NITRÓGENO

El nitrógeno es un elemento químico de número atómico 7, símbolo N, su peso atómico es de 14,01 y que en condiciones normales forma un gas diatómico (nitrógeno diatómico o molecular) que constituye del orden del 78 % del aire atmosférico.​ En ocasiones es llamado ázoe —antiguamente se usó también Az como símbolo del nitrógeno.

Se considera que el nitrógeno (del latín nitrum -i, a su vez del griego νίτρον, "nitro" -nombre que históricamente se ha usado en forma vaga para referirse a diversos compuestos de sodio y de potasio que contienen nitrógeno-, y -geno, de la raíz griega γεν-, "generar"; es decir, "que genera salitre"​) fue descubierto formalmente por Daniel Rutherford en 1772, al dar a conocer algunas de sus propiedades (lo llamó "aire flogisticado", en función de lo que observó en su experimento de ese año). Sin embargo, por la misma época también se dedicaron a su estudio Carl Wilhelm Scheele, quien lo aisló, Henry Cavendish y Joseph Priestley.

El nitrógeno es un gas tan inerte que Antoine Lavoisier se refería a él con el nombre azote (del griego ázoe, que significa "sin vida" (o tal vez lo llamó así por no ser apto para respirar​). Se clasificó entre los gases permanentes, sobre todo desde que Michael Faraday no consiguió verlo líquido a 50 atmósferas (atm) y –110 °C hasta los experimentos de Raoul Pictet y Louis Paul Cailletet, quienes en 1877 consiguieron licuarlo.

Los compuestos de nitrógeno ya se conocían en la Edad Media; así, los alquimistas llamaban aqua fortis al ácido nítrico y aqua regia (agua regia) a la mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico, mezcla conocida por su capacidad para disolver el oro y el platino.

FUNCIONES QUE DESEMPEÑA EN EL SER HUMANO

Es importante en la dieta del ser humano

El Nitrógeno (N) junto a otros elementos, como Carbono, Oxigeno e Hidrogeno participan en la constitución de las moléculas orgánicas fundamentales de la materia viva. Entre los compuestos constituyentes del organismo, el N forma parte de un grupo de compuestos orgánicos de gran jerarquía biológica a los cuales están asignadas funciones muy importantes, como lo son las proteínas y los nucleótidos. Este elemento constituye por si solo el 3% del peso corporal.

Las proteínas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La mayoría también contienen azufre y fósforo. Son compuestos muy complejos formados por cadenas de cientos y miles de aminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos. Si bien sólo los aminoácidos son 20, las posibilidades de combinarlos son infinitas. Las propiedades de cada una de las proteínas al igual que su funcionalidad dependen de la secuencia de aminoácidos que la formen.

Junto con el DNA, RNA, los polisacáridos y los lípidos constituyen una de las cinco biomoléculas complejas presentes en las células y tejidos. La polimerización de los L-aminoácidos por síntesis de enlaces peptídicos contribuye a la formación estructural de las proteínas.

EN NITROGENO PRESENTE EN EL CUERPO HUMANO  HACIENDO PARTE DEL ADN COMO BASES NITROGENADAS

El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN, es un tipo de ácido nucleico, una macromolécula que forma parte de todas las células. Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria.

Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede seradenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche de cada vagón con el siguiente.

Aquí es donde encontramos el nitrógeno en nuestro cuerpo humano, el nitrógeno esta presente en las bases nitrogenadas del ADN presente en todas las células de nuestro cuerpo.

Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo (base-azúcar-fosfato).

Las bases son compuestos heterocíclicos y aromáticos con dos o más átomos de nitrógeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las bases púricas o purinas (adenina y guanina), derivadas de la purina y formadas por dos anillos unidos entre sí, y las bases pirimidínicas o bases pirimídicas o pirimidinas (citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con un solo anillo. En los ácidos nucleicos existe una quinta base pirimidínica, denominada uracilo (U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en el ARN y difiere de ésta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra habitualmente en el ADN, sólo aparece raramente como un producto residual de la degradación de la citosina por procesos de desaminación oxidativa.

