Bioquímica

PRIMERA EDICIÓN

2014

REVISTA CIENTÍFICA

VOLUMEN 1 N°1 FCIAL

CRÉDITOS EDITORA Diana Lizbeth Muñoz Jumbo

CONTENIDOS Nutrición y genes Probióticos: microbiológicos tecnológicos

DIANA MUÑOZ Diseño y Diagramación

aspectos y

Nuevas aplicaciones de la genética en la alimentación alimentos transgénicos

BIOQUÍMICA La Bioquímica estudia y desarrolla las tecnologías tendientes a resolver problemas de estructura y funcionamiento de la materia viva, desde una perspectiva química biológica. Este aspecto cubre la formación en el campo de la fisiología animal y vegetal que le permite interpretar, a través de las ciencias exactas el funcionamiento de los procesos que regulan la vida normal y

EDITORIAL

patológica, macro y microscópica. Así mismo el enfoque químico biológico adquirido da el conocimiento y la herramienta indispensable para desarrollar los procesos biotecnológicos actuales, en el área biomédica y de alimentos. (vacunas, hormonas,

mejoramiento

de

especies

tanto

vegetales como animales, etc.)

En el área de ALIMENTOS por su base científica, la bioquímica le permite formular nuevos productos, controlar y mejorar el valor nutritivo y la calidad de los alimentos. La preparación le capacita para efectuar el control toxicológico de alimentos, fármacos y Toxicología forense.

S. R. Alonso de la Torre1, A. Miján de la Torre2

ÁREA DE NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA. FACULTAD DE CIENCIAS. UNIVERSIDAD DE BURGOS. 2ÁREA DE NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA. FACULTAD DE MEDICINA. UNIVERSIDAD DE VALLADOLID. SERVICIO DE MEDICINA INTERNA. NUTRICIÓN CLÍNICA. COMPLEJO ASISTENCIAL DE BURGOS 1

RESUMEN El conocimiento del genoma humano ha supuesto una auténtica revolución en la Ciencia de la Nutrición. Esta, en dos siglos, ha pasado de centrarse en la visión energética de la nutrición a la genómica nutricional. Primero de forma empírica y luego con una sólida base científica, se estableció el papel de la dieta en la enfermedad. Sin embargo resulta evidente que no todos los individuos tienen la misma respuesta y la diferencia tiene en parte una base genética. La interacción nutrición-genes tiene un carácter bidireccional por lo que, a partir del concepto de genómica nutricional, han surgido los sub-conceptos de nutrigenómica y nutrigenética. La primera se centraría más en el papel de los nutrientes en la expresión de genes, mientras que la segunda estudiaría las bases genéticas de las necesidades de nutrientes. Se han descubierto diferentes polimorfismos que se relacionan con el riesgo de enfermedad; sin embargo, otros factores, entre ellos la dieta, influyen en la manifestación o no de la misma. A pesar de los grandes avances realizados en los últimos años quedan por aclarar distintos aspectos sociales, éticos y legales.

Palabras clave: Nutrigenética. Nutrigenómica. Polimorfismos.

ABSTRACT Human genome knowledge has triggered a huge revolution in Nutrition Sciences.

Such a science has developed from an energetic approach to the nutritional genomic. Firstly empirically and later on in a deeply scientific way, the role of the diet on disease prevention has been finally established. However, everyone has not the same response and such a difference has partly a genetic cause. The bidirectional property of nutrition-gene interaction has triggered two subconcepts: nutrigenomics and nutrigenetics. The former one is mainly focus on the role of nutrients in gene expression, while the second one studies the genetic bases of nutrient requirements. Several polymorphisms associated with disease risk have been discovered; however, other factors, as the diet, take a role in the manifestation of such a disease. In spite of the big developments already done during the last years, social, legal and ethical aspects remain to be ascertained.

Key words: Nutrigenetics. Nutrigenomics. Polymorphisms.

INTRODUCCIÓN:

DEL PUNTO DE VISTA ENERGÉTICO DE LA NUTRICIÓN A LA INTERACCIÓN NUTRICIÓN-GENES El conocimiento del genoma humano ha supuesto importantes cambios en la nutrición. La nutrición, ciencia que se encarga de la relación alimentossalud, es relativamente joven. El retraso en el desarrollo científico se debe fundamentalmente a que la nutrición es sobre todo un conjunto de procesos químicos y, por tanto, su desarrollo tuvo que ser posterior al de la química. Desde hace décadas se conoce la existencia de una respuesta a la dieta según el individuo; sin embargo los factores implicados en estos hechos no son, aún hoy, bien conocidos.

El papel de los nutrientes que se conoció en primer lugar fue el de servir de combustible para el metabolismo energético y para el crecimiento. Según van avanzando los conocimientos bioquímicos y fisiológicos, se conoce el papel de ciertos nutrientes, como por ejemplo las vitaminas, como cofactores para la acción de enzimas importantes para el metabolismo y el mantenimiento de los tejidos. En los últimos años se ha producido un nuevo avance en el conocimiento del papel de ciertos nutrientes y es su efecto sobre la expresión de genes (2). El concepto de interacciones genes- dieta describe la modulación del efecto de un componente de la dieta sobre un fenotipo concreto (por ejemplo, la concentración de lípidos plasmáticos, glucemia y obesidad) por una variante genética. El potencial de las interacciones genesdieta es innegable y alrededor de él giran en la actualidad muchas de las investigaciones en el campo de la nutrición.

La secuenciación del genoma humano y todos los factores asociados han permitido su integración a la nutrición clásica, dando lugar al nacimiento de la genómica nutricional. Esta hace referencia al estudio conjunto de la nutrición y el genoma, incluyendo todas las demás ciencias “ómicas” derivadas de la genómica.

En el caso de la genómica nutricional tienen interés aquellos genes que interaccionan con los nutrientes u otros componentes de la dieta. Estos cambios genéticos pueden llevar a alteraciones en la absorción, metabolismo y respuesta funcional a los nutrientes y a otros componentes bioactivos de la dieta (7). Esto va a suponer, a la larga, unas recomendaciones nutricionales más personalizadas, lo que se denomina “nutrición a la carta”.

Hasta ahora, las ingestas recomendadas se establecen para grupos de población sana, según sus características de edad, sexo o estado fisiológico. Sin embargo, el desarrollo de la genómica y su aplicación a la nutrición permitirá realizar recomendaciones personalizadas según las características genéticas de cada individuo y supondrá importantes cambios en las guías alimentarias.

No se debe olvidar que las tecnologías genómicas son caras y por ello debemos considerar que, aunque las expectativas son altas, el avance en los conocimientos se produce lentamente. Es muy importante la colaboración entre grupos de investigación y la participación de la industria alimentaria. Ésta, reconoce la importancia de la genómica nutricional, como una base para el desarrollo del concepto de “dietas

personalizadas”, para identificar biomarcadores moleculares o nuevos ingredientes alimentarios bioactivos, así como para la validación de la efectividad de estos ingredientes bioactivos como nuevos componentes funcionales de los alimentos. (12-14). Un hecho bien conocido en investigación en nutrición y en la práctica, es la enorme variabilidad en la respuesta interindividual a un tipo de intervención dietética. Son muchos los factores que modifican la respuesta, e incluyen entre otros la edad, el sexo, la actividad física, el alcohol y el tabaco, además de los genes, lo que permitiría identificar a poblaciones/individuos susceptibles que podrían beneficiarse de unas recomendaciones nutricionales personalizadas. Habrá individuos que se podrán beneficiar de una dieta baja en grasa, otros con un enriquecimiento en ácidos grasos monoinsaturados o poliinsaturados.

Como se ha indicado anteriormente, el desarrollo de la genómica ha permitido el desarrollo de tecnologías complementarias de gran aplicación en nutrición. Además de la genómica, ciencias como la proteómica, metabolómica, y bioinformática, proporcionan información sobre la interacción genes-nutrición a nivel de la célula, del individuo y a nivel de la población.

Todas estas técnicas pueden y deben ser combinadas para conocer tanto la influencia de nutrientes específicos como de patrones alimentarios en el metabolismo de las células, los órganos y el organismo completo (15). Estos objetivos pueden ser abordados usando la bioinformática, que desarrolla herramientas para manejar la gran cantidad y complejidad de datos que

proporciona la genómica, proteómica, metabolómica, transcriptómica, y constituir lo que conocemos como genómica funcional, referida a un sistema biológico. Conducida por todas estas tecnologías, la nutrición se ha embarcado en la genómica nutricional promoviendo un mayor conocimiento de: a) cómo la nutrición modifica las vías metabólicas y el control homeostático; b) cómo esta relación se altera en la primera fase de una enfermedad relacionada con la dieta; c) en qué medida los genotipos individuales intervienen en esta enfermedad; y d) qué intervenciones nutricionales basadas en los requerimientos nutricionales, el estado nutricional y el genotipo pueden usarse para prevenir, mitigar o tratar enfermedades crónicas (19,20).

Aunque es un campo prometedor todavía, quedan muchos estudios por realizar y son muchos los conceptos que hay que aclarar. La interacción genes-nutrición se da de una forma bidireccional, por ello a partir del concepto de genómica nutricional han surgido dos sub-conceptos: nutrigenética y nutrigenómica

La nutrigenética se centraría en las diferentes respuestas fenotípicas a la dieta según el genotipo, mientras que la nutrigenómica estudiaría los mecanismos moleculares que e xplican la distinta respuesta fenotípica a la dieta en función del genotipo, interrelacionando estos cambios con aspectos proteómicos y metabolómicos (4,22).

La nutrigenética estudiaría más cómo los genes modifican las necesidades de nutrientes, así como el efecto de las variaciones genéticas en la influencia de los nutrientes sobre la salud y la enfermedad. La nutrigenómica se centraría más en cómo los nutrientes modifican la expresión de genes (genoma), proteínas (proteoma) y metabolitos (metaboloma) (23). Aunque ambos términos tengan distinto origen etimológico, se trata de conceptos muy relacionados que muchas veces se utilizan indistintamente (21).

