¡Bomba, y el calcio (Ca2+) pasa!

Estimado en la construcción e idolatrado en la biología, el calcio es el favorito entre los metales alcalinotérreos.  Su símbolo es Ca, tiene un número atómico de 20 y un peso atómico de 40 D. Es el gran maestro de las señales celulares; calcio es vida y muerte. Es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre y el metal más cuantioso en el cuerpo humano. La mayoría se encuentra en los huesos y dientes como fosfato de calcio. En promedio, el ser humano posee alrededor de 1 kg de este elemento.

 

Ancestral, pero joven

Los humanos utilizan los compuestos de calcio desde hace dos mil años, principalmente en la edificación de templos y pirámides. Como metal puro, fue aislado electrolíticamente en 1808 por Humphry Davy a partir de óxido de calcio y óxido de mercurio. Solo es blando, acompañado es duro. En efecto, se pueden hacer rebanadas de calcio puro con un cuchillo, pero cuando se combina con otros elementos, por ejemplo, oxígeno o carbono, da compuestos muy duros. El óxido de calcio (un compuesto muy abundante) es el mayor componente del cemento. Observe cuánta estructura construida con calcio. Un edificio por aquí, otro por allá; por todos lados hay calcio. Incluso hasta el agua se vuelve dura si en ésta se encuentran disueltos carbonato, sulfato o cloruro de calcio.

Los humanos no sólo utilizan el calcio en la construcción; también los caracoles y crustáceos lo emplean para construir sus caparazones y se podría decir que sus propias casas. Sus corazas las construyen principalmente a partir de carbonato de calcio. El mismo que se usa como aditivo en la industria alimentaria y hasta como antiácido estomacal.

Los caracoles y crustáceos emplean calcio para construir sus caparazones y se podría decir que sus propias casas.

 

El calcio es muy famoso, sus seguidores y admiradores se encuentran por todos lados y hasta tiene un club de fans: la sociedad europea del calcio.

Su nombre se origina del latín calx, que significa cal y es el término común para referirse al óxido de calcio. El calcio tiene un punto de fusión de 842 °C y su punto de ebullición es de 1484 °C. No prende con facilidad, pero cuando lo hace produce una flama roja brillante. El calcio tiene una densidad de 1.54 g/cm3 y es sólido a temperatura ambiente. Reacciona fácilmente al aire libre y con el agua, puede formar aleaciones con aluminio, berilio y cobre; se usa en la manufactura de otros metales como el uranio y el torio; también es usado para remover oxígeno en la formación de aleaciones. El calcio tiene 5 isótopos estables; esto quiere decir que hay átomos de calcio con diferente número de neutrones: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca y 46Ca. La configuración electrónica de calcio es [Ar] 4s2. Con sus dos electrones en el orbital 4s, puede formar los iones divalentes Ca2+, que es la forma en la que se desempeña en diversos procesos de vital importancia en los organismos vivos, y es su forma presentable ante su gran cantidad de seguidores.

Viviendo entre vecinos

Al Ca2+ le gusta vivir acompañado. Este catión divalente (ion positivo), aparte de formar compuestos inorgánicos cediendo su par de electrones del orbital de valencia, puede “acomodarse electrostáticamente” con alrededor de 6-8 átomos vecinos por medio de asociaciones de coordinación. A este tipo de compuestos se les conoce como quelatos o compuestos de coordinación. Cuando el calcio se organiza coordinadamente con otros átomos, se puede deshidratar muy rápidamente, tiene mucha flexibilidad hacia sus vecinos y posee una geometría irregular en su esfera de coordinación. Esto permite ser diez mil veces más reactivo que su homólogo Mg2+. Estas propiedades hacen que calcio haya ganado en la carrera evolutiva y hoy en día juegue roles importantes en los procesos celulares.

Desde el principio hasta el final

El calcio es el maestro de las señales biológicas. Hace unos dos mil millones de años ocurrió algo que se le conoce como la revolución eucariótica impulsada por calcio, que fue cuando dejó de ser mortal para la célula, convirtiéndose en el gran mensajero de los procesos celulares. Fue quizá la “flexibilidad” química de calcio lo que lo condujo a través de la evolución a ser el elegido como tal en los sistemas vivos. Ahora se sabe que las funciones regulatorias del calcio se dan desde la fertilización hasta la apoptosis. La contracción muscular, actividad membranal, división celular, morfogénesis, diferenciación, metabolismo, comunicación nerviosa, transporte de hormonas, flujo de vesículas, tienen algo en común en el calcio.

Ahora se sabe que las funciones regulatorias de calcio se dan desde la fertilización hasta la apoptosis.

Como director de la orquesta, como espectador en primera sala o como espectador en segunda fila

La concentración de calcio al exterior de la célula es 4 órdenes de magnitud mayor que la del interior. Para mantener esas concentraciones la célula se las ha arregla construyendo compuertas y sistemas de bombeo proteicos a través de las membranas celulares. El Ca2+ siempre está presente en la orquestada danza de la comunicación celular. El calcio puede iniciar el proceso de la liberación y exocitosis de los neurotransmisores en la transmisión sináptica. Puede actuar como metabolito primario y ser reconocido por diversas proteínas o bien actuar como segundo mensajero desencadenando vías de señalización al interior de la célula.

En el proceso de la contracción muscular, cuatro proteínas: actina, miosina, troponina y tropomiosina, y calcio; son los actores principales.

Veamos un ejemplo somero del calcio en acción. En el proceso de la contracción muscular, cuatro proteínas: actina, miosina, troponina y tropomiosina, y calcio; son los actores principales. En el proceso de la contracción, la concentración intracelular de calcio aumenta. Un potencial de acción (señal eléctrica) viaja a través del axón y llega a las terminales presinápticas en donde se libera un neurotransmisor (acetilcolina), que provoca un desbalance iónico (se abren compuertas proteicas) y se propaga la señal eléctrica a nivel de la membrana de la fibra muscular que llega hasta el retículo sarcoplásmico, liberando gran cantidad de iones de Ca2+. Estos iones se unen a la troponina y desplazan a la tropomiosina permitiendo la interacción entre miosina y actina. La repetición cíclica de este proceso da lugar a la contracción muscular.

Podemos asumir que el calcio en su presentación divalente hace maravillas con la vida. Simplemente sin calcio, o una mala regulación de este ion conducirá sin duda a la muerte celular. Por todos los procesos en los que calcio está implicado, es seguro que continuará con su club de fans y seguidores por un buen tiempo. C2

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Sobre el autor

Realizó sus estudios de posgrado (maestría y doctorado) en el Cinvestav Unidad Monterrey. Su tema de investigación fue sobre los efectos de neurotransmisores, anestésicos y iones en membranas de lípidos. Actualmente realiza una estancia posdoctoral en la UNAM. Es miembro del  SNI, nivel I.

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Realizó sus estudios de posgrado (maestría y doctorado) en el Cinvestav Unidad Monterrey. Su tema de investigación fue sobre los efectos de neurotransmisores, anestésicos y iones en...

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