Timina:

En el código genético se representa con la letra T. Es un derivado pirimidínico con un grupo oxo en las posiciones 2 y 4, y un grupo metil en la posición 5. Forma el nucleósido timidina (siempre desoxitimidina, ya que sólo aparece en el ADN) y el nucleótido timidilato o timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre se empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno,T=A. Su fórmula química es C₅H₆N₂O₂ y su nomenclatura 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.

Citosina:

En el código genético se representa con la letra C. Es un derivado pirimidínico, con un grupo amino en posición 4 y un grupo oxo en posición 2. Forma el nucleósido citidina (desoxicitidina en el ADN) y el nucleótido citidilato o (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre se empareja en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple enlace, C≡G. Su fórmula química es C₄H₅N₃O y su nomenclatura 2-oxo, 4 aminopirimidina. Su masa molecular es de 111,10 unidades de masa atómica. La citosina se descubrió en 1894, al aislarla del tejido del timo de carnero.

Adenina:

En el código genético se representa con la letra A. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posición 6. Forma el nucleósidoadenosina (desoxiadenosina en el ADN) y el nucleótido adenilato o (desoxi)adenosina monofosfato (dAMP, AMP). En el ADN siempre se empareja con la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, A=T. Su fórmula química es C₅H₅N₅ y su nomenclatura 6-aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el médico alemán Albrecht Kossel.

Guanina:

En el código genético se representa con la letra G. Es un derivado púrico con un grupo oxo en la posición 6 y un grupo amino en la posición 2. Forma el nucleósido (desoxi)guanosina y el nucleótido guanilato o (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre se empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno, G≡C. Su fórmula química es C₅H₅N₅O y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina.

También existen otras bases nitrogenadas (las llamadas bases nitrogenadas minoritarias), derivadas de forma natural o sintética de alguna otra base mayoritaria. Lo son por ejemplo la hipoxantina, relativamente abundante en el tRNA, o la cafeína, ambas derivadas de la adenina; otras, como el aciclovir, derivadas de la guanina, son análogos sintéticos usados en terapia antiviral; otras, como una de las derivadas del uracilo, son antitumorales.

Las bases nitrogenadas tienen una serie de características que les confieren unas propiedades determinadas. Una característica importante es su carácter aromático, consecuencia de la presencia en el anillo de dobles enlaces en posición conjugada. Ello les confiere la capacidad de absorber luz en la zona ultravioleta del espectro en torno a los 260 nm, lo cual puede aprovecharse para determinar elcoeficiente de extinción del ADN y hallar la concentración existente de los ácidos nucleicos. Otra de sus características es que presentantautomería o isomería de grupos funcionales, debido a que un átomo de hidrógeno unido a otro átomo puede migrar a una posición vecina; en las bases nitrogenadas se dan dos tipos de tautomerías: tautomería lactama-lactima, donde el hidrógeno migra del nitrógeno al oxígeno del grupo oxo (forma lactama) y viceversa (forma lactima), y tautomería imina-amina primaria, donde el hidrógeno puede estar formando el grupo amina (forma amina primaria) o migrar al nitrógeno adyacente (forma imina). La adenina sólo puede presentar tautomería amina-imina, la timina y el uracilo muestran tautomería doble lactama-lactima, y la guanina y citosina pueden presentar ambas. Por otro lado, y aunque se trate de moléculas apolares, las bases nitrogenadas presentan suficiente carácter polar como para establecer puentes de hidrógeno, ya que tienen átomos muy electronegativos (nitrógeno y oxígeno) que presentan carga parcial negativa, y átomos de hidrógeno con carga parcial positiva, de manera que se forman dipolos que permiten que se formen estos enlaces débiles.

Se estima que el genoma humano haploide tiene alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Para indicar el tamaño de las moléculas de ADN se indica el número de pares de bases, y como derivados hay dos unidades de medida muy utilizadas, la kilobase (kb), que equivale a 1.000 pares de bases, y la megabase (Mb), que equivale a un millón de pares de bases.

¿Cómo y dónde se metaboliza? Explicación del metabolismo: absorción, distribución y expulsión.