MATERIALES Y MÉTODOS PAPEL DE LOS NUTRIENTES SOBRE LA EXPRESIÓN DE GENES, NUTRIGENÓMICA Componentes nutricionales y no nutricionales de los alimentos, así como el estilo de vida, pueden afectar a pasos esenciales del flujo de información genética, desde la expresión de genes a la síntesis de proteínas y a la degradación de las mismas, alterando funciones metabólicas en la mayoría de las vías (24). En la dieta pueden contribuir a la expresión genética nutrientes (por ejemplo glucosa, hierro, ácidos grasos) y no nutrientes (por ejemplo fitoquímicos), metabolitos de los componentes alimentarios (por ejemplo eicosanoides) o metabolitos derivados del procesado tecnológico

(25,26). La interacción entre dieta y genes en la mayoría de los casos es compleja e intervienen varios componentes (27). Para establecer adecuadas pautas nutricionales es importante recordar que los nutrientes que se ingieren son uno de los factores ambientales fundamentales a los que se está expuesto. En cuanto al papel de los nutrientes en la expresión de genes, cabe destacar su capacidad para modificar el comportamiento de los diferentes tejidos y bajo distintas condiciones ambientales.

La influencia de los nutrientes sobre los genes resulta por tanto en una modificación de la proteína resultante y de su función. Así, diferentes nutrientes como la glucosa, los ácidos grasos o los aminoácidos, influencian la expresión de genes de proteínas que intervienen en su acción fisiológica.

El efecto de la dieta puede producirse a nivel de la transcripción, el procesamiento del ARN nuclear, la estabilidad del ARNm, la traducción o incluso como una modificación postraduccional. Parece que tal regulación se incluye en dos grandes categorías: el control de la abundancia de los factores de transcripción y la regulación de la afinidad de unión a factores de proteínas para elementos de ADN o ARN, determinada por la unión a ligandos, la fosforilación y la oxirreducción celular (27,28). Hay nutrientes que modifican la abundancia de un factor de transcripción. Por ejemplo, el colesterol regula la proteína 2 de unión a elementos reguladores del colesterol (SREBP-2).

Algunos componentes de la dieta se unen, o de alguna forma activan directamente, factores de

transcripción específicos, los cuales regulan la activación de grupos específicos de genes. Los ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) pueden actuar directamente, o a través de sus metabolitos, sobre una familia de factores de transcripción conocidos como PPARS, receptores activados por el proliferador de peroxisomas. Los miembros de la familia PPAR han recibido mucha atención en los últimos años, ya que desempeñan un importante papel como reguladores de genes que participan en la diferenciación celular, el metabolismo lipídico y energético, la respuesta inflamatoria, la formación de la placa aterosclerótica y el cáncer. Otros nutrientes alteran el estado de oxidación- reducción de la célula modificando de forma indirecta la actividad de un factor de transcripción.

Se ha visto que algunos componentes, como los ácidos grasos omega 3 y las isoflavonas, alteran genes que codifican para citoquinas, factores de crecimiento, enzimas que metabolizan colesterol y lipoproteínas. Describieron que el distinto contenido en macronutrientes de un desayuno modificaba la expresión de 141genes.

Un desayuno más rico en hidratos de carbono aumenta la expresión de genes relacionados con el metabolismo de la glucosa, mientras que cuanto es más rico en proteínas aumenta la expresión de genes relacionados con la síntesis proteica (34).

Evidencias de la interacción nutrientes-genes se han obtenido al modificar la dieta de los animales durante la época prenatal o las primeras etapas de la vida. Así, la modificación de la alimentación de

las crías durante la lactancia induce obesidad e hiperinsulinemia en la edad adulta (35). Además de estudios en animales, estudios epidemiológicos en humanos han indicado que la nutrición prenatal y postnatal influencia la susceptibilidad del adulto a enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo 2, obesidad y cáncer (23). Aunque menos conocida, también existen evidencias de que se pueda influir en estas etapas de la vida sobre las preferencias alimentarias y la microbiota, y por tanto sobre el estado de salud en etapas posteriores (36). Es importante conocer los mecanismos biológicos específicos para de esta forma poder realizar intervenciones nutricionales en etapas tempranas y ayudar a la prevención de la enfermedad en el adulto. Esta interacción nutrientesgenes parece ser un efecto epigenético, donde se producen cambios que se heredan en la expresión de genes y que no están mediados por cambios en la estructura del ADN. Los nutrientes alteran la metilación y estructura de sustancias que influencian cómo ciertos genes son regulados. Esta metilación puede ser inducida por una modificación durante un corto periodo de tiempo, en una fase crítica del desarrollo como podría ser la lactancia (36-39).

PAPEL DE LOS GENES EN LAS NECESIDADES DE NUTRIENTES Y EN SU EFECTO SOBRE EL DESARROLLO DE UNA ENFERMEDAD. NUTRIGENÉTICA El concepto de interacción genesnutrición no es reciente. Fácil de entender es la relación de la genética y la nutrición en el caso de la

identificación de nutrientes esenciales, dado que el organismo ha perdido la capacidad para sintetizarlos, este es el caso de la vitamina C. Es también evidente que hay nutrientes que pueden ser condicionalmente esenciales cuando la capacidad del sistema enzimático expresado genéticamente es insuficiente para proporcionar al organismo la cantidad requerida del nutriente para mantener la vida y promover el crecimiento (8).

Las interacciones genes-dieta con mayor interés son aquellas en las que mediante una modificación en la cantidad o en la composición de los alimentos ingeridos, podemos modular el riesgo asociado a un determinado perfil genético. Los especialistas en nutrición han realizado importantes aportaciones en el tratamiento y aumento de la calidad de vida de personas afectadas por errores congénitos del metabolismo que requerían un tratamiento nutricional.

Las investigaciones que se han realizado en el campo de la genómica nutricional han permitido establecer que la enfermedad resulta de una interacción de los genes con factores ambientales. Sin embargo, no debemos olvidar que la ingesta de alimentos es el factor ambiental al que obligatoriamente estamos expuestos desde la concepción hasta la muerte y ha sido uno de los factores que más han impulsado la evolución humana. Por lo tanto, la alimentación es uno de los factores ambientales que modulan la expresión genética durante nuestra vida, aunque no el único.

RESULTADOS: VARIACIONES EN EL GENOMA CON INTERES EN NUTRICION

Existen distintos tipos de variaciones en el genoma humano aunque no siempre su función es bien conocida.

Si bien en la actualidad la mayoría de las investigaciones sobre la interacción genes-nutrición en el desarrollo de la enfermedad se está centrando en el polimorfismo de un sólo nucleótido, que se conocen con las siglas en inglés SNP, también han despertado interés otras como las denominadas variaciones en el número de copias.

Como ejemplo de la CNV se puede citar el efecto en el número de copias del gen de la amilasa de la saliva sobre la cantidad de esta enzima en la saliva. Además, se ha observado que al aumentar la cantidad de almidón de la dieta aumenta el número de copias del gen. En relación con los SNP la mayoría de las investigaciones se han centrado en la enfermedad cardiovascular, la diabetes, el cáncer y la obesidad. Así como los errores congénitos del metabolismo son poco frecuentes, el polimorfismo de un solo nucleótido es relativamente frecuente. El polimorfismo en el individuo determina la magnitud de la respuesta en el organismo a diferentes nutrientes, por ello

interesa conocer como un polimorfismo o varios interaccionan entre ellos modificando la respuesta a un nutriente. La magnitud de la respuesta puede modificar la probabilidad con la que un individuo desarrolle una determinada enfermedad.

Esta variación genética entre individuos explica el 50% de la variación normal en los niveles de colesterol total de la población occidental o el 75% de la variación entre individuos en la densidad ósea.

Sin embargo, no debemos olvidar la importante interacción genes-dieta que puede también explicar las diferencias entre la población. Las proteínas tienen un amplio rango de aminoácidos y están codificadas por genes con un número muy diferente de nucleótidos, por esto, algunos genes no tienen SNP, mientras que otros tienen varios. Algunos SNP resultan en alteraciones de las proteínas, el producto final de la expresión de genes, quedando alterada su función. Conocer las posibles vías por las cuáles combinaciones de numerosos SNP pueden influenciar la respuesta metabólica a específicos nutrientes es muy difícil de abordar, pero al tener más conocimientos científicos esta información se hace más fácil de obtener y más práctica (53). Se pueden emplear diferentes métodos para estudiar la interacción dietagenes; en unos casos se utilizan análisis genómicos globales y en otros la aproximación del gen candidato (54). La aproximación del gen candidato involucra la selección y el estudio de genes relevantes biológicamente. Polimorfismo en estos genes puede alterar la susceptibilidad a la enfermedad (55).

Los SNP se dan con distinta frecuencia en poblaciones de distintas zonas geográficas, de hecho la mezcla de poblaciones que aparece como consecuencia de la inmigración origina nuevos SNP (56). Los SNP pueden producirse tanto en la región codificante como no codificante del ADN. Incluso, aunque el cambio se produzca en la región que se transcribe a ARNm, la mutación no tiene por qué manifestarse en un cambio de la secuencia de aminoácidos de la proteína pero en otros sí. El polimorfismo genético también puede producirse en una región no codificante del ADN que interviene en la expresión de genes.

Si esa mutación detiene la expresión de genes, el cambio es severo y puede resultar en una enfermedad genética. Sin embargo, una mutación que modula el cambio en la expresión de un gen puede ser más difícil de detectar pues la función se mantiene normal.

INTERACCIÓN DIETAPOLIMORFISMO APOE EN EL RIESGO DE ENFERMEDAD CARDIOVASCULAR Como ejemplo de interacción SNP y dieta, vamos a analizar con más detalle alguno de los polimorfismos del gen APOE y su interacción con factores dietéticos y el riesgo de la enfermedad cardiovascular.

Durante años diferentes estudios, tanto epidemiológicos como de intervención, han permitido identificar los distintos factores de riesgo cardiovascular.

La enfermedad cardiovascular, principal causa de mortalidad en la mayoría de los países industrializados, es una enfermedad multifactorial. Se ve afectada tanto por factores no modificables, tales

como la edad, el sexo o la historia familiar/genotipo, como por factores modificables, incluyendo la dislipemia, obesidad, hipertensión, resistencia a la insulina, todos ellos componentes del síndrome metabólico, así como otros factores de riesgo más nuevos relacionados con la inflamación (por ejemplo la proteína C reactiva). Uno de los campos en los que se está investigando en la actualidad es cómo variaciones genéticas interaccionan con los factores ambientales, especialmente la dieta, para modificar el riesgo de enfermedad cardiovascular. Con la adecuada información sobre la interacción entre un específico polimorfismo genético y dieta y riesgo cardiovascular, puede ser posible llegar a proporcionar guías alimentarias de acuerdo con el genotipo. Se han identificado distintas interacciones gen-dieta que afectan a los principales genes del metabolismo lipídico. Las estrategias de intervención se han centrado especialmente en reducir los niveles de colesterol total, aumentar los niveles de HDL-colesterol y en reducir los niveles de triglicéridos. Sin embargo, se ha observado una enorme variabilidad entre individuos en la respuesta a fármacos o a componentes de la dieta, teniendo la respuesta un importante componente genético.

