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El molibdeno en la biología

Un cúmulo de FeMoco con un átomo de molibdeno en el centro

El molibdeno es un elemento esencial en la mayoría de los organismos. [1] Está presente de forma más notable en la nitrogenasa [2], que es una parte esencial de la fijación del nitrógeno . [3] [4]

Enzimas que contienen Mo

El molibdeno es un elemento esencial en la mayoría de los organismos; un artículo de investigación de 2008 especuló que la escasez de molibdeno en los primeros océanos de la Tierra puede haber influido fuertemente en la evolución de la vida eucariota (que incluye todas las plantas y animales). [1]

Se han identificado al menos 50 enzimas que contienen molibdeno, principalmente en bacterias. [5] [6] Esas enzimas incluyen la aldehído oxidasa , la sulfito oxidasa y la xantina oxidasa . [7] Con una excepción, el Mo en las proteínas se une a la molibdopterina para dar el cofactor molibdeno. La única excepción conocida es la nitrogenasa , que utiliza el cofactor FeMoco , que tiene la fórmula Fe 7 MoS 9 C. [8]

En términos de función, las molibdoenzimas catalizan la oxidación y, a veces, la reducción de ciertas moléculas pequeñas en el proceso de regulación del nitrógeno , el azufre y el carbono . [9] En algunos animales y en los seres humanos, la oxidación de la xantina a ácido úrico , un proceso de catabolismo de las purinas , es catalizada por la xantina oxidasa , una enzima que contiene molibdeno. La actividad de la xantina oxidasa es directamente proporcional a la cantidad de molibdeno en el cuerpo. Una concentración extremadamente alta de molibdeno revierte la tendencia y puede inhibir el catabolismo de las purinas y otros procesos. La concentración de molibdeno también afecta la síntesis de proteínas , el metabolismo y el crecimiento. [10]

El Mo es un componente de la mayoría de las nitrogenasas . Entre las molibdoenzimas, las nitrogenasas son las únicas que carecen de molibdopterina. [11] [12] Las nitrogenasas catalizan la producción de amoníaco a partir del nitrógeno atmosférico:

La biosíntesis del sitio activo de FeMoco es altamente compleja. [13]

Estructura del sitio activo FeMoco de la nitrogenasa .
Estructura esquelética de una molibdopterina con un solo átomo de molibdeno unido a ambos grupos tiolato
El cofactor de molibdeno (en la imagen) está compuesto por un complejo orgánico sin molibdeno llamado molibdopterina , que ha unido un átomo de molibdeno (VI) oxidado a través de átomos de azufre (o, ocasionalmente, de selenio) adyacentes. A excepción de las antiguas nitrogenasas, todas las enzimas conocidas que utilizan Mo utilizan este cofactor.

El molibdato se transporta en el cuerpo como MoO 4 2− . [10]

Metabolismo humano y deficiencia

El molibdeno es un oligoelemento dietético esencial . [14] Se conocen cuatro enzimas dependientes de Mo en mamíferos, todas ellas albergando un cofactor de molibdeno basado en pterina (Moco) en su sitio activo: sulfito oxidasa , xantina oxidorreductasa , aldehído oxidasa y amidoxima reductasa mitocondrial . [15] Las personas con deficiencia grave de molibdeno tienen una sulfito oxidasa que funciona mal y son propensas a reacciones tóxicas a los sulfitos en los alimentos. [16] [17] El cuerpo humano contiene alrededor de 0,07 mg de molibdeno por kilogramo de peso corporal, [18] con concentraciones más altas en el hígado y los riñones y más bajas en las vértebras. [19] El molibdeno también está presente en el esmalte dental humano y puede ayudar a prevenir su caries. [20]

