Selección y Biodisponibilidad de los Elementos Químicos.

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1 Selección y Biodisponibilidad de los Elementos Químicos

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3 SERIE DE IRVING-WILLIAMS Orden creciente de la energía de unión de los cationes a casi cualquier anión: Mn 2+ < Fe 2+ < Co 2+ < Ni 2+ < Cu 2+ < Zn 2+ La serie de Irving-Williams domina la química, la bioquímica y la geoquímica de estos metales en infinidad de compuestos

4 Secuencia de la Selección Natural de los Elementos Químicos Síntesis nuclearSelección en base a las fuerzas y cinéticas nucleares ÁtomosFormados por interacciones electrostáticas Síntesis de moléculasSelección en base a la abundancia relativa y carácter electrostático de los elementos químicos Estados condensadosSelección en base a las barreras energéticas, trampas cinéticas, separación gravitacional, etc. Sistemas vivosSelección en base a las actividades cinéticas cooperativas, mecanismos de realimentación y valores funcionales en busca de la supervivencia Sistemas fabricados Selección en base al entendimiento, propósito y finalidad, valor por el hombrefuncional, protección, confort y placer

5 A + B AB A Energía (luz) AB Energía (calor) sistema aislado La invención de la membrana es uno de los grandes descubrimientos de la evolución B

6 A + B AB A Energía (luz) AB Energía (calor) sistema aislado B k1k1 k2k2 k3k3 k5k5 k4k4 El mantenimiento del flujo unidireccional A + B -> AB en el sistema aislado requiere complejos mecanismos de regulación de las constantes cinéticas, equilibrios químicos y parámetros termodinámicos

7 Compuestos químicos en equilibrio entre dos fases

8 Sólido AB Gas: A + B + C Líquido: A + B + C Sólido AC Equilibrio entre cuatro fases y cinco compuestos químicos

9 Diagrama de fases del agua 0,01100 1 6 x 10 -3 HIELO LÍQUIDO VAPOR T (ºC) P (atm) 374 º 220 atm

10 Cu Fe S 2- SO 4 2- Time (10 9 years ago) 4 3 2 1 0 Availability (Adapted from Williams & Silva, 1997)

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12 Constantes de solubilidad Cu(OH) 2 Sustancia K sp CuS Fe(OH) 3 FeS 1,6 x 10 -19 6 x 10 -36 4 x 10 -38 6 x 10 -16

13 H 2 -0.4 +0.8 H 3 O + O 2 0 CH 4 CO 2 NH 4 + N 2 NO 3 - H 2 S S SO 4 2- PH 3 H 2 PO 4 - H 2 O Fe 2+ Fe(OH) 3 Cu CuO 2 Cu 2+ Redox potential at pH 7.0 (V) H O C N S P Fe Cu bioelements

14 Disponibilidad cambiante de los elementos Cu y Fe al aumentar la concentración de dioxígeno CuS + 3/2O 2 CuO + SO 2 4FeS 4FeO + O 2 2Fe 2 O 3

15 Navarro et al. (1997) J. Biol. Inorg. Chem. 2, 11-22

16 Compuestos químicos atrapados

17 Compuestos químicos en flujo rápido

18 Compuestos fabricados por el hombre en estado estacionario