Esta variabilidad genética puede tener una gran importancia tanto para el éxito de políticas de salud pública como para intervenciones terapéuticas individuales. La mayoría de los datos de los que se dispone se refieren a población adulta, con muchos menos datos para población infantil o adolescente. Sin embargo son estas primeras etapas de la vida

las mejores para llevar a cabo una prevención primaria de las enfermedades cardiovasculares (44).

La proteína ApoE tiene un papel muy importante en el metabolismo de lipoproteínas, está involucrada en el metabolismo de los QL, en la síntesis de VLDL y en la síntesis y retirada de lipoproteínas remanentes. El gen APOE se ha relacionado con los niveles de colesterol total y colesterol LDL y Apo B. Este gen es altamente polimórfico, se han caracterizado más de 84 variantes. El polimorfismo mejor conocido es el del locus de la APOE que presenta tres alelos comunes en la población general: E2, E3 y E4.

Consumiendo una misma dieta, los individuos con la variante E4 presentarán los mayores niveles de LDL-colesterol, mientras que los de la variante E2 presentarán los niveles menores. La relación entre la concentración de LDL-colesterol y la variación genética APOE no es independiente de factores étnicos y ambientales; tampoco se conoce cómo los efectos se modifican desde el nacimiento a la vida adulta. La asociación entre la isoforma APOE4 y los niveles de colesterol plasmático es mayor en poblaciones que consumen dietas ricas en grasa saturada y colesterol. Estos datos indican que las mayores concentraciones de LDL-colesterol que se observan en individuos portadores de la isoforma APOE4 se manifiesta primariamente en presencia de dietas aterogénicas, características de ciertas sociedades, y que la respuesta a grasa saturada y colesterol puede diferir entre individuos con distinto fenotipo APOE. Debe considerarse que el polimorfismo presente no es el único

factor que determina el fenotipo expresado y el riesgo cardiovascular y que también otros factores como la edad, el sexo, obesidad, dieta o ejercicio físico interaccionan con los distintos alelos modificándose, de esta forma, el fenotipo expresado y el riesgo de enfermedad. El genotipo APOE puede determinar la variabilidad de la respuesta a carbohidratos, aunque la respuesta a ácidos grasos mono-insaturados depende más de la circunferencia de la cintura (66). APOE2 y APOE4 se han asociado con mayores niveles de triglicéridos (67). El gen APOE también parece estar implicado en la lipemia postprandial. La isoforma APOE2 disminuye el aclaramiento, mientras que la E4 puede inducir un aclaramiento más rápido. Sin embargo, hay discrepancias entre diferentes estudios sobre todo en lo relativo a los efectos del alelo APOE4 (44). En portadores E4 se observa un 40% de aumento de riesgo cardiovascular respecto al genotipo mayoritario E3, sin diferencias aparentes entre las variantes E2 y E3.

Una de las causas puede ser la mayor concentración de colesterol observado en individuos con el alelo APOE4, aunque también puede influir la disminución de la defensa antioxidante (44,53). El hecho de no existir diferencias entre las variantes E2 y E3 puede ser que, a pesar de tener los primeros menores los niveles de colesterol LDL, tienen mayores los niveles de triglicéridos.

La frecuencia del alelo APOE4 es mayor en poblaciones de EE.UU. y el norte de Europa, y menor en Japón y en el sur de Europa, siguiendo el mismo patrón que la prevalencia de cardiopatía isquémica en el mundo.

El polimorfismo del gen APOE además de con la enfermedad

cardiovascular puede estar relacionado con otras patologías como el alzheimer y el riesgo de cáncer colon-rectal (44,61). Se están estudiando además otras variantes genéticas de la APOE como la varibilidad en la región promotora, que pueden estar asociadas con concentraciones lipídicas plasmáticas, respuesta a la dieta y riesgo de enfermedad cardiovascular.

Resultados recientes en niños y adolescentes parecen indicar que el gen APOE influye sobre los niveles de colesterol también en esta etapa de la vida. Por tanto, la predisposición genética puede ser detectada pronto y la información ser usada para ayudar a la prevención de la enfermedad con educación alimentaria y del comportamiento y modificación de la misma. Sin embargo, se deben tener en cuenta consideraciones tanto de tipo ético como fisiológico. Desde el punto de vista ético un polimorfismo puede ser un factor de riesgo de distintas enfermedades. Los individuos que sean testados para una condición pueden no querer serlo para otra si esta no tiene tratamiento. Así al contrario de las implicaciones negativas de APOE4 en las etapas posteriores de la vida, parece ser que el alelo APOE2 puede ser un marcador de riesgo para la madre y el feto (44).

CONCLUSIÓN: ASPECTOS ÉTICOS Y LEGALES EN LA GENÓMICA NUTRICIONAL Si bien en los últimos años se están llevando a cabo amplias y rigurosas investigaciones en el tema de nutrición y genes, hay numerosas consideraciones que se deben realizar para que la nutrición

personalizada sea viable. En un estudio realizado con 1.000 americanos en 2003, un 63% de los que responden reconocen no haber oído hablar nunca d genómica nutricional. Sin embargo, sí han oído hablar de los productos de la investigación en nutrición y genes y también muestran un especial interés por las vitaminas y los alimentos fortificados. Se requiere más investigación para saber si los individuos quieren tales test genéticos y cómo se pueden utilizar los resultados para llevar una dieta adecuada. Además, se debe considerar si los test genéticos y los productos alimentarios personalizados pueden ser aceptados por el coste-beneficio y por el peso social. Los resultados de los test pueden ser conocidos por una tercera persona como las compañías de seguros, que los pueden usar perjudicando al individuo. Por otra parte, puede que un individuo quiera conocer su perfil genético para una enfermedad que se puede prevenir o tratar pero no para otra incurable.

Se debe considerar que, si bien la nutrición personalizada es una de las aplicaciones de la investigación en genómica nutricional, hasta que la evidencia entre la interacción nutrición y genes sea más robusta, puede ser cuestionable la provisión de una dieta en virtud del genotipo y hay que tomar medidas para evitar el fraude. Por internet u otros medios se puede acceder a productos o dietas basados en el perfil genético pero que carecen de base científica.

Desde la perspectiva ética y social, la genómica nutricional ofrece importantes oportunidades para aumentar el conocimiento de los mecanismos mediante los cuales la dieta se puede utilizar para reducir el riesgo de enfermedades poligenéticas, pero es necesario un riguroso control de la credibilidad y fiabilidad de las pruebas y la protección de la intimidad del consumidor (68-70) BIBLIOGRAFÍAALES EN LA GENÓMICA NUTRICION 1. Varela Mosquera G, Varela Moreiras G. Introducción a la historia de la Nutrición. En: Gil Hernández A, editor. Tratado de Nutrición. Madrid: Acción Médica; 2005. p. 1-18.

2. Froidmont-Görtz IBM. Emerging technologies and perspectives for nutrition research in European Union 7th Framework Programme. Eur J Nutr 2009; 48(Supl. 1): S49-S51.

3. Ordovas JM, Corella D. Genes, diet and plasma lipids: the evidence from observational studies. World Rev Nutr Diet 2004; 93: 41-76.

4. Corella D, Sorlí, JV. Nutrición y genes. JANO 2006; 10- 16: 43-6.

5. Stover PJ. Influence of human genetic variation on nutritional requeriments. Am J Clin Nutr 2006; 83: 436S-42S. 6. Stover PJ, Caudill MA. Genetic and epigenetic contributions to human nutrition and health: managing genomediet interactions. on dietetics. J Am Diet Assoc 2008; 108: 1888-95.

D. Ramón Vidal DEPARTAMENTO DE MEDICINA PREVENTIVA Y SALUD PÚBLICA, CIENCIA DE LOS ALIMENTOS, TOXICOLOGÍA Y MEDICINA LEGAL. FACULTAD DE FARMACIA. UNIVERSITAT DE VALENCIA BURJASSOT, VALENCIA. DEPARTAMENTO DE BIOTECNOLOGÍA. INSTITUTO DE AGROQUÍMICA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTO-CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS. DEPARTAMENTO DE I+D, BIÓPOLIS S.L. VALENCIA

RESUMEN Durante los últimos años las ventas de probióticos han aumentado notoriamente en muchos países. Su producción industrial exige la búsqueda del microorganismo y su validación científica, la optimización de su producción industrial, la formulación del alimento adicionado del probiótico y su validación clínica. El futuro de la investigación con probióticos vendrá marcado por el empleo de las nuevas tecnologías “ómicas”.

Palabras clave: Probiótico. Validación. Producción.

ABSTRACT During the last few years, sales of probiotics have been increased in many countries. The industrial production of these microorganisms includes the search for the probiotic and its scientific validation, the optimization of its industrial production, the formulation of the probiotic food or beverage and finally its clinical validation. Future trends in probiotic research will be based on the use of the new “omic” technologies.

Key words: Probiotic. Validation. Production.

INTRODUCCIÓN: ¿QUÉ ES UN PROBIÓTICO? Durante siglos las bacterias ácido lácticas se han usado empíricamente como forma de preservar y mejorar la calidad de los alimentos fermentados. Desde hace unos pocos años se acumulan muchas evidencias científicas que indican que el consumo sistemático de algunas de ellas afecta a la composición de la microflora del tracto gastrointestinal

del individuo que las ingiere. Como consecuencia se produce un efecto beneficioso en su salud. Durante más tiempo del deseable muchas de estas afirmaciones se basaban en evidencias in vitro o estudios preclínicos con animales de experimentación, pero en los últimos años se han acumulado evidencias científicas en experimentación clínica con voluntarios humanos (Tabla I) que nos permiten afirmar que algunas de estas bacterias tienen un

efecto positivo sobre algunas patologías clínicas en humanos (1).

En muchos países desarrollados se ha disparado el consumo de alimentos adicionados con estos microorganismos como una forma de prevenir la aparición de determinadas enfermedades o mejorar el estado general de salud del consumidor. A este tipo de microorganismos los denominamos probióticos.

Existen muchas definiciones de probiótico. En general, considerando lo propuesto en su día por ILSI, FAO y OMS podemos entender por probiótico “un suplemento alimentario compuesto por microorganismos viables que tienen una influencia beneficiosa sobre la salud del consumidor”. En esta definición se hace preciso considerar que dicha influencia es específica de cepa, debe producirse con la ingesta en cantidad usual del alimento y debe ser demostrada por medio de una experimentación científica rigurosa.

