Módulo 1.-Introducción a la bioquímica ambiental

Tema 1. Introducción

Definición de la Bioquímica Ambiental y conexión con otras áreas de conocimiento. Composición química y ciclos biogeoquímicos de la Biosfera. Flujo de materia y energía en la biosfera: organismos autótrofos y heterótrofos. Interacciones de los organismos con los compuestos químicos en el medio ambiente.

BIOQUIMICA AMBIENTAL: definición y perspectiva

La Bioquímica es la ciencia que estudia las propiedades estructurales de los componentes celulares (biomoléculas) y las reacciones químicas (metabólicas) que los transforman y organizan para mantener a los organismos en su equilibrio fisiológico o condición vital.

La Bioquímica Toxicológica estudia los hechos que ocurren a nivel molecular cuando los compuestos tóxicos interaccionan con los componentes de los organismos vivos y provee las bases fundamentales para otras muchas ramas de la Toxicología (Ambiental, Forense, Económica).
Estudiar estas interacciones (compuesto químico-organismo
) es fundamental para el entendimiento de los procesos tóxicos, tanto los agudos, como los crónicos y conocer dichas interacciones resulta esencial para el desarrollo de nuevas terapias, para la determinación de los riesgos tóxicos y para el desarrollo de nuevos biocidas (más específicos y con menores efectos secundarios) en áreas como la Agricultura, Ganadería, producción de alimentos, Farmacología y la Medicina, entre otros.
Qué es un tóxico o veneno?
Historia de los venenos: veneno de serpiente, plantas venenosas y terapeúticas. Griegos (cicuta), romanos (asesinato político). Dioscórides (griego en la corte de Nerón) clasificó los venenos en su obra "Materia médica". El físico germánico Paracelso (XVI) alude al carácter experimental y a la relación dosis-respuesta (efecto producido).
<>Características generales de los tóxicos:
- agente accidental o voluntario que provoca un efecto adverso o tóxico:
- dosis dependiente, tanto para compuestos exógenos como endógenos.


- ruta dependiente (oral, dérmica o pulmonar) y carácter experimental

- toxicidad >aguda (DL50) o crónica (carcinogénesis)
- organismo y otros factores dependientes (sexo, edad, enfermedad, etc. ).

CLASIFICACIÓN DE AGENTES TÓXICOS:

. Físicos: radiación, ruido, temperatura.
. Químicos: compuestos de producción industrial.
- endógenos: glucosa, tiroxina, Se, Vit A ------> Patología Molecular.
- exógenos: compuestos no biológicos: fármacos, plaguicidas, contaminantes industriales, etc.
cloruro de vinilo: hepatotóxico A DOSIS o carcinógeno a dosis
aspirina: analgésico o ulcerogénico.
malation: insecticida muy tóxico y no tóxico para mamíferos.

Parámetros toxicológicos/ curvas dosis-respuesta

La curva dosis-respuesta relaciona, para un efecto concreto asociado con un compuesto, el % de población afectada frente a la dosis aplicada.

Para cuantificar la relación dosis-efecto se acostumbra utilizar la dosis que produce una respuesta igual a la mitad del efecto máximo, Emax.

DE50. Si se trata de la curva dosis-efectos terapéuticos se le llama DE50 (Dosis Efectiva, nivel 50%). Cuando se midieron efectos graduales la DE50 es la dosis que produce una respuesta igual a la mitad de la respuesta máxima. Estadísticamente, la DE50 es la dosis que produce una respuesta deseable determinada en el 50% de la población.

DL50. Cuando se quieren representar las curvas de efectos tóxicos y/o letales se usa la LD50 que es la dosis a la cual el 50% de la población que recibe esa dosis muere. La DL50 no es una constante biológica porque hay muchos factores que influyen en la toxicidad.

