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Portada

 

 

Defensa química

en la naturaleza

 

Aspectos químicos

de las toxinas en plantas

y animales terrestres

 

 

Leonor Y. Vargas Méndez

Vladímir V. Kouznetsov

 

 

 

 

Universidad Industrial de Santander

Facultad de Ciencias

Escuela de Química

Bucaramanga, 2019

 

 

 

Página legal

 

 

Dedicatoria

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Este libro se dedica a un

desconocido donante,
que nos permitió
seguir viviendo.

 

 

 

 

Prefacio

Hace 20 años, la editorial de la Universidad Industrial de Santander publicó la primera edición del libro Defensa química en la naturaleza. Enfoque químico. Durante estos años, muchos estudiantes de la UIS (principalmente, los estudiantes de la carrera de Química) pudieron asistir al curso electivo que se dicta hasta ahora en la Escuela de Química. El curso, basado en las ideas de este libro, se puede dictar en diferentes universidades colombianas, para los estudiantes de las carreras de Química y Biología.

El avance vertiginoso de las ciencias naturales y el interés creciente de los estudiantes colombianos por los fundamentos químicos de la rica biodiversidad que los rodea mueven a la editorial de la UIS a plantear la conveniencia de realizar una segunda edición. El presente texto es una versión reformada, con una selección de temas muy especiales, que se relacionan con moléculas tóxicas de los dos reinos más importantes (animales y plantas terrestres). Se titula Defensa química en la naturaleza. Aspectos químicos de las toxinas en plantas y animales terrestres, y las modificaciones más importantes son:

 

 

Uniendo los elementos básicos de la química analítica y la química orgánica con los procesos biológicos que ayudan a la supervivencia de los organismos vivos, el nuevo texto explica cómo y por qué los animales y las plantas terrestres utilizan unas moléculas orgánicas tóxicas como medio de desarrollo, así como de reproducción exitosa en el mundo natural, lleno de luchas y de peligros. El nuevo texto también contiene información general sobre las técnicas de análisis de estas moléculas y sobre unos elementos básicos de síntesis orgánica, con los cuales se las puede preparar en el laboratorio químico. En este libro, los procesos biológicos, que ayudan a la supervivencia de las especies de los dos reinos más importantes, se analizan desde el punto de vista químico.

Se espera que el material del presente libro sea un soporte útil para los estudiantes de pregrado de las carreras de Química, Química Ambiental, Ecología Química, Biología y Química Farmacéutica. Este material también podría ser una guía básica para los estudiantes de posgrado y los profesores que quieren refrescar sus conocimientos en este campo. Las intenciones constantes de los autores era integrar estos temas tan diversos en un libro de fácil lectura, comprender los aspectos moleculares de la defensa química en los seres vivos y aportar un conocimiento básico sobre las relaciones químicas entre las especies.

El contenido del libro se ha organizado en siete capítulos. El primer capítulo contiene una pequeña introducción que define algunos términos y nociones necesarios para entender la idea principal y el contenido del libro, y prepara a los lectores para percibir la complejidad de las relaciones químicas (relaciones aleloquímicas) de las plantas y los animales terrestres. En el segundo capítulo, se describen de forma sencilla las técnicas de análisis necesarias en el aislamiento, la separación y la determinación correcta de las moléculas involucradas en estos procesos. Sin utilizar correctamente los modernos métodos físico-químicos, no es posible poseer e interpretar la información estructural de las sustancias participantes en las relaciones aleloquímicas, ya que la actividad biológica (incluida la toxicidad) depende de la estructura de un compuesto. Además, la cantidad de estas moléculas presentes en los organismos es muy pequeña para determinar la estructura mediante los métodos químicos clásicos (reacciones de grupos funcionales, síntesis, etc.), y, al mismo tiempo, en la mayoría de los casos, esta es bastante complicada.

Después de la etapa de aislamiento, purificación y análisis estructural de una molécula de interés, viene la pregunta de cómo se la puede preparar para tener suficiente cantidad en los ensayos biológicos o farmacológicos que se hacen siempre cuando se trata de moléculas bioactivas. Por eso, el tercer capítulo trata de explicar brevemente la esencia de la química orgánica sintética moderna, comentando las similitudes y diferencias entre reacciones químicas y reacciones metabólicas, por las cuales se sintetizan moléculas de interés. Los capítulos segundo y tercero no hacían parte de la primera edición del libro.