Aunque ateniéndose a este concepto de probiótico hay muchos microorganismos que pueden serlo, los que se comercializan son fundamentalmente bacterias ácido lácticas (Tabla II).

Los probióticos comerciales están compuestos por células viables de bacterias ácido lácticas pertenecientes a los géneros Bifidobacterium y Lactobacillus. Las bacterias utilizadas con mayor frecuencia como probióticos son distintas cepas de las especies Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium longum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus johnsonii y Lactobacillus rhamnosus. Aunque existe mucha confusión sobre la taxonomía de algunas de estas cepas, como sucede en otros procesos industriales, dicha confusión obedece en más ocasiones a intereses comerciales que a cuestiones científicas.

Hay muchos productos alimentarios que contienen probióticos y están autorizados para la comercialización.

Para tener una idea del potencial de mercado de estos productos, baste recordar que en el año 1998 se manejaban datos de ventas elevados en Alemania (60 millones de dólares),

Holanda (30 millones de dólares), Francia (28 millones de dólares), España (24 millones de dólares) y Reino Unido (14 millones de dólares) y que sólo en el último de estos países, en el año 2002 esta cifra había aumentado hasta 676 millones de dólares (2,3).

En alimentación convencional los derivados lácteos como el yogur, el queso, los helados o la mantequilla son el vehículo más utilizado para comercializar probióticos aunque existen otros como las leches de soja, mayonesa, zumos e incluso carnes, cacahuetes o sopas.

Aun así se hace necesario recordar que buena parte de la producción mundial de probióticos se vende en forma de suplementos nutricionales, particularmente en Estados Unidos.

MATERIALES Y MÉTODOS: ¿CÓMO PRODUCIR UN ALIMENTO CON UN PROBIOTICO? Aunque a todos nos parece familiar el consumo de este tipo de productos, con frecuencia desconocemos todos los pasos de investigación y desarrollo que hay que llevar a cabo para poder formular el alimento adicionado del probiótico. Estos pasos incluyen la búsqueda del microorganismo y su validación científica, la optimización de su producción industrial, la formulación del alimento adicionado del probiótico y su validación clínica.

Dado el elevado coste de los ensayos clínicos en humanos, ninguna empresa del sector asume este tipo de investigación hasta estar seguros de ser capaces de disponer de un microorganismo que tenga unas determinadas propiedades funcionales in vitro se pueda producir de forma estable y sea viable en la

matriz alimentaria a la que se va a añadir. En cuanto a la búsqueda del probiótico, se recomiendan partir de muestras biológicas humanas (fundamentalmente heces) provenientes de individuos sanos. De esta forma se seleccionan cepas que posteriormente sean capaces de resistir las condiciones extremas del tracto digestivo y puedan por lo tanto ejercer una acción positiva sobre la salud del consumidor. Las cepas seleccionadas se someten a una caracterización taxonómica exhaustiva, combinando propiedades fenotípicas con características genéticas.

Es importante definir una huella genética de la cepa que permita posteriormente identificarla a objeto de protección jurídica. Además se evalúa la resistencia al pH ácido y a las sales biliares y también se estudia su capacidad de adherencia a mucus intestinal, se analiza su perfil de resistencia a antibióticos y la posible producción de determinados metabolitos indeseados.

A todo ello se suman estudios bioquímicos y fisiológicos in vitro e in vivo con animales de experimentación que permitan definir las bases moleculares de la actuación del probiótico en la

patología o función fisiológica objeto de estudio. Este hecho es uno de los requisitos de la nueva reglamentación sobre alegaciones funcionales. Optimizar la producción industrial de un probiótico no es tarea fácil. Cada cepa tiene un comportamiento diferencial, lo que obliga a definir los parámetros de crecimiento (medio de cultivo, temperatura, agitación, oxigenación, fase de crecimiento) y conservación (fase de cultivo para la recogida, tipo de secado, crioprotector, temperatura de almacenamiento) para cada nuevo probiótico. En el caso de las bifidobacterias y Lb. acidophilus, dada su baja actividad proteolítica se suelen añadir al medio aminoácidos, extracto de levadura o hidrolizados de caseína (5,6).

A pesar de su precio, se suelen utilizar medios complejos como los denominados BFM, MRS o TPY. En el caso de las bifidobacterias y Lb. acidophilus, dada su baja actividad proteolítica se suelen añadir al medio aminoácidos, extracto de levadura o hidrolizados de caseína (5,6). Se optimiza el inóculo inicial, la temperatura y, si se trabaja en feedbatch, el régimen de alimentación del nutriente limitante. Suele ser crítica la aireación y en consecuencia el potencial redox, por lo que se suele crecer el microorganismo en un ambiente anaerobio.

En ocasiones es adecuado añadir algunos compuestos con actividad antioxidante como el ácido ascórbico o la L-cisteína. En cualquier caso, esta fase de producción del probiótico debe ir ligada a la siguiente que se refiere a su conservación. En este sentido, la liofilización suele ser el método más conveniente. Para optimizar esta fase se analiza la fase de cultivo en la que recoger la

biomasa (fase logarítmica versus fase estacionaria), se ensayan diferentes crioprotectores y su efecto sobre la viabilidad del microorganismo, la textura del probiótico desecado y su influencia organoléptica en el alimento final. Con todo ello se estudian distintas temperaturas de almacenamiento y se define la vida útil del probiótico como ingrediente alimentario en las condiciones subóptimas de almacenamiento.

Finalmente hay que escoger la matriz alimentaria a la que añadir el probiótico. Una vez seleccionada hay que asegurar la dispersión homogénea del mismo en el seno del alimento. Este trabajo es más sencillo al trabajar con bebidas que con alimentos sólidos donde se hace necesario afinar las operaciones unitarias de mezcla.

Sin duda, en esta fase lo más importante es definir la concentración del probiótico en el alimento o bebida final. Dicha concentración debe ser un compromiso entre la dosis efectiva diaria de probiótico y la ingesta usual diaria del alimento. El problema es que las distintas matrices alimentarias pueden afectar diferencialmente a la viabilidad de un mismo probiótico. Para conocer este

efecto se analiza la supervivencia del probiótico almacenando el alimento en las condiciones de venta.

En estos trabajos hay que considerar entre otros la influencia del pH, el oxígeno o el tipo de envase. Es un problema especialmente grave en el caso de alimentos con larga vida útil (papillas infantiles) y también con determinados probióticos (bifidobacterias). Una de las formas de evitarlo es acudir a la microencapsulación del probiótico.

En este sentido se ha descrito la microencapsulación en lípidos como una estrategia de mejora de la vida útil tras tratamientos térmicos y también el empleo de gelatina, gomas vegetales o geles de alginato como materiales de encapsulación que podrían incluso proteger al probiótico de las condiciones extremas de acidez del tracto digestivo tras la ingesta (10,11).

RESULTADOS: ÚLTIMOS PASOS: EVALUACIÓN CLÍNICA Y REQUISTOS LEGALES Como antes se indicó, el nuevo reglamento europeo sobre alegaciones funcionales exigirá conocer las bases moleculares de la alegación funcional asociada al probiótico, pero también obligará a demostrar su efecto en al menos dos ensayos clínicos en hospitales diferentes. Para llevar a cabo este tipo de experimentación clínica se recomienda seguir las directrices del grupo de expertos FAO/OMS que en el año 2001 se reunieron en la ciudad argentina de Córdoba (12). En esencia, estas recomendaciones sugieren una dinámica de evaluación comparable a la que se lleva a cabo con fármacos aunque con una exigencia menor. Es importante

destacar que las evaluaciones clínicas siempre se deben llevar a cabo con el alimento final adicionado con el probiótico y no con el probiótico aislado.

Como en el caso de las evaluaciones de fármacos se habla de distintas fases.

La llamada fase I, o fase de evaluación de la seguridad, implica un trabajo previo de determinación del perfil de resistencia a antibióticos del probiótico, la ausencia de producción de compuestos indeseados y, a ser posible, su estatus GRAS. Si el desarrollo del producto se ha llevado a cabo de forma racional, buena parte de este trabajo ya habrá sido abordado durante la selección del probiótico (vide supra).

La fase II, o fase de evaluación de la eficacia, conlleva los ensayos en voluntarios humanos informados.

Deben ser ensayos al azar a doble ciego y con un control de placebo.

Como antes indicamos, se recomienda llevar a cabo al menos dos ensayos en centros clínicos independientes.

La fase III o fase de evaluación de la efectividad es opcional. Consiste en comparar la efectividad del probiótico con la ejercida por un producto comparable (otro probiótico previamente comercializado o un fármaco).

En la medida de lo posible conviene llevar a cabo estas evaluaciones en poblaciones sanas. Como antes se indicó, el coste de este tipo de evaluaciones implica que las empresas del sector no abordan su ejecución hasta tener una completa seguridad de la validez tecnológica del probiótico. Superadas todas estas evaluaciones se llega a la comercialización del alimento adicionado con el probiótico. En la actualidad en la Unión Europea (UE) se comercializan muchos productos con probióticos. Con más frecuencia de la deseada en su publicidad existe un marketing demasiado agresivo y se hace uso de alegaciones funcionales que no se corresponden con la experimentación preclínica y clínica abordada para esa cepa concreta. En la UE no existe una definición legal ni una legislación sobre probióticos pero existe una serie de legislaciones horizontales que las empresas productoras deben tomar en consideración (13). La primera de ellas es el reglamento de nuevos alimentos. El listado de categorías de nuevos alimentos incluidos en esta reglamentación incluye un apartado para ingredientes alimentarios que sean o consistan en microorganismos. Una interpretación razonada de este requisito implicaría reconocer como nuevo alimento cualquier nuevo probiótico. Sin embargo, a pesar de haberse presentado desde el año 1997 un total de 53 aplicaciones de nuevo alimento, ninguna ha hecho referencia a un nuevo probiótico. La segunda es la regulación sobre producción orgánica que limita el empleo del término “bio” o “eco” para los productos de la agricultura ecológica. La falta de base científica para tal decisión sólo puede ser

explicada por los intereses económicos y las presiones políticas que la promovieron.

Lo bien cierto es que un producto que contenga un probiótico no podrá usar esta terminología a menos que se haya elaborado siguiendo las directrices de la agricultura ecológica.