Efecto tóxico crítico. Este es un parámetro que se calcula después de recopilar la información experimental realizada con la substancia estudiada para una vía de exposición determinada.
Se conoce como estudio crítico al experimento o conjunto de experimentos que contienen los mejores datos de dosis-efecto de una substancia para una vía de exposición determinada. Para decidir cuál es el mejor, se toman en cuenta los siguientes atributos:
* Si existe algún buen estudio hecho en humanos, se selecciona como el estudio crítico.
* Si no se cuenta con buenos estudios en humanos, entonces se utiliza información obtenida con animales, prefiriéndose la que provienen de modelos en los que el metabolismo de la substancia es similar al que se observa en el hombre.
* En la ausencia de estudios, en especies que sea claramente relevantes, se asume que los humanos son tan sensible como los organismos más sensibles en los que se haya hecho experimentación. El estudio con la especie más sensible (la especie que muestra un efecto tóxico con la dosis administrada más baja) se selecciona como el estudio crítico.
El nivel experimental más bajo, en el estudio crítico, en el que se observa que se produce el mínimo efecto adverso, también llamado LOAEL (lowest observed adverse effect level), después de las conversiones dosimétricas para ajustar a las diferencias en especie, se conoce como efecto tóxico crítico.

NOAEL (Non Observed Adverse Effects Level) es el nivel de exposición experimental que representa el máximo nivel probado al cual no se observan efectos tóxicos. Para el propósito de evaluación de riesgos éste es el dato clave que se obtiene de los estudios de Dosis- Respuesta. Si las exposiciones experimentales fueron intermitentes, se corrige el valor del NOAEL para que representen exposiciones continuas.

Indices de toxicidad.
Los índices de toxicidad son los parámetros toxicológicos que se utilizan en la evaluación de riesgos y se obtienen de los estudios de dosis-respuesta.
Se estiman en forma diferente los índices para compuestos cancerígenos y los índices para no cancerígenos.
Los valores de estos parámetros son los que se comparan con las dosis suministradas que se estiman en los estudios de exposición a tóxicos ambientales.
La mayoría de los valores publicados de los índices de toxicidad se calcularon en base a efectos observados experimentalmente en exposiciones controladas de animales de laboratorio.

Efectos no-cancerígenos
Concepto de tolerancia. Como ya se presentó anteriormente, para que el tóxico llegue en forma activa a su blanco y cause un efecto permanente tiene que vencer una serie de obstáculos que le impone el organismo. Existe un nivel de dosis suministrada por debajo del cual
no se manifiestan los efectos tóxicos no-cancerígenos. Como resultado de esto, existe un rango de valores de exposición, desde cero hasta un valor finito determinado, en el que el organismo puede tolerar la exposición sin manifestar ningún daño. El dato importante, en este caso, es el límite superior del rango de tolerancia para poblaciones sensibles.

Dosis de Referencia (DdR)
DdR es el índice de toxicidad que más se utiliza en la evaluación de riesgos por exposición a substancias no-cancerígenas. Es el nivel de exposición diaria que no produce un riesgo apreciable de daño en poblaciones humanas, incluyendo las subpoblaciones sensibles.
La DdR se deriva a partir del NOAEL o LOAEL aplicando en forma consistente una serie de Factores de Incertidumbre (FI) y un Factor Modificador (FM).
DdR = NOAEL/ FIs x FM
Donde FIs es el producto de todos los FI, FM es el factor modificador.

Dosis equivalentes para humanos.
Cuando se utilizan datos obtenidos con animales experimentales como base para la extrapolación, hay que calcular la dosis para humanos que es equivalente a las dosis utilizadas en los estudios. Para calcular las dosis equivalentes se supone que los organismos son igualmente susceptibles al agente, si absorben la misma cantidad de tóxico por unidad de superficie corporal. La superficie corporal es aproximadamente proporcional al peso corporal elevado a la potencia 2/3.

 

Este esquema representa los problemas medio-ambientales mas acuciantes en Europa.

Los gases de invernadero: CO2
El anhídrido carbónico es el gas de invernadero que más participa en el calentamiento global del planeta; contribuye con un 63% del total. Le sigue el metano con un 16%, los CFCs con 11%, los óxidos de nitrógeno con 5% y otros gases diversos, el resto.
El es el gas que ha tenido el mayor incremento en la atmósfera. Actualmente aumenta a razón de 5% por década y se piensa que en los últimos 200 años se ha incrementado en un 25%. La primera causa es el uso masivo de petróleo, gas y carbón para satisfacer las demandas de fuentes energéticas de la sociedad moderna. La quema de combustibles fósiles libera anualmente alrededor de 20 billones de toneladas de ese gas a la atmósfera.