En la atmósfera, el N molecular (N₂), es muy abundante. Esta molécula es casi no reactiva o inerte debido a su triple enlace que la estabiliza. Antes de poder ser utilizado por los animales, el N atmosférico debe ser “fijado” mediante una cadena de reacciones. En primer lugar el nitrógeno debe ser reducido de N₂ a NH₃ (amoniaco) en un proceso llamado amonificación, llevado a cabo por microorganismos y descargas eléctricas en la naturaleza.

Posteriormente, el NH₃ es oxidado a nitritos y nitratos (NO₂^- y NO₄⁼) por bacterias saprofitas, proceso llamado nitrificación. En el suelo, estas formas oxidadas son “asimiladas” por los vegetales incorporando el N a estructuras biológicas, los aminoácidos, proteínas y demás compuestos; de ésta manera este elemento pasa a formar parte de la cadena alimentaría, en la cual el ser humano es un eslabón más.

El estudio del metabolismo de los compuestos nitrogenados dentro del organismo comprende uno de los grandes temas de la Bioquímica. En esta guía nos ocuparemos en forma práctica, por un lado del metabolismo de las proteínas y los aminoácidos; y por otro del metabolismo de nucleótidos

Digestión. La hidrólisis de las proteínas de los alimentos se inicia en el estómago. Aquí la pepsina, una endopeptidasa secretada como pepsinógeno por las células parietales de la mucosa gástrica, escinde las proteínas en segmentos de menor peso molecular. Estos pasan al duodeno donde se encuentran tres endopeptidasas: tripsina, quimiotripsina y elastasa del jugo pancreático, que los degradan en trozos menores, del tipo polipéptidos. Hasta aquí no se han producido aminoácidos libres; estos comienzan a aparecer gracias a la acción de dos exopeptidasas que van atacando los péptidos desde sus extremos. La carboxipeptidasa, de origen pancreático, y la aminopeptidasa intestinal. Finalmente quedan tri- y dipéptidos, cuya hidrólisis es catalizada por tripeptidasas y dipeptidasas del borde en sepillo del intestino.

De esta manera, las proteínas de la dieta son degradadas hasta aminoácidos libres, di- y tripéptidos.

Absorción. Los productos finales de la digestión de proteínas son incorporados a los enterocitos utilizando distintos mecanismos. Un grupo de aminoácidos libres se incorporan por un cotransporte activo estereoespecífico. El proceso es similar al de absorción de la glucosa. Se trata de un cotransporte con Na⁺, dependiente del funcionamiento de la Bomba Na⁺/K⁺ ATPasa. Este sistema es utilizado por los aminoácidos neutros, aromático, alifáticos, fenilalanina, metionina, aminoácidos ácidos y prolina. Un grupo menor de aminoácidos (básicos y neutros hidrófobos) ingresan a la célula por difusión facilitada (Na⁺ independiente)

Por otro lado, los di- y tripeptidos son transportados por sistemas propios que dependen del gradiente químico del Na⁺ y una vez dentro de la celula son escindidos a aminoácidos libres por peptidasas intracelulares. Los aminoácidos liberados en el citoplasma pasan luego al intersticio y a los capilares sanguíneos por difusión facilitada. Una vez en el torrente sanguíneo portal, los aminoácidos ramificados son deportados preferentemente al músculo mientras que los no ramificados se dirigen al hígado

En condición normal solo llegan a la sangre aminoácidos libres; sin embargo, se dan algunas situaciones fisiológicas y patológicas en las cuales debe aceptarse la posibilidad de la absorción de proteínas enteras o trozos moleculares de gran tamaño. Esto explicaría el mecanismo de la enfermedad celíaca, en la cual existe un defecto de la mucosa que posibilita la absorción de polipéptidos (gliadina) resultantes de la digestión del gluten, la principal proteína del trigo, avena, centeno y cebada. Se produce intolerancia a dicha proteína, determinando un cuadro clínico muy severo.

METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS

Los aminoácidos introducidos por la dieta (exógenos) se mezclan con aquellos liberados en la degradación de proteínas endógenas y con los que son sintetizados de novo. Estos aminoácidos se encuentran circulando en sangre y distribuidos en todo el organismo sin que exista separación alguna entre aminoácidos de diferente origen. Existe, de esta manera, un conjunto de estos compuestos libres en toda la circulación que constituyen un fondo común o “pool de aminoácidos”, al cual las células recurre cuando debe sintetizar nuevas proteínas o compuestos relacionados

El destino más importante de los aminoácidos es su incorporación a cadenas polipeptídicas durante la biosíntesis de proteínas específicas del organismo. En segundo lugar, muchos aminoácidos son utilizados para la síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos de importancia funcional. Finalmente los aminoácidos en exceso, como no pueden almacenarse, son eliminados por orina o bien se utilizan principalmente con fines energéticos. En éste caso sufren primero la pérdida de la función amina, lo cual deja libre el esqueleto carbonado. El grupo nitrogenado que se desprende como amoníaco, es eliminado en el ser humano principalmente como urea. Las cadenas carbonadas siguen diferentes rutas, que las llevan a alimentar el ciclo del ácido cítrico o de Krebs para oxidarse completamente en él hasta CO₂ y H₂O y producir energía. Alternativamente, dichas cadenas pueden ser derivadas a las vías de gluconeogénesis (aminoácidos glucogénicos) o de síntesis de ácidos grasos o cuerpos cetónicos (aminoácidos cetogénicos). En la figura 2 se esquematiza lo expuesto.

En el ser humano, la principal fuente de sustancias nitrogenadas son las proteínas de la dieta.

Alimentos ricos en proteínas.

Entre estos tenemos a los de origen animal: carnes, huevos y leche de cabra; y a los de origen vegetal, donde la soja ocupa el primer lugar en contenido proteico (ojo con los transgenicos), seguida por los cereales no procesados. Los alimentos de origen animal de pasto, son también llamados alimentos con proteínas de alto valor biológico, debido a que contienen gran cantidad de aminoácidos que el cuerpo requiere en forma indispensable por no poder sintetizarlos (esenciales); por el contrario, las proteínas aportadas por la soja, por ejemplo, son de muy bajo valor biológico por su bajo contenido en aminoácidos esenciales.

Problemas ocurren en el organismo por la carencia o exceso de este Elemento

Ya que el nitrógeno no tiene una dosis mínima o máxima en el cuerpo humano entonces tampoco se sabe que ocasiona la carencia o el exceso de este. Pero podríamos hablar de carencia o el exceso de las proteínas en el cuerpo humano. 

Podemos decir que el nitrógeno se presenta como proteínas en el cuerpo humano entonces podemos expresar que consecuencias trae el exceso o la carencia de proteínas en el cuerpo

La falta de proteínas:

La falta de proteínas produce serios efectos en el cuerpo humano, especialmente la falta de triptofano, lisina y metionina. La principal problemática por esta causa se sitúa en los países del denominado Tercer Mundo, donde las tasas de malnutrición son elevadas. No ingerir las proteínas suficientes afecta al desarrollo de la capacidad intelectual, y también reduce las defensas para luchar contra virus y bacterias al afectar al caudal de leucocitos. En los países desarrollados, estas carencias suelen producirse sin embargo por dietas no adecuadas de adelgazamiento, o en enfermos convalecientes. 

El exceso de proteínas:

Tampoco es recomendable ingerir proteínas en exceso, ya que el organismo no es capaz de almacenarlas, y las convierte en ácidos grasos, azúcares, amoniaco y aminas, afectando al hígado y los riñones que no pueden filtrar tantos residuos tóxicos. Incluso puede inducir a la descalcificación de los huesos a largo plazo, ya que impide la fijación del calcio, e inducir a reacciones exageradas del sistema autoinmune, provocando alergias a proteínas como la caseína (presente en la leche), el glúten (trigo y cereales) u otras sustancias como el cacahuete o los mariscos y pescados. Por supuesto, el exceso de grasa acumulada incide también predispone a sufrir enfermedades cardiovasculares.