El resto de normativas horizontales que afectarán a la comercialización de probióticos en la UE aún no están en vigor. Son el anteriormente mencionado reglamento sobre alegaciones funcionales y la propuesta de la Comisión para la regulación del yogur y los productos similares al yogur. Sin duda, su aprobación marcará pautas de comercialización y etiquetado de los alimentos con probióticos, sobre todo el primero de ellos que pretende que: a) la evaluación científica sea el único motor del desarrollo de alimentos funcionales; b) las alegaciones funcionales se basen en pruebas fundadas, objetivas y apropiadas; c) las pruebas se sustenten en exigencias científicas en vigor; y d) las alegaciones sean verdaderas y no induzcan al error al consumidor.

CONCLUSIÓN: EL FUTURO El futuro de la investigación en probióticos vendrá de la mano de las nuevas tecnologías “ómicas”.

Debemos incrementar nuestro conocimiento sobre la ecología microbiana del tracto gastrointestinal para, de esa forma, desarrollar probióticos más eficaces.

En este sentido es interesante destacar el comienzo de algunos proyectos de metagenómica de bacterias de la cavidad bucal y el tracto gastrointestinal (14). A ello habrá que sumar los estudios de

secuenciación de genomas de probióticos. En la fecha de redacción de este artículo hay secuencia pública del genoma de tres cepas probióticas (B. longum NCC2705, Lb. Johnsonii NCC533 y Lb. plantarum WCFS1) aunque existen proyectos en marcha de otras muchas más (15). La información que de ellas obtengamos, unida a estudios de transcriptómica y proteómica, será la base de los probióticos de la próxima década. Llegados a este punto conviene recordar que ya se han desarrollado los primeros probióticos transgénicos. Se han diseñado cepas transgénicas de Lactococcus lactis que expresan el gen de la subunidad B de la toxina tetánica (16) o genes de interleuquinas (17) y también cepas transgénicas de Lactobacillus que producen antígenos capsulares de rotavirus (18). La poca receptividad de los consumidores europeos a este tipo de productos dificulta su desarrollo aunque nadie duda de su valor en algunos países en vías de desarrollo. Desde la UE, con la barriga llena, es fácil decir no a estos desarrollos que solventan problemas sanitarios que no afectan a nuestra sociedad. La pregunta clave es: ¿aceptaría un consumidor europeo un probiótico transgénico eficaz contra la enfermedad celiaca? Quizás en este caso la respuesta fuera otra.

Lo que es probable es que ese desarrollo marcaría un antes y un después de la investigación con probióticos

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D. Ramón Vidal DEPARTAMENTO DE MEDICINA PREVENTIVA Y SALUD PÚBLICA, BROMATOLOGÍA, TOXICOLOGÍA Y MEDICINA LEGAL. FACULTAD DE FARMACIA. UNIVERSITAT DE VALENCIA. DEPARTAMENTO DE BIOTECNOLOGÍA. INSTITUTO DE AGROQUÍMICA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTO-CSIC. VALENCIA

RESUMEN Un alimento transgénico es aquel en cuyo diseño se utilizan técnicas de ingeniería genética. Hasta la fecha se han comercializado ochenta en todo el mundo después de una evaluación sanitaria y medioambiental sin precedentes en la historia de la alimentación. A pesar de ello muchos consumidores recelan de su inocuidad. Para normalizar su comercialización se acaban de aprobar en la UE dos reglamentos que aseguran el etiquetado y trazabilidad de estos alimentos.

Palabras clave: Alimento transgénico. Ingeniería genética. Evaluación sanitaria.

ABSTRACT A genetically modified food is that in the design of which genetic engineering techniques have been used. To date, eighty GM foods have been commercialised following health safety and environmental impact evaluations which are without precedent. Despite this however, many consumers remain doubtful about these products. In order to support their commercialisation the EU has passed two regulations which ensure the labelling and traceability of these foods.

Key words: Genetically modified food. Genetic engineering. Food safety evaluation.

INTRODUCCIÓN: BIOTECNOLOGÍA, GENÉTICA Y ALIMENTACIÓN La comunidad científica entiende por biotecnología el uso de un organismo vivo con un propósito industrial. Por ejemplo, cuando se utiliza un hongo para producir penicilina se aplica biotecnología porque se usa un microorganismo para generar un fármaco que luego se vende.

Biotecnología de alimentos no es más que el uso de seres vivos en la producción de alimentos, lo que incluye toda la alimentación, porque todo cuanto comemos son, o han sido, seres vivos, ya sean animales, vegetales, o alimentos o bebidas fermentadas por un microorganismo.

Pero el consumidor, sobre todo el europeo, tiene una percepción distinta de lo que es biotecnología de los alimentos y entiende que este

término hace referencia a la aplicación de la genética en la alimentación. En otras palabras, los consumidores europeos entienden por biotecnología de alimentos “poner genes en su sopa”.

Aceptando esta visión errónea, hay que recordar a los consumidores que la genética se ha aplicado en la producción agroalimentaria desde que en el neolítico comenzó la agricultura y la ganadería (1). Desde entonces el hombre ha mejorado empíricamente el genoma de las variedades vegetales comestibles, las razas animales y los fermentos. Esta mejora se ha fundamentado en la aparición de mutantes espontáneos, lo que los genetistas llaman variabilidad natural, y la aplicación del cruce sexual o hibridación. De esta forma se han obtenido variedades de trigo con espigas incapaces de dispersar sus semillas en la naturaleza, pero capaces de generar unas harinas panaderas con inmejorable aptitud tecnológica o patatas comestibles al contener niveles mínimos de alcaloides tóxicos.

nació la genética moderna, gracias a unos trabajos que usaban como modelo un alimento como el guisante. Más tarde se demostró que los genes de cualquier ser vivo están hechos de ADN. Desde hace treinta años los científicos aíslan en el laboratorio fragmentos concretos que portan genes determinados. Esos genes se pueden variar en el tubo de ensayo y se pueden reintroducir en el organismo natural o en uno distinto generando un transgénico. Al global de estas técnicas las llamamos ingeniería genética y cuando se aplica en el diseño de un alimento surgen los llamados alimentos transgénicos (2). Esta denominación es la habitual en los países castellano parlantes, aunque en los países anglosajones y francófonos se habla de ellos como alimentos modificados genéticamente.

La diferencia entre un alimento transgénico y otro convencional es técnica, ya que en los primeros se ha usado ingeniería genética en la mejora y en los segundos procesos genéticos convencionales, pero esta diferencia conlleva tres consecuencias:

Este trabajo empírico de mejora ha transcurrido durante doce mil años, hasta que Gregorio Mendel descubrió que lo que mutaba o se cruzaba al azar tenía una estructura física que posteriormente se llamó gen. Así

1. Hay un gran aumento de la direccionalidad. Ya no se mutan ni mezclan genes al azar, sino que se selecciona uno determinado que se identifica molecularmente y se añade a un genoma concreto. Por lo tanto,

se dispone de un mayor conocimiento molecular que permite una mejor evaluación sanitaria o ambiental del producto diseñado.

2. Se logran mucho antes los resultados.

3. Es posible saltar la barrera de especie. Como antes indicamos, todos los organismos vivos tienen ADN como material hereditario. Por ello, aunque no es posible cruzar sexualmente un plátano y una pera ni mutar el primero de estos vegetales hasta generar el segundo, es técnicamente posible expresar el gen de un plátano en el genoma de una pera. Esta consecuencia tiene claras repercusiones éticas para algunos consumidores.

se combate con insecticidas químicos, si bien desde hace años se sabe que la bacteria Bacillus thuringiensis sintetiza una proteína denominada Bt que destruye el tubo digestivo de estos insectos. El gen que codifica la proteína Bt se ha clonado desde el genoma de la bacteria y se ha introducido en el genoma del maíz, generando un maíz transgénico que resiste el ataque del taladro sin necesidad de usar insecticidas (4).

MATERIALES Y MÉTODOS: QUE ALIMENTOS TRANSGENICOS EXISTEN EN EL MUNDO Hoy se comercializan más de ochenta alimentos transgénicos en todo el mundo, sobre todo en EE.UU., Australia, Canadá y China. Los más conocidos son la soja resistente al herbicida glifosato y el maíz Bt. El glifosato es un herbicida cuya base química es la N-fosfonometilglicina.

Su toxicidad sobre mamíferos es mínima y, además, es rápidamente degradado por la microbiota del suelo. Por ello resulta interesante desarrollar plantas transgénicas de soja que resistan este herbicida. Para ello se ha partido de algunas bacterias del suelo que resisten el ataque del glifosato al tener un gen mutado cuyo producto génico no es alterado por el herbicida. Dicho gen se ha clonado y se ha transferido al genoma de variedades comerciales de soja. Con respecto al maíz, una de las principales plagas de este cereal es la larva conocida como taladro que

Aunque estos son los ejemplos más conocidos existen muchos más. Son de gran importancia los que hacen referencia a la mejora nutricional de los alimentos. Por ejemplo, el arroz es deficitario en lisina, pero se ha logrado construir una variedad transgénica que contiene el gen que codifica una proteína de reserva de la semilla de la judía rica en este aminoácido (5). Con ello en la planta transgénica el contenido global de lisina pasa del 3,4 al 6%. Pensando en países del Tercer Mundo, se han conseguido variedades transgénicas de palma en las que se ha reducido considerablemente la expresión del gen que codifica la enzima palmitoil ACP tioesterasa e incrementado la del gen que codifica la enzima -ceto acil ACP sintasa II. Con ello se logran aceites de palma con menos palmitato y más oleato, sin afectar los

niveles de carotenoides, tocoferoles o esteroles (6).

También se han conseguido variedades de arroz transgénico con un alto contenido en provitamina A capaces de solventar los problemas de avitaminosis en zonas del sudeste asiático donde este cereal es la base de la dieta y tomates transgénicos con distintas proporciones de tocoferoles. Además se dispone de algunos alimentos transgénicos que, al expresar genes que codifican determinados antígenos, inmunizan contra enfermedades. Se les denomina vacunas orales y ya hay ejemplos de ellas que inmunizan contra el virus Norwalk, el coronavirus transmisible responsable de la gastroenteritis o el cólera.

La transgenia animal ha generado menos productos pero ya se dispone de carpas y salmones transgénicos que portan múltiples copias del gen de la hormona de crecimiento, generando peces que ganan tamaño mucho más rápido (10).