El uso de los CFCs
El 80% del cloro estratosférico ha provenido de las actividades del hombre. ( National Geographic Junio, 1999)
En 1930 se cambia el amonio empleado en la refrigeración por el CFC , elemento excelente por sus propiedades de no toxicidad ni inflamabilidad y por su estabilidad química.
- En 1950: se inicia la producción de espuma plástica (poliuretano).
- En 1960: profusión de producción de aerosoles
- Desde 1970 en adelante, empleo masivo de solventes para limpieza
- Desde 1970 en adelante, empleo masivo en equipos de refrigeración.

Carbono tetracloro:
- Solvente industrial
- Fumigaciones agrícolas
- Refinación petroquímica
- Lavado en seco

Metilcloroformo:
- Solvente industrial
- Limpiador de metales
Actualmente se han reemplazado los CFCs por HCFCs, debido a que son menos nocivos debido a su contenido en hidrógeno, lo que facilita su destrucción en la troposfera.

Halones:
Se utilizan fundamentalmente en extintores
Contribuyen en un 5 % a la destrucción de la capa de ozono; aumentan anualmente en 10%.

Metilbromo (bromuro de metilo): ampliamente usado desde 1991, especialmente en formulaciones plaguicidas..

Contaminantes atmosféricos: CO, SO2, SO3, NO2, NO, hidrocarburos no saturados y aromáticos, CFH, clorofluorometanos, m-partículas (Si, Be, As, Cr, Pb, asbesto, humos, etc.). Lluvia ácida, reacciones fotoquímicas y radicales libres, agentes oxidantes y ozono.

La puesta de sol a través de humos y la capa de ozono mermada

Contaminación química presente en muchos sustratos:


Ejemplos de contaminantes químicos

fármacos de abuso, plaguicidas y compuestos de uso industrial

Tabla 1.1.- CLASIFICACIÓN RECOMENDADA de PLAGUICIDAS por su ÍNDICE de PELIGROSIDAD (P)
    LD50 para rata (mg de sustancia / kg de peso corporal)
   
ORAL
DERMICA
Clase  
Sólido
Líquido
Sólido
Líquido
1a extremadamente P
< 5
< 20
< 10
< 40
1b altamente P
5-50
20-200
10-100
40-400
2 moderadamente P
50-500
200-2000
100-1000
400-4000
3 ligeramente P
> 500
> 2000
> 1000
> 4000

3+
desconocido el P
> 2000
> 3000
------
------

El Medio Ambiente es ese lugar donde se producen las interacciones entre los organismos vivos y los componentes de su entorno; cualquier componente del medio físico (ECOSFERA) o del medio biótico (BIOSFERA) puede contener diversos tipos de compuestos químicos ajenos a los componentes naturales.

Composición química y ciclos biogeoquímicos de la Biosfera.

Composición química de la corteza terrestre y de la Biosfera: La corteza representa el uno por ciento del volumen y de la masa de la Tierra, siendo la capa mejor conocida del planeta. Su componentes mayoritarios son Si, O, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, P, Mn; en contacto con ella se encuentra la Biosfera.

Los elementos de la vida: BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS
Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos . Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.

Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se encuentran en los seres vivos. De éstos, sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta función. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

Bioelementos primarios: O, C, H, N, P y S.

Representan en su conjunto el 96,2% del total.

Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N
Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.
Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
- Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones
- El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico
- Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables.
- A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes .
- Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.

Naturaleza de los enlaces C-C y de los grupos funcionales mas frecuentes en los componentes biológicos.

Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.
Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples; lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.


Bioelementos secundarios: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-. Se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados.

Bioelementos secundarios: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl
Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.
Azufre Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A
Fósforo Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
Magnesio Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo.
Calcio Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Potasio Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular
Cloro Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial.


TABLA 1.2.- Clasificación de los elementos químicos que forman parte de los organismos vivos.

BIOELEMENTOS OLIGOELEMENTOS
Primarios Secundarios Indispensables Variables
O
Na+
Mn
B
C
K+
Fe
Al
H
Mg2+
Co
V
N
Ca2+
Cu
Mo
P
Cl- Zn I
S     Si


Oligoelementos o elementos vestigiales:

Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.

Oligoelementos
Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo.
Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro:

Hierro Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.
Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.
Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo
Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.
Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .
Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.
Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.
Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
Litio Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS BIOELEMENTOS PRIMARIOS
El hecho de que los bioelementos primarios sean tan abundantes en los seres vivos se debe a que presentas ciertas características que los hacen idóneos para formar las moléculas de los seres vivos. Así:
Aunque no son de los más abundantes, todos ellos se encuentran con cierta facilidad en las capas más externas de la Tierra (corteza, atmósfera e hidrosfera).