Los capítulos cuarto y quinto proporcionan ejemplos más importantes e interesantes de las moléculas tóxicas generadas por las plantas terrestres seleccionadas. Son también nuevos capítulos. Las plantas suministran a los animales y al hombre compuestos importantes para la construcción de los órganos y la generación de energías. También les proporcionan un sinfín de moléculas orgánicas que mejoran su estado de ánimo y salud (medicina natural y medicina moderna), y los protegen contra los impactos ambientales (ecología química) y los depredadores (defensa química). Al mismo tiempo, existen algunas plantas llenas de compuestos tóxicos que pueden causar mucho daño. Esas plantas se estudian en la toxicología. Todo eso se refleja de forma resumida en estos capítulos.

Los capítulos sexto y séptimo abordan los animales invertebrados (del filo de los artrópodos) y animales vertebrados (del filo de los tetrápodos), respectivamente. Ambos filos forman parte del reino animal o Zoa y obtienen energía por alimentación de otros organismos, en parte o en conjunto, a veces por medio de sus moléculas tóxicas, repelentes y venenosas. En estos capítulos se presta más atención a las clases Insecta, Arachnida y Myriapoda (del filo de los artrópodos), así como a los anfibios, los mamíferos, las aves y las serpientes (del filo de los tetrápodos), que tienen interrelaciones químicas muy interesantes, cuyas moléculas tóxicas sirven como armas químicas en su lucha eterna por la supervivencia, y algunas de estas se han convertido en medicamentos y agentes farmacológicos.

Las estructuras químicas de compuestos aislados de las plantas y los animales proporcionadas en este libro ayudan a comprender un poco la inmensa diversidad y complejidad de las moléculas. La descripción de su biogénesis y su preparación artificial ayuda a comprender su relación, lo que facilita la viabilidad en la aplicación de estas moléculas. A lo largo del texto, se trató de mantener una idea principal: demostrar las grandes perspectivas de la unión entre química (principalmente química orgánica sintética y química analítica) y biología, por medio del desarrollo de fitoquímica y otras ciencias afines, con el objetivo de enriquecer tanto la medicina natural como la medicina moderna. La combinación de los elementos básicos de estas disciplinas naturales es un único enfoque, importante para futuros estudios sobre los fundamentos químicos de la rica biodiversidad vegetal y animal de un país tropical como Colombia. Estas tareas corresponden a las nuevas generaciones de científicos jóvenes del presente y del futuro, y este texto será, en cierto modo, una guía en la búsqueda de información bioquímica útil para la sociedad colombiana.

Cada capítulo tiene su propia numeración de los esquemas (en total 128), y está ilustrado con figuras y tablas (173 y 22, respectivamente). En cada capítulo se expone una lista de literatura que se divide en tres partes: libros y capítulos recomendados, artículos científicos consultados durante la escritura del libro e información en la red.

Resumiendo, el presente texto trata de responder, entre otras, las siguientes preguntas: ¿para qué los animales y las plantas acumulan sustancias tóxicas? ¿De dónde provienen estas sustancias y cómo afectan su desarrollo y su crecimiento? ¿Qué efectos pueden ocasionar en el hombre estas sustancias? ¿Qué estructuras tienen estos compuestos? ¿Cuál es el carácter de la interacción entre diversas (o las mismas) especies de seres vivos? ¿Cómo se generan y para qué las moléculas tóxicas dentro un ser vivo? ¿Se pueden preparar estas moléculas en el laboratorio y usarlas con fines medicinales? ¿Cómo se defienden los escarabajos? ¿Cuántos componentes hay en el veneno de las serpientes?

El contenido del libro se seleccionó según criterios de los químicos que trabajan en el campo mixto entre la química orgánica, la fitoquímica y la ecología química. Los venenos de las plantas terrestres y las toxinas de animales terrestres (invertebrados y vertebrados) podrán ayudar a entender relaciones químicas complejas, y a aclarar el significado de sustancias tóxicas. En estos capítulos, se presentan interesantes ejemplos seleccionados por los autores para demostrar las interrelaciones y los vínculos estrechos que existen en materia de defensa química.

Es prácticamente imposible resumir y armonizar en un libro de este tamaño temas tan diferentes, extensos y prolijos como la química de los productos naturales, la fitoquímica, la ecología química, el metabolismo, la síntesis orgánica y la defensa de los vegetales y animales terrestres, desde el punto de vista químico y biológico. Se hizo un esfuerzo por describir las sustancias naturales más importantes involucradas en relaciones aleloquímicas, así como por ofrecer rutas conocidas de biogénesis de las toxinas más interesantes desde los puntos de vista biológico y biomédico.

Queremos expresar nuestros profundos agradecimientos a los médicos de falla cardiaca de la Fundación Cardiovascular de Colombia (sección Bucaramanga); sin ellos no hubiera sido posible terminar este libro ni soñar con otros proyectos científicos.

 

Leonor Y. Vargas Méndez

Vladimir V. Kouznetsov

Bucaramanga, julio de 2014 - julio de 2017