Los resultados más interesantes son los que hacen referencia a la expresión de genes que codifican proteínas de alto valor añadido en la glándula mamaria de diferentes mamíferos. También se ha construido un mamífero transgénico que expresa en su leche una lactasa que produce leche con un bajo contenido en lactosa (12) y vacas transgénicas que producen leche con más caseína y caseína, lo que confirma que mediante ingeniería genética es posible cambiar sustancialmente la composición proteica de la leche (14).

En nuestro país hay grupos trabajando activamente en estas disciplinas. Por ejemplo se han generado fresas transgénicas con contenidos elevados de vitamina C (15) y se han conseguido levaduras panaderas transgénicas que obvian problemas de alergenicidad (16).

También se han desarrollado levaduras vínicas transgénicas que producen vinos con más contenido en resveratrol, un posible compuesto cardiosaludable (17). En resumen, hay muchos alimentos transgénicos y los próximos años traerán muchos más. A modo de ejemplo baste citar que en el año 2003 ya se plantaron 67,7 millones de hectáreas de plantas transgénicas en todo el mundo por parte de 7 millones de agricultores.

Esta cifra implica un crecimiento del 15% con respecto a la campaña anterior (18).

RESULTADOS: LOS RIESGOS DE LOS TRANSGÉNICOS Desde algunas organizaciones ecologistas se acusa a los alimentos transgénicos de ser un veneno para la salud y el medioambiente. No es cierto. Desde hace más de quince

años, FAO, OCDE y OMS han establecido grupos de trabajo para evaluar la seguridad para el consumidor de los alimentos transgénicos. En el sistema que proponen, y que ha sido el utilizado en todos los alimentos transgénicos comercializados hasta la fecha, se ha llevado a cabo una evaluación de riesgos sanitarios atendiendo al contenido nutricional, la posible presencia de alérgenos y el nivel de toxicidad (19). Son los alimentos más evaluados de la historia de la alimentación y no disponemos de un dato científico que indique que representen un riesgo para la salud del consumidor superior al que implica la ingestión del alimento convencional correspondiente (20).

Este hecho ha sido puesto de manifiesto por OMS, lo que ha establecido un nuevo marco en el que el consumidor deberá decidir quién le merece mayor credibilidad en seguridad alimentaria: OMS o las organizaciones ecologistas.

Es interesante destacar que tras la publicación de esta decisión dichos grupos han variado su estrategia y apenas hablan de los riesgos sanitarios de los transgénicos pero sí de los riesgos ambientales. Ahí las cosas son menos claras porque hay una falta de metodologías para analizar este tipo de riesgos que afectan tanto a las plantas transgénicas como a las convencionales (21).

Un primer tipo de riesgo es la posible transferencia de los genes exógenos desde la variedad transgénica a variedades silvestres.

Esta transferencia se dará, como ocurre con las plantas convencionales, siempre que exista compatibilidad sexual y presión selectiva.

Otro posible riesgo medioambiental es la pérdida de biodiversidad agrícola asociada al cultivo de plantas transgénicas, lo que no es nuevo puesto que los agricultores siempre utilizan preferencialmente aquellos cultivos que mejor funcionan. Por ello es necesario mantener con fondos públicos bancos de germoplasma y colecciones de cultivo.

Un último riesgo medioambiental es el referente a los efectos dañinos que ciertas plantas transgénicas resistentes a insectos pueden tener sobre poblaciones de otros insectos distintos de aquellos contra los que protegen. En resumen, no se percibe la aparición de nuevos posibles riesgos ambientales por el uso de las variedades transgénicas. Por ello la cuestión clave es conocer si el empleo de transgénicos acelerará la aparición de estos riesgos. Parece obvio que no, siempre que se mantengan y mejoren las normas de evaluación que empleamos actualmente con las plantas transgénicas.

CONCLUSIÓN: LA OPINIÓN DEL CONSUMIDOR Todos estos desarrollos quedarán en nada si el consumidor no los acepta.

Para conocer la opinión de los consumidores sobre estos productos se han hecho decenas de miles de

encuestas, sobre todo en EE.UU., Europa y Japón. En la UE, en los países del norte el consumidor tiende a estar informado acerca de esta tecnología y presenta objeciones éticas y morales, pero en los países del sur el conocimiento es menor y la aceptación mayor. En España se dispone de pocos datos. En el último eurobarómetro del año 2002, España era el país de la UE con mejor opinión acerca de la biotecnología agroalimentaria con un valor en torno al 91%.

Este dato es relevante y debe mover a la reflexión, porque probablemente seremos pioneros en la UE en aceptar los transgénicos. De las distintas encuestas realizadas hasta hoy aconsumidores en la UE es posible extraer cuatro conclusiones: 1. El consumidor europeo desconoce en gran medida qué es un alimento transgénico.

2. Prefiere las plantas transgénicas o la producción de levaduras o bacterias lácticas transgénicas que produzcan alimentos y bebidas fermentadas, a los animales de granja transgénicos.

3. Acepta mejor las modificaciones que afectan positivamente al producto final y por lo tanto al consumidor, que las que afectan al productor.

4. Exige el etiquetado de estos productos.

Resulta importante recordar que en la UE los únicos alimentos transgénicos autorizados son la soja y el maíz anteriormente mencionados que son claros ejemplos de desarrollos que sólo favorecen al productor. Podríamos afirmar que no se podía haber comenzado con peores ejemplos.

Muy probablemente este hecho sea otro de los puntos clave que explican

el rechazo a los alimentos transgénicos en la UE. Si en el futuro se autorizan nuevos productos cuyas propiedades favorezcan al consumidor, la situación podría variar.

LA LEGISLACIÓN: ¿CLAVE DE FUTURO? En la UE existe todo un entramado normativo que regula la investigación, liberación al ambiente, patentabilidad, comercialización y etiquetado de los productos transgénicos. En octubre del 2002 entró en vigor la nueva directiva 2001/18 sobre “liberación intencional de organismos modificados genéticamente” que deroga la anterior 90/220. Dicha directiva ha sido transpuesta a la legislación española al aprobar el Congreso de los Diputados la Ley 9/2003 que regula la comercialización y liberación de transgénicos. Aún son varios los países europeos que no han traspuesto a su legislación esta Directiva aunque es el marco en el que se debe entender todo el proceso de comercialización en la UE de productos transgénicos. Sus datos más destacables son: 1. Prima la evaluación caso por caso que debe ser ejecutada por comités de expertos científicos.

2. Hay obligación de informar al público sobre las autorizaciones y también de consultar al Parlamento Europeo.

3. El Consejo de Ministros de la UE puede aprobar o rechazar, por mayoría cualificada, la propuesta de la comisión para la autorización del producto transgénico.

4. Los estados miembros deben garantizar el etiquetado y el

seguimiento de todas las fases de comercialización.

5. Tras la comercialización debe haber un seguimiento obligatorio para observar posibles efectos a largo plazo, sobre todo en el caso de riesgos medioambientales. Pero la mayor carga legislativa se da en lo referente al etiquetado de los alimentos transgénicos que difiere mucho entre la UE y otros países. En Estados Unidos la FDA indica que el etiquetado es obligatorio cuando el alimento transgénico no es sustancialmente equivalente a aquel del que procede, cuando supone un riesgo para un subsector de la población, si contiene genes de reserva ética o religiosa o si es un organismo vivo modificado genéticamente.

En la UE, el Reglamento 1193/97 de nuevos alimentos aplicaba una regla similar, pero nunca se llegó a ejecutar. En su lugar se desarrolló el Reglamento 1139/98 que regulaba de forma particular los alimentos compuestos de soja o maíz transgénico o que contenían aditivos provenientes de estos vegetales transgénicos y que fue criticado, tanto desde el punto de vista técnico como jurídico (22). Aunque también hay lagunas en su confección e interpretación (23), son muchos lo que creen que su aprobación marcará

el punto de inflexión en la polémica sobre la comercialización de los alimentos transgénicos en la UE. Con la aplicación de estos reglamentos, a través del etiquetado y la trazabilidad de los productos transgénicos, se salvaguarda el derecho del consumidor europeo a escoger si quiere comer o no transgénicos. Sólo cabe esperar que los consumidores, antes de rechazar o aceptar un alimento transgénico, se informen sobre qué son, cómo se producen y cómo se evalúan.

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Diana L. Muñoz Jumbo UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO, FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERÍA EN ALIMENTOS INGENIERÍA BIOQUÍMICA

RESUMEN: En este experimento, se estudió la estabilidad de los estados de oxidación bajos de los elementos Examinamos la reactividad relativa (actividad) de diferentes metales con el ion hidrógeno y enlistaremos los diferentes elementos en orden de reactividad decreciente con el ion hidrógeno. Pero en contraste con el experimento de química general usual, también intentamos descubrir la periodicidad en tal serie de actividad de modo que también podamos predecir las actividades de otros metales no probados aún y también ganar información sobre el enlace que ocurre en los metales.

Palabra claves: oxidación, reducción, ceder, reacciones, tendencia, electrones, metales, estructura, composición, electronegatividad

ABSTRACT In this experiment, we studied the stability of oxidation States low elements examined relative reactivity (activity) of various metals with the hydrogen ion and will names different items in order of decreasing reactivity with hydrogen ion. But in contrast to the usual general chemistry experiment, we also try to discover the periodicity in such series of activity so that we can also predict the activities of other metals not tested yet and also to gain information about the link that occurs in metals.

Key Words: oxidation, reduction, yield, reactions, trend, electrons, metals, structure, composition, electronegativity

INTRODUCCIÓN Los diferentes metales varían en cuanto a la facilidad con que se oxidan. Por ejemplo, el Zn se oxida con soluciones acuosas de Cu2+, pero la Ag no. Concluimos que el Zn pierde electrones con más facilidad que la Ag;

es decir, el Zn es más fácil de oxidar que la Ag.(Chicaiza, 2011) Una lista de metales ordenados de mayor a menor facilidad de oxidación recibe el nombre de serie de actividad.

En la tabla se presenta la serie de actividad en soluciones acuosa de muchos de los metales más comunes.

También se ha incluido al hidrógeno en la tabla.

Los metales de la parte superior de la tabla, como los metales alcalinos y alcalinotérreos, son los que más fácilmente se oxidan; es decir, reaccionan con mayor facilidad para formar compuestos. Se les denomina metales activos.

Los metales de la parte inferior de la serie de actividad, como los elementos de transición de los grupos VIIIB y IB, son muy estables y forman compuestos con menos facilidad.

Estos metales, que se emplean en la fabricación de monedas y alhajas, se llaman metales nobles en virtud de su baja reactividad.