Composición porcentual de la corteza terrestre. Proporción en la composición química de la corteza terrestre y su comparación con la proporción de los elementos químicos presentes en los organismos vivos.

TABLA 1.3.- Los elementos químicos más abundantes en la corteza terrestre y en los seres vivos (en % en peso).

Elementos Corteza (%) Elementos Seres vivos (%)
Oxígeno
47
Oxígeno
63
Silicio
28
Carbono
20
Aluminio
8
Hidrógeno
9,5
Hierro 5 Nitrógeno 3

* Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se disuelven en el agua, lo que facilita su incorporación y eliminación.
* El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxígeno o al hidrógeno, por lo que pasan con la misma facilidad del estado oxidado al reducido. Esto es de gran importancia, pues los procesos de oxidación-reducción son la base de muchos procesos químicos muy importantes y en particular de los relacionados con la obtención de energía como la fotosíntesis y la respiración celular.
* El C, el H, el O y el N son elementos de pequeña masa atómica y tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables. Debido a esto dan lugar a una gran variedad de moléculas y de gran tamaño. De todos ellos el carbono es el más importante. Este átomo es la base de la química orgánica y de la química de los seres vivos.

BIOMOLÉCULAS: CLASIFICACIÓN

Los bioelementos se unen entre sí para formar moléculas que llamaremos biomoléculas: Las moléculas que constituyen los seres vivos. Estas moléculas se han clasificado tradicionalmente en los diferentes principios inmediatos, llamados así porque podían extraerse de la materia viva con cierta facilidad, inmediatamente, por métodos físicos sencillos, como : evaporación, filtración, destilación, disolución, etc.

Los diferentes grupos de principios inmediatos son:

Inorgánicos Orgánicos
-Agua
-Glúcidos
-CO2

-Lípidos

-Sales minerales

-Prótidos o proteínas

  -Ácidos nucleicos


LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS DE LOS SERES VIVOS.

Son compuestos orgánicos los compuestos de carbono. Esto es, aquellos en los que el átomo de carbono es un elemento esencial en la molécula y forma en ella la cadena básica a la que están unidos los demás elementos químicos. Los seres vivos contienen compuestos orgánicos. Son éstos los que caracterizan a la materia viva y la causa de las peculiares funciones que realiza. La gran variedad de compuestos orgánicos que contienen los seres vivos no se clasifican desde un punto de vista químico, sino a partir de criterios muy simples, tales como su solubilidad o no en agua, su estructura,etc. Siguiendo estos criterios se clasifican en :
-Glúcidos o hidratos de carbono esencialmente funciones energéticas y estructurales
-Lípidos esencialmente funciones energéticas y estructurales
-Prótidos (proteínas) enzimáticas y estructurales
-Ácidos nucleicos son los responsables de la información genética
Algunas sustancias son de gran importancia para los seres vivos, las necesitan en muy pequeña cantidad y no tienen funciones energéticas ni estructurales. Son biocatalizadores las enzimas, las vitaminas y las hormonas.

TABLA 1.4.- DISTRIBUCIÓN DE LOS COMPONENTES MOLECULARES DE LA CÉLULA (en % sobre masa total)

Principios inmediatos PROCARIOTAS EUCARIOTAS
Glúcidos

3

3

Lípidos

2

4,5

Prótidos

15

18

Ácidos Nucleicos
ARN
6
1,25
ADN
2
0,25
Precursores
1
2
Agua
70
70
Sales minerales 1 1


Todos los componentes, biomoléculas y bioelementos, están sometidos a un reciclaje continuo, en función del flujo de energía, que en la Biosfera esta bien definido:

Flujo de energía y ciclos de materia en la Biosfera:

 

Organismos autótrofos (productores) y heterótrofos (consumidores).

Cada año llega a la superficie de la Tierra una energía equivalente a 60 billones de toneladas de petróleo, 15.000 veces más que el actual consumo energético de toda la humanidad. De esta cantidad, la mitad se absorbe y se convierte en calor, el 30% se vuelve a reflejar hacia el espacio, y una quinta parte sirve para poner en marcha los ciclos hidrológicos que caracterizan el clima de nuestro planeta. Sólo una pequeña fracción de la radiación solar (0,06%) es utilizada por el mundo vegetal para accionar un mecanismo de autoalimentación (la fotosíntesis) que da origen a la vida y a los combustibles fósiles.

