y fuera de las células y los órganos. Pueden funcionar a través de difusión pasiva o transporte activo. Veamos más de cerca cada método:

Transporte pasivo

El transporte pasivo no requiere energía y depende del gradiente de concentración. Los canales iónicos y las proteínas transportadoras permiten a los iones metálicos moverse a lo largo de su gradiente de concentración. Un ejemplo de esto es el movimiento de los iones K+ a través de canales de potasio.

Canales de K+ → facilitan la difusión pasiva de los iones de potasio

Transporte activo

El transporte activo requiere energía, generalmente en forma de ATP, para mover los iones metálicos en contra de su gradiente de concentración. Un ejemplo clásico es la bomba de sodio-potasio, que intercambia iones Na+ y K+ a través de la membrana celular.

Bomba de Na+/K+ → utiliza ATP para intercambiar iones Na+ y K+

Visualización del transporte de iones metálicos

Ion Canal

El visual arriba es una representación simplificada de un canal iónico que facilita el movimiento de iones a través de una membrana. El círculo representa un ion metálico, y el rectángulo representa el canal de proteína.

Almacenamiento de iones metálicos

Los iones metálicos se almacenan en proteínas llamadas metaloproteínas o en compartimentos celulares. Estas formas de almacenamiento evitan la toxicidad de los iones metálicos y mantienen la homeostasis iónica. Ejemplos destacados incluyen la ferritina para el almacenamiento de hierro y la metalotioneína para la desintoxicación de iones metálicos.

Ferritina

La ferritina es un complejo de proteínas globular que almacena hierro en una forma no tóxica. Libera hierro cuando es necesario, garantizando un equilibrio entre el suministro y la demanda. La fórmula que muestra el almacenamiento de hierro en ferritina se puede simplificar de la siguiente manera:

Fe2+ + O2 → Fe2O3 (almacenado en ferritina)

Metalotioneína

Las metalotioneínas son pequeñas proteínas ricas en residuos de cisteína, que unen iones metálicos con alta afinidad. Desempeñan un papel en la homeostasis y desintoxicación de iones metálicos. Se unen a metales como el cobre y el zinc, evitando que los iones libres en exceso ingresen a la célula.

Ejemplo de almacenamiento de iones metálicos

Ferritina

El diagrama muestra la ferritina como una estructura proteica ovalada que contiene iones de hierro almacenados (círculos rojos). Este complejo regula la disponibilidad de hierro para los procesos metabólicos.

Rol de los iones metálicos en funciones biológicas

Además del transporte y el almacenamiento, los iones metálicos son indispensables en una variedad de funciones biológicas, incluidas:

  • Transporte de oxígeno: La hemoglobina y la mioglobina se unen al oxígeno; el hierro es un componente principal de estas moléculas.
  • Catalisis enzimática: Los iones metálicos actúan como cofactores; el zinc es un elemento fundamental en la anhidrasa carbónica, que ayuda a convertir el dióxido de carbono y el agua en bicarbonato y protones.
  • Transferencia de electrones: Los iones de cobre en la citocromo c oxidasa participan en la transferencia de electrones en la cadena de transporte de electrones mitocondrial.

Representación esquemática del transporte de oxígeno

Fe Hemoglobina O2

Diagrama esquemático que muestra el papel del hierro en el transporte de oxígeno unido a la hemoglobina. El hierro se une al oxígeno, permitiendo que los glóbulos rojos lo transporten eficientemente por todo el cuerpo.

Conclusión

El transporte y almacenamiento de iones metálicos son procesos esenciales para mantener la homeostasis de los organismos. Comprender estos mecanismos puede proporcionar ideas importantes sobre diversos procesos fisiológicos y patológicos. El estudio de la química bioinorgánica brinda conocimientos fundamentales que ayudan a diseñar tratamientos para desequilibrios de iones metálicos, como la deficiencia de hierro o la toxicidad por cobre. A medida que profundizamos en este campo, nuevos descubrimientos continúan revelando los complejos roles de los iones metálicos en los sistemas vivos.


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