Podemos usar la serie de actividad para predecir el resultado de reacciones entre metales y ya sea sales metálicas o ácidos. Cualquier metal de la lista puede ser oxidado por los iones de los elementos que están debajo de él. Por ejemplo, el cobre está arriba de la plata en la serie. Por tanto, el cobre metálico será oxidado por iones de plata.

Cu (s) + 2 Ag+(ac) --> Cu2+(ac) + 2 Ag La oxidación del cobre a iones cobre va acompañada de la reducción de iones plata a plata metálica. La plata metálica puede verse en la superficie de los alambres de cobre en la figura 2.8 (b) y (c). El nitrato de cobre (II) produce un color azul en la solución, lo que se nota más en la parte (c).( Wulfsberg, 2000) Grafico N° 1: Serie de actividad de los metales

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL 1. Analizar que los metales presentan diferente “actividad” en sus reacciones químicas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2. Demostrara las diferentes reacciones que se producen con los elementos propuestos.

3. Describir las reacciones que se obtuvo durante la experimentación.

MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES  5 Tubos de ensayo  Gradillas  Pipeta de 5 ml  Espátula REACTIVOS

 Granallas de: Cu, Fe, Zn, Pb  Soluciones acuosas de: Sulfato de Cobre: 0.1M Nitrato de Zinc: 0.1 M Nitrato de Plomo: 0.1M

DATOS OBTENIDOS

Tabla N° 1: Datos obtenidos de la reacciones con el Sulfato de Cobre

METODOLOGÍA SULFATO DE COBRE Cu (SO4) Diagrama N°1 “Serie de Actividad de los Metales”

Metal

Observaciones

Zn

1.- se torna de color plateado a negro 2.- se volvió de color oscuro

Fe

1.- se volvió un poco más brillante.

2.- se tornó de color café

Cu

1.- se tornó de color brillante

Pb

1.- se mantuvo con el mismo color 2.- se tornó de color blanquecino

SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES

5 Tubos de ensayo

ROTULAR

Zn, Cu, Fe, Mg, Pb

Sulfato de cobre (Cu2SO4)

COLOCAR

2 cm de altura

Tubos de ensayo

AGREGAR

Granallas Zn, Cu, Fe, Mg, Pb

5 minutos

REPOSAR

Cambios

OBSERVAR

Observaciones

REGISTRAR

Tubos de ensayo

LAVAR

Nitrato de plomo Pb(NO3)2 Granalla de metal

COLOCAR

Nitrato de Zinc Zn(NO3)2

REPETIR

Superficie del tubo de ensayo

Reacciones

Tubos de ensayo

Fuente: Laboratorio de Química General Elaborador por: Muñoz D, 2014

Fue nte: Laboratorio de Química General Elaborador por: Muñoz D, 2014

Tabla N° 2: Datos obtenidos de la reacciones con el Nitrato de Zinc Fe

Nitrato de Zinc Zn (NO3)2

Metal

Zn

Fe

Cu

Pb

Observaciones

Se torna de color más blanquecino y brillante

1.- la reacción es lenta 2.- se oxida y su color es más limpio y claro

Cu

Empieza a tomar un color más claro

Presenta aclaración

Presenta una serie de burbujas y se acelera

Tabla N° 3: Datos obtenidos de la reacciones con el Nitrato de Plomo Nitrato de Plomo Pb (NO3)2

Observaciones

No se produce ningún cambio en la reacción

Pb

una

Fuente: Laboratorio de Química General Elaborador por: Muñoz D, 2014

Metal

1.- la reacción es lenta, pero el metal se oxida 2.- su color es más puro, es decir, es más plomo

Fuente: Laboratorio de Química General Elaborador por: Campaña, Espinosa, Muñoz, 2014

CÁLCULOS Y DISCUSIÓN CÁLCULOS 1. Para cada uno de los casos en que se produjo reacción indicar:  La ecuación iónica  El metal oxidado  El metal reducido SULFATO DE COBRE:

Cu(SO4)

Zn=2

Zn

1.- se diluye y comienza a mezclarse con el Nitrato de Plomo 2.- su color es plomo y más brillante

Zn0 + Cu+2 (SO4)-2

Zn+2 (SO4)-2 + Cu0

Oxida (-2) Reduce (+2)

Zn0 Cu+2

-2 e +2 e

Zn+2

(2)

Cu0

(2)

2Zn0 + 2Cu+2

2Zn+2 + 2Cu0

Zn0 + Cu+2

Zn+2 + Cu0

2Fe0 + 2Cu+2

2Fe+2 + 2Cu0

Fe0 + Cu+2

Fe+2 + Cu0

Metal oxidado: Zn

Metal oxidado: Fe

Metal reducido: Cu

Metal reducido: Cu

Cu

Fe

Cu=1

2Cu0 + Cu+2 (SO4)-2

Cu2+1 (SO4)-2 + Cu0

Oxida (-1)

Fe=3

2Fe0 + 3Cu+2 (SO4)-2 Fe2+3 (SO4)3-2 + 3Cu0 Oxida (-3)

Reduce (+2)

Cu0 Cu

+2 0

Reduce (+2)

-1 e

Cu2+1

(2)

Fe0

-3 e

Fe2+3

(2)

+2 e

0

(1)

Cu+2

+2 e

Cu0

(3)

2Cu + Cu

Cu

+2

2Cu

2Cu0 + Cu+2

+1

+ Cu

0

2Fe0 + 3Cu+2

2Cu+1 + Cu0

2Fe+2 + 3Cu0

Metal oxidado: Fe

Metal oxidado: Cu

Metal reducido: Cu

Metal reducido: Cu

Cu

Pb

Cu=2

Pb=2

Pb0 + Cu+2 (SO4)-2 Cu0

+

Cu+2

(SO4)-2

Cu+2

(SO4)-2

Cu0

+

Pb+2 (SO4)-2 + Cu0 Oxida (-2)

Oxida (-2)

Reduce (+2) Reduce (+2)

Cu

Pb0

-2 e

0

+2 e

Cu+2 0

2Cu + 2Cu 0

Cu + Cu

Cu

+2

(2)

Cu0

+2

(2) +1

2Cu

+2

Cu+2

Cu

+1

+ 2Cu

+ Cu

-2 e +2 e

Pb+2

(2)

Cu0

(2)

2Pb0 + 2Cu+2

2Pb+2 + 2Cu0

Pb0 + 2Cu+2

Pb+2 + Cu0

0

0

Metal oxidado: Pb

Metal oxidado: Cu

Metal reducido: Cu

Metal reducido: Cu Pb Fe Fe0

Fe=2 +

Cu+2

Pb=4

Pb0 + 2Cu+2 (SO4)- 2

(SO4)-2

Fe+2

(SO4)-2

+

Cu0

Pb+4 (SO4)2-2 + 2Cu0 Oxida (-4)

Oxida (-2)

Reduce (+2) Reduce (+2)

0

Fe

Cu

+2

-2 e +2 e

+2

Fe

Cu

0

(2) (2)

Pb0

-4 e

Pb+4

(2)

Cu+2

+2 e

Cu0

(4)

2Pb0 + 4Cu+2

2Pb+4 + 4Cu0

2Cu0 + 2Zn+2

Pb0 + 2Cu+2

Pb+2 + 2Cu0

Cu0 + Zn+2

2Cu+1 + 2Zn0 Cu+1 + Zn0

Metal oxidado: Pb

Metal oxidado: Cu

Metal reducido: Cu

Metal reducido: Zn

NITRATO DE ZINC

Zn(NO3)2

Zn=2

Fe

Fe=2

Fe0 + Zn+2 (NO3)2-1

Fe+2 (NO3)2-1 + Zn0

Oxida (-2)

Zn0 + Zn+2 (NO3) 2-1 Zn+2 (NO3)2-1 + Zn0 Oxida (-2)

Reduce (+2)

Reduce (+2)

Zn

0

Zn+2

-2 e

Zn

+2 e

Zn0

+2

2Zn0 + 2Zn+2

Fe0

-2 e

Fe+2

(2)

(2)

Zn+2

+2 e

Zn0

(2)

(2)

2Fe0 + 2Zn+2

2Fe+2 + 2Zn0

Fe0 + Zn+2

Fe+2 + Zn0

2Zn+2 + 2Zn0

Zn0 + Zn+2

Zn+2 + Zn0

Metal oxidado: Fe

Metal oxidado: Zn

Metal reducido: Zn

Metal reducido: Zn Fe Cu

Cu=1

Fe=3

2Fe0 + 3Zn+2 (NO3)2-1

2Cu0 + Zn+2 (NO3)2-1 2Cu+1 (NO3)-1 + Zn0 Oxida (-1)

2Fe+3 (NO3)3-1 + 3Zn0

Oxida (-3) Reduce (+2)

Reduce (+2)

Cu Zn

-1 e

0

+2 e

+2 0

2Cu + Zn

Cu Zn

+1

(2)

0

+2

(1) 2Cu

+1

+ Zn

Fe0

-3 e

Fe2+3

(2)

Zn+2

+2 e

Zn0

(3)

2Fe0 + 3Zn+2

2Fe+2 + 3Zn0

0

Metal oxidado: Cu

Metal oxidado: Fe Metal reducido: Zn

Metal reducido: Zn

Cu

Pb

Cu=2

Cu0 + Zn+2 (NO3)2-1 Cu+2 (NO3)2-1 + Zn0 Oxida (-2)

Pb=2

Pb0 + Zn+2 (NO3)2-1 Pb+2 (NO3) 2-1 + Zn0 Oxida (-2) Reduce (+2)

Reduce (+2)

Cu0

-2 e

Cu+2

(2)

Zn+2

+2 e

Zn0

(2)

Pb0

-2 e

Pb+2

(2)

Zn+2

+2 e

Zn0

(2)

2Pb0 + 2Cu+2

2Pb+2 + 2Cu0

Cu0

Pb0 + 2Cu+2

Pb+2 + Cu0

Pb+2

-1 e +2 e

Cu+1

(2)

Pb0

(1)

Metal oxidado: Pb

2Cu0 + Pb+2

2Cu+1 + Pb0

Metal reducido: Zn

Metal oxidado: Cu Metal reducido: Pb

Pb

Pb=4

Pb0 + 2Zn+2 (NO3)2-1

Pb+4 (NO3)4-1 + 2Zn0

Oxida (-4) Reduce (+2)

Cu

Cu=2

Cu0 + Pb+2 (NO3)2-1

Cu+2 (NO3) 2-1 + Pb0

Oxida (-2) Reduce (+2)