Ciclo del carbono
Este ciclo está directamente relacionado al CO2. Depende por lo tanto de los procesos naturales y antrópicos que lo generan, y de aquellos que implican su absorción y transformación en el suelo. La generación de dicho gas y su ingreso a la atmósfera se debe a factores muy diversos.


De tipo natural, son la descomposición por bacterias aeróbicas de organismos muertos, tanto animales como vegetales. También contribuye la respiración de los seres vivos y la emanación del gas durante actividades volcánicas o incendios forestales espontáneos o no.La generación antrópica del CO2 se produce principalmente durante los procesos industriales, los que obtienen la energía necesaria quemando combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural); el transporte motorizado también contribuye fuertemente a la generación de dicho gas.

La absorción del dióxido de carbono en la biosfera se produce durante el día en el proceso de fotosíntesis de las plantas, con la clorofila como catalizador. Asimismo, es retenido en las aguas continentales y marinas, especialmente en las superficiales. El suelo también posee capacidad de absorción del gas, la que es más notoria en presencia algunos sustratos con formación de calizas.

En todo caso, el balance final entre la emisión de dióxido de carbono hacia la atmósfera y su absorción en la superficie terrestre está fuertemente desplazado hacia la primera, con las conocidas consecuencias en el efecto invernadero y el calentamiento climático global.

Ciclo del nitrógeno

El ciclo de este elemento es bastante más complejo que el del carbono, dado que está presente en la atmósfera no sólo como N2 (80%) sino también en una gran diversidad de compuestos. Se puede encontrar principalmente como N2O, NO y NO2, los llamados NOx. También forma otras combinaciones con oxígeno tales como N2O3 y N2O5 (anhídridos), "precursores" de los ácidos nitroso y nítrico. Con hidrógeno forma amoníaco (NH3),compuesto gaseoso en condiciones normales.

En el suelo hay importantes cantidades naturales de sales relacionadas al nitrógeno, entre otros los nitratos y nitritos (inorgánicos) y la urea (orgánica); esta última, junto al nitrato de amonio se sintetiza en grandes cantidades para su utilización como abono. Todos estos productos son solubles en agua, y se lixivian con el regadío y la lluvia, siendo arrastrados hacia los ríos y lagos, y luego al mar.


Es importante destacar que la retención de este elemento en organismos vivos tanto animales como vegetales, no se realiza como N2, dada su nula reactividad en condiciones normales, sino como sus derivados orgánicos (aminas, amidas, bases nitrogenadas, etc) e inorgánicos.

Ciclo del Azufre

EL HOMBRE INTERACCIONA CON EL MEDIO AMBIENTE

INTERACCIONES DE LOS XENOBIÓTICOS CON LOS ORGANISMOS VIVOS:

La Bioquímica Ambiental trata de estudiar las interacciones que se producen entre los xenobióticos (compuestos químicos) ambientales con los componentes bioquímicos y los procesos metabólicos de los seres vivos, así como las posibles alteraciones o malfunciones derivadas de su presencia y/o interacción. Su contenido es muy análogo al de la Bioquímica Toxicológica.


Conexiones con otras ciencias: Biología, Ecología, Genética, Química y Bioquímica; Medicina Toxicológica, Agricultura, Tecnología de los Alimentos, etc, Bioquímica Clínicas, Patología Molecular.
La bioquímica de la acción tóxica es polifacética y multifásica, cubriendo todos los aspectos desde el inicio del contacto ambiental de un organismo con un xenobiótico hasta su excrección de nuevo al medio ambiente, pasando por todas las posibles interacciones del xenobiótico con los componentes del sistema biológico. La interacción xenobiótico-organismo, con proceso tóxico (envenenamiento) o no, tiene lugar a través de varias fases (EADME)y la Bioquímica Ambiental está implicada en el estudio de la mayoría de ellas.