No se ha observado toxicidad aguda en humanos, y la toxicidad depende en gran medida del estado químico. Los estudios en ratas muestran una dosis letal media ( LD50 ) tan baja como 180 mg/kg para algunos compuestos de Mo. [21] Aunque no hay datos de toxicidad humana disponibles, los estudios en animales han demostrado que la ingestión crónica de más de 10 mg/día de molibdeno puede causar diarrea, retraso del crecimiento, infertilidad , bajo peso al nacer y gota ; también puede afectar los pulmones, los riñones y el hígado. [22] [23] El tungstato de sodio es un inhibidor competitivo del molibdeno. El tungsteno dietético reduce la concentración de molibdeno en los tejidos. [19]

La baja concentración de molibdeno en el suelo en una franja geográfica desde el norte de China hasta Irán da como resultado una deficiencia general de molibdeno en la dieta y está asociada con mayores tasas de cáncer de esófago . [24] [25] [26] En comparación con los Estados Unidos, que tiene un mayor suministro de molibdeno en el suelo, las personas que viven en esas áreas tienen aproximadamente 16 veces más riesgo de carcinoma de células escamosas de esófago . [27]

También se ha informado de una deficiencia de molibdeno como consecuencia de una nutrición parenteral total sin suplementos de molibdeno (alimentación intravenosa completa) durante largos períodos de tiempo. Esto produce niveles elevados de sulfito y urato en sangre , de forma muy similar a la deficiencia del cofactor de molibdeno . Dado que la deficiencia pura de molibdeno por esta causa se produce principalmente en adultos, las consecuencias neurológicas no son tan marcadas como en los casos de deficiencia congénita del cofactor. [28]

Una enfermedad congénita por deficiencia del cofactor de molibdeno , que se observa en los bebés, es una incapacidad para sintetizar el cofactor de molibdeno , la molécula heterocíclica analizada anteriormente que se une al molibdeno en el sitio activo de todas las enzimas humanas conocidas que utilizan molibdeno. La deficiencia resultante da como resultado niveles elevados de sulfito y urato y daño neurológico. [29] [30]

Excreción

La mayor parte del molibdeno se excreta del cuerpo humano en forma de molibdato en la orina. Además, la excreción urinaria de molibdeno aumenta a medida que aumenta la ingesta de molibdeno en la dieta. Pequeñas cantidades de molibdeno se excretan del cuerpo en las heces a través de la bilis; pequeñas cantidades también pueden perderse en el sudor y en el cabello. [31] [32]

Exceso y antagonismo del cobre

Los niveles elevados de molibdeno pueden interferir en la absorción de cobre por parte del organismo , lo que produce deficiencia de cobre . El molibdeno impide que las proteínas plasmáticas se unan al cobre y también aumenta la cantidad de cobre que se excreta en la orina . Los rumiantes que consumen niveles elevados de molibdeno sufren diarrea , retraso del crecimiento, anemia y acromotriquia (pérdida de pigmento del pelaje). Estos síntomas se pueden aliviar con suplementos de cobre, ya sea en la dieta o inyectables. [33] La deficiencia efectiva de cobre puede verse agravada por el exceso de azufre . [19] [34]

La reducción o deficiencia de cobre también puede ser inducida deliberadamente con fines terapéuticos por el compuesto tetratiomolibdato de amonio , en el que el anión rojo brillante tetratiomolibdato es el agente quelante del cobre. El tetratiomolibdato se utilizó por primera vez terapéuticamente en el tratamiento de la toxicosis por cobre en animales. Luego se introdujo como tratamiento en la enfermedad de Wilson , un trastorno hereditario del metabolismo del cobre en humanos; actúa tanto compitiendo con la absorción de cobre en el intestino como aumentando la excreción. También se ha descubierto que tiene un efecto inhibidor sobre la angiogénesis , potencialmente al inhibir el proceso de translocación de membrana que depende de los iones de cobre. [35] Esta es una vía prometedora para la investigación de tratamientos para el cáncer , la degeneración macular relacionada con la edad y otras enfermedades que implican una proliferación patológica de los vasos sanguíneos. [36] [37]

En algunos animales de pastoreo, especialmente en el ganado vacuno, el exceso de molibdeno en el suelo del pastizal puede producir diarrea si el pH del suelo es de neutro a alcalino; ver diarrea.

Referencias

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