Pb

0

Zn+2

-4 e

Pb

+2 e

Zn0

+4

(2) (4)

2Pb0 + 4Zn+2

2Pb+4 + 4Zn0

Cu0

-2 e

Cu+2

(2)

Pb+2

+2 e

Pb0

(2)

2Cu0 + 2Pb+2

2Cu+1 + 2Pb0

Metal oxidado: Pb

Cu0 + Pb+2

Cu+1 + Pb0

Metal reducido: Zn

Metal oxidado: Cu

Pb0 + 2Zn+2

Pb+2 + 2Zn0

Metal reducido: Pb NITRATO DE PLOMO

Pb(NO3)2

Zn=2

Fe

Fe=2

Zn0 + Pb+2 (NO3)2-1 Zn+2 (NO3) 2-1 + Pb0 Oxida (-2)

Fe0 + Pb+2 (NO3)2-1 Oxida (-2)

Fe+2 (NO3) 2-1 + Pb0 Reduce (+2)

Reduce (+2)

Zn0

-2 e

Zn+2

(2)

Fe0

-2 e

Fe+2

(2)

Pb+2

+2 e

Pb0

(2)

Pb+2

+2 e

Pb0

(2)

2Zn0 + 2Pb+2 Zn0 + Pb+2

2Zn+2 + 2Pb0 Zn+2 + Pb0

2Fe0 + 2Pb+2 Fe0 + Pb+2

Metal oxidado: Zn

Metal oxidado: Fe

Metal reducido: Pb

Metal reducido: Pb

Cu

Fe

Cu=1

2Cu0 + Pb+2 (NO3)2-1 2Cu+1 (NO3)-1 + Pb0 Oxida (-1) Reduce (+2)

2Fe+2 + 2Pb0 Fe+2 + Pb0

Fe=3

2Fe0 + 3Pb+2 (NO3)2-1 2Fe+3 (NO3)3-1 + 3Pb0 Oxida (-3) Reduce (+2)

Fe0

-3 e

Fe+3

(2)

Pb+2

+2 e

Pb0

(3)

2Fe0 + 3Pb+2

SULFATO DE COBRE Cu (SO4)

2Fe+2 + 3Pb0

Metal oxidado: Fe

Metal

Observaciones

Zn

 Se torna de color plateado a negro  Se volvió de color oscuro  Se sustituyó y se transformó en ZnSO4

Fe

 Se volvió un poco más brillante.  Se tornó de color café  No hubo ninguna sustitución

Cu

 Se tornó de color brillante  Se sustituyó y se transformó en FeS04

Pb

 Se mantuvo con el mismo color  Se tornó de color blanquecino  Se sustituyó y se transformó en PbSO4

Metal reducido: Pb

Pb

Pb=2

Pb0 + Pb+2 (NO3)2-1

Pb+2 (NO3)2-1 + Pb0

Oxida (-2) Reduce (+2)

Pb0

-2 e

Pb+2

(2)

Pb+2

+2 e

Pb0

(2)

2Pb0 + 2Pb+2

2Pb+2 + 2Pb0

Pb0 + Pb+2

Pb+2 + Pb0

Metal oxidado: Pb Metal reducido: Pb

Pb

Pb=4

Pb0 + 2Pb+2 (NO3)2-1 Pb+4 (NO3)4-1 + 2Pb0 Oxida (-4) Reduce (+2)

Pb0

-4 e

Pb+4

(2)

Pb+2

+2 e

Pb0

(4)

2Pb0 + 4Pb+2

2Pb+4 + 4Pb0

Pb0 + 2Pb+2

Pb+2 + 2Pb0

Metal oxidado: Pb Metal reducido: Pb

2. Describir los cambios ocurridos en las distintas reacciones Tabla N° 4: Cambios ocurridos en las reacciones con el Sulfato de Cobre

Fuente: Laboratorio de Química General Elaborador por: Muñoz D, 2014

Tabla N° 5 Cambios ocurridos en las reacciones con el Nitrato de Zinc Fe

 La reacción es lenta, pero el metal se oxida  Su color es más puro, es decir, es más plomo

Cu

 La reacción es lenta  Se oxida y su color es más limpio y claro

Nitrato de Zinc Zn (NO3)2

Metal

Zn

Fe

Observaciones

Se torna de color más blanquecino y brillante Empieza a tomar un color más claro

No se produce ningún cambio en la reacción

Pb Cu

Pb

Presenta aclaración

una

Fuente: Laboratorio de Química General Elaborador por: Muñoz D, 2014

Presenta una serie de burbujas y se acelera

Fuente: Laboratorio de Química General Elaborador por: Muñoz D, 2014

3. Construir una tabla con los metales utilizados según el orden decreciente de facilidad de oxidarse

Tabla N° 6: Cambios ocurridos en las reacciones con el Nitrato de Plomo

Tabla N° 7: Facilidad de oxidación de los metales

Nitrato de Plomo Pb (NO3)2 Metal

Observaciones

Zn

 Se diluye y comienza a mezclarse con el Nitrato de Plomo  Su color es plomo y más brillante

METALES Zinc

Zn (s)

Zn+2 (ac) + 2e-

Hierro

Fe (s)

Fe+2 (ac) + 2e-

Plomo

Pb (s)

Pb+2 (ac) + 2e-

Cobre

Cu (s)

Cu+2 (ac) + 2e-

Elaborador por: Muñoz D, 2014

DISCUSIÓN Los metales son elementos que por su estructura en la gran mayoría se va a encontrar en estado sólido estos pueden reaccionar dependiendo de distintos reactivos, las reacciones que pueden ocurrir son como la oxidación; es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones.

Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor. Por lo cual en esta práctica de laboratorio al colocar a distintos metales como son el Zn, Cu, Fe, Pb algunas sustancias acuosas como el sulfato de cobre, Nitrato de zinc, Nitrato de plomo.

En el procedimiento se pudo deducir que si al colocar dicha solución acuosa que contiene disuelto el mismo metal no habrá ninguna reacción, en cambio cuando esta solución se coloca en otros metales las reacciones pueden variar desde su reducción hasta su oxidación e incluso su disolución de los mismos.

El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno (cesión de electrones) o

viceversa. Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio.

CONCLUSIONES  Se analizó cuatro diferente metales como: Zinc, Cobre, Hierro y Plomo los mismos que presentan diferente actividad de oxidación en sus reacciones química.  Se demostró que se dan diferentes reacciones químicas al utilizar los metales con una solución acuosa dándose diferentes aspectos al ser mezclados.  Se describió las reacciones que se producían al mezclar la solución acuosa con los diferentes metales durante la experimentación CUESTIONARIO 1. Establezca el carácter metálico o no metálico de un elemento según su estructura electrónica Grafico N° 2: carácter metálico

Carácter metálico: Pb, Zn, Cu, Fe Pb: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p2 = 82 Zn: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s2 = 30

Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1=29 Fe: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d6= 26. (Blanco, 2012) 2. Delos siguientes metales cuales pueden encontrarse en estado libre en la naturaleza, Zn, Cu, Fe, Pb, razone su respuesta

como la siderita (FeCO3). (NERVION, 2012) 3. De los metales estudiados demuestre cual es el más fácilmente oxidable, utilizando criterios de electronegatividad Gráfico N° 3: Electronegatividad

Podemos decir que la litósfera o corteza terrestre está constituida por las rocas que son grandes masas formadas por la agregación de sustancias químicas llamadas minerales. Los minerales son una de las principales fuentes de materias primas de que dispone el hombre y de ellos, mediante una serie de tratamientos adecuados se extraen los metales.

El cobre es uno de los pocos metales que se presenta libre en la naturaleza, pero abundan mucho más sus compuestos, los principales son la cuprita (Cu2O) óxido de cobre de color rojo vivo, y la calcopirita (S2CuFe), que es un sulfuro doble de cobre y hierro, de color amarillo verdoso.

El zinc, este metal no se encuentra libre en la naturaleza. Combinado abunda, sobretodo en forma de sulfuro (SZn) que es un mineral llamado blenda. Para obtener el Zinc a partir del compuesto de la blenda, tostamos el mineral y la reacción es: 2SZn + 3O2  2ZnO + 2SO2 El plomo no se encuentra libre en la naturaleza, y se extrae principalmente de la galena (PbS) que es el sulfuro de plomo.

El hierro no se encuentra libre en la naturaleza, sino formando óxidos como el oligisto (Fe2O3), sulfuros como la pirita (S2Fe), o carbonatos

Tenemos: Tabla N° 8: electronegatividad de los metales Metales

Electronegatividad

Zinc

1.6

Hierro

1.8

Plomo

1.9

Cobre

1.9

Fuente: Universidad Técnica del Delft, 2013 Elaborador por: Muñoz D, 2014

Entonces el más fácilmente oxidable es el Zinc BIBLIOGRAFÍA Nervion , 2010, Oxidación de los metales, Disponible en: http://www.nervion.com.mx/web/co

nocimientos/oxidacion.php, (03/07/2014) Chicaiza M. 2011. La serie de actividad.

Obtenido en http://www.quimicanacio.com.ar/Arc hivos/Unidad2/7%20la%20serie%20de%20actividad.p df (03/07/2014) Wulfsberg G, 2000. Periodicidad en la serie de actividad. Obtenido en http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/ uami/jpn/file/Quimica_Inorganica/9_ Periodicidad_en_la_Serie_de_Activid ad.pdf (03/07/2014) Universidad T茅cnica del Delft, 2013, Electronegatividad, Disponible en: http://www.lenntech.es/tablapeiodica/electronegatividad.htm (03/07/2014) Blanco A., 2012, Configuraci贸n electr贸nica, Disponible en: http://es.slideshare.net/ablancomeza /configuraciones-electrnicas14045987 (03/07/2014)

BIOQUÍMICA

Los presentes artículos ofrecen una breve explicación del valor que muestran los conocimientos bioquímicos en distintos aspectos de interés nutriológico, pero no lo hace incursionando directamente en el andamiaje conceptual y metodológico de la bioquímica, sino desde la perspectiva de revisar la interacción y las posibles contribuciones de esta ciencia con otras áreas de importancia para el estudio de la nutrición.

Se valoran elementos que encuentran sus fundamentos en el saber bioquímico, de disciplinas tales como la fisiología de la alimentación, la ciencia y la tecnología de los alimentos, y la toxicología de los alimentos entre otros

REVISTA CIENTÍFICA PRIMERA EDICIÓN

2014