El destino de un compuesto en el medio es muy complejo y su interacción con los organismo dependerá de un gran número de parámetros, que afectarán según en la fase en la que se encuentre dicha interacción (entre la sustancia y el organismo). Fases de interés:

1. EXPOSICION: Relación de los organismos con el medio ambiente del que forman parte. Consiste en la condicion por la que un compuesto se pone en contacto con un organismo y penetra en él.
La interfase entre el medio y el organismo presenta varios aspectos cualitativos y cuantitativos que son los que determinan el nivel de exposición.
1.- Fase de producción o de origen FUENTES o emisores
2.- Fase de cinética en el medio. TRANSPORTE Y TRANSFORMACIONES
3.- Fase de exposicion cuantificar el NIVEL DE EXPOSICION

Es propiamente dominio para el estudio de otras áreas, como la epidemiología e higiene industrial.

2. ABSORCIÓN o VIAS DE ENTRADA : piel, tracto gastrointestinal y pulmones.
Depende de la estructura bioquímica de las membranas biológicas (membranas, epicutícula en insect., cutícula y estromas en plant.) y de la naturaleza físico-química de xenobióticos; la relación entre las propiedades estructurales de los xenobióticos y el proceso de su absorción es un tema del programa. La mayoría de los xenobióticos entran en los organismos a causa de su lipofibilidad.

3. DISTRIBUCION: Transporte a través del organismo de los XBs (proteínas plasmáticas, lipoproteínas) y su distribución entre los tejidos según las propiedades del compuesto y la actividad metabólica de los órganos implicados.
Los estudios toxicocinéticos de distribución por tejidos se ajustan a modelos matemáticos para establecer el comportamiento de los tóxicos, o de los fármacos, etc., dentro de un organismo.

4. METABOLISMO: comprende el estudio de las actividades enzimáticas que modifican la estructura química del xenobiótico y puede tener lugar en el tejido de entrada o en otros órganos.
La modificación enzimática puede conllevar un aumento de la toxicidad y a veces una disminución de la misma. Se pueden producir toda una serie de reacciones enzimáticas que se catalogan en dos fases. (I y II). Destaca el hígado como órgano muy activo metabólicamente, seguido del tracto gastrointestinal, pulmones, riñón, etc. Como orgánulos subcelulares se pueden destacar: el núcleo por la información que contiene, la mitocondria porque soporta la producción energética y el retículo endoplásmico por su actividad oxidativa.

4bis. MODO DE ACCION: tanto los compuestos tóxicos intrínsecamente, como sus derivados metabólicos activos pueden interaccionar con compuestos o estructuras celulares con actividad biológica y pertubarla, desencadenando así el efecto tóxico.
El estudio de los mecanismos del modo de acción de los xenobióticos corresponde a un área de mucho interés en la Bioquímica Toxicológica o Ambiental.
Los tóxicos agudos suelen afectar al sistema nervioso central (sinapsis) o periférico (uniones neuromusculares). La toxicidad crónica se manifiesta a muchos niveles, es muy importante la actividad carcinogenética de muchos de los xenobióticos.

5. EXCRECION: fase en la que los productos metabólicos, los propios xenobióticos o sus metabolitos de transformación, salen del organismo generalmente como derivados conjugados. Primordialmente los riñones, la vesícula biliar y los pulmones son los encargados de este proceso, aunque hay otras vías de eliminación minoritarias (glándulas sudoríparas y sebáceas, cabello) y otras ligadas a la actividad sexual o reproductiva (leche, huevos, feto, etc.).

Enlaces de interés
contaminacion
www.laneta.apc.org/ emis/sustanci/retc/Image28.gif
ares.unimet.edu.ve/.../ Fuentes_contaminantes.jpg
www.iieh.com/.../ doc200210070300marea_negra.jpg
www-ni.laprensa.com.ni/ archivo/2003/enero/21/...

contaminacion atmosferica
www.epa.gov/oar/oaqps/
www.sagan-gea.org/ hojared/poisn.jpg
www.grida.no/geo/geo3/ spanish/images/fig212s.gif

contaminacion agua
www.science.oas.org/.../ gif/cap4_amb_Pic3.gif

en el medio laboral
www.siafa.com.ar/notisiafa/ 12/valoracion_quim...

hongos contaminantes:
www.telmeds.org/.../ Penicillium_1.jpg

PAGINA DE MUCHO INTERES GUIA ACADEMICA
http://www.mty.itesm.mx/dia/deptos/iq/iq95-248/cuestionario1.html

imagenes
ares.unimet.edu.ve/.../ Fuentes_contaminantes.jpg

ciclos bio-geo-quimicos
fai.unne.edu.ar/biologia/ images/wcycle.gif