Residuos nitrogenados
La naturaleza está llena de fenómenos hermosos y majestuosos. Atardeceres, la suave nieve de una fresca mañana de invierno, las flores en primavera. Caca de pájaro. De acuerdo, algunas partes de la naturaleza no son tan majestuosas, pero siguen siendo importantes. La vida existe porque la energía se puede transferir entre moléculas, pero este proceso nunca es perfecto y casi siempre resulta en algo que se desperdicia. Ahora bien, si un organismo desperdicia algo, es porque simplemente no puede usarlo, y eso significa que este producto de desecho probablemente sea dañino.
Ahora, las criaturas vivientes que no crean su propia energía mediante procesos como la fotosíntesis extraen gran parte de ella al consumir moléculas de proteínas. Cuando los aminoácidos dentro de las proteínas se descomponen para obtener energía, los pedazos sobrantes forman la molécula de amoníaco , tres átomos de hidrógeno unidos a un nitrógeno, que es una sustancia muy tóxica. Entonces, el organismo necesita deshacerse de él. Los desechos a base de nitrógeno formados a partir de procesos metabólicos o los desechos nitrogenados se pueden expulsar de varias formas. No es exactamente algo para hacer un póster motivador, pero sigue siendo tan importante como cualquier otra cosa en la majestuosidad de la naturaleza.
Formas de desechos nitrogenados
Muy bien, entonces, ¿cuáles son las formas básicas de residuos nitrogenados? Primero es simplemente el amoníaco , un residuo nitrogenado con una sola molécula de nitrógeno. Como dije, el amoníaco es muy tóxico, pero eliminarlo del cuerpo requiere mucha agua. Sin embargo, dado que esta es una molécula tan simple, no se necesita mucho esfuerzo para producir y expulsar del sistema, solo mucha, mucha agua.
La siguiente forma de desechos nitrogenados es la urea , una molécula de desechos nitrogenados con dos átomos de nitrógeno. La urea es menos tóxica que el amoníaco, por lo que puede permanecer en el cuerpo un poco más y se necesita menos agua para eliminarla. Pero también requiere más energía para producir.
La tercera forma principal de desechos nitrogenados es el ácido úrico , una molécula nitrogenada con cuatro átomos de nitrógeno. Este es el más complejo de los desechos nitrogenados comunes y requiere la mayor cantidad de energía para que lo produzca una célula, pero también obtiene la mayor cantidad de nitrógeno del cuerpo, no es tóxico y requiere muy poca agua para sacarlo del cuerpo.
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Entonces, ¿por qué los seres vivos necesitan tres tipos diferentes de desechos nitrogenados? ¿Por qué no todos los organismos que producen este tipo de desechos pueden depender únicamente del amoníaco? Bueno, ¿recuerdas que el amoníaco es realmente tóxico y necesita mucha agua para eliminarlo? ¿Cuántas criaturas tienen acceso constante, y quiero decir constante, a tanta agua? Los únicos animales que pueden eliminar continuamente esta cantidad de amoníaco de sus sistemas son los que viven en el agua, como las medusas y los peces óseos. Dado que estas criaturas están constantemente rodeadas de agua, pueden expulsar amoniaco continuamente.
Esto no es cierto para otras criaturas. Los mamíferos, por ejemplo, generalmente no están rodeados de agua todo el tiempo, por lo que no podemos deshacernos constantemente del amoníaco, que se acumularía en nuestros sistemas y nos envenenaría. Entonces, los mamíferos empaquetan y diluyen el amoníaco como urea. Esto es menos tóxico, por lo que puede permanecer en el sistema el tiempo suficiente para que el cuerpo acumule suficiente agua para eliminarlo.
Déjame preguntarte, ¿qué pasa cuando bebes mucha agua? La orina es la principal forma en que los animales eliminan la urea. Este sistema tuvo que desarrollarse porque los mamíferos evolucionaron en tierra firme y no podían eliminar constantemente el amoníaco de sus sistemas. Incluso los mamíferos marinos, como los delfines, procesan desechos nitrogenados como urea, gracias a la ascendencia evolutiva compartida con los mamíferos terrestres.
Entonces, ¿quién crea el último de los desechos nitrogenados? El ácido úrico es creado por reptiles y aves. Los reptiles se encontraban entre las primeras especies en evolucionar completamente en la tierra, y el hecho de que puedan empaquetar y eliminar desechos nitrogenados con tan poca agua es un antiguo artefacto de este proceso evolutivo. De manera similar, una de las formas en que podemos ver la ascendencia evolutiva compartida entre aves y reptiles es porque ambos procesan los desechos nitrogenados de la misma manera.
Entonces, ¿por qué no lo hacen los mamíferos? Bueno, ¿qué más tienen en común las aves y los reptiles que los mamíferos? Huevos con cáscara dura. Los huevos de pescado tienen cáscaras blandas a través de las cuales puede filtrarse el amoníaco. Los embriones de mamíferos se desarrollan dentro de un saco amniótico sin una cáscara dura, por lo que se puede eliminar la urea. Pero los huevos de reptiles y aves tienen cáscaras duras y no pueden expulsar productos de desecho. Entonces, con el tiempo, incluso la urea menos tóxica eventualmente envenenaría al embrión. El ácido úrico no es tóxico y puede almacenarse de forma segura dentro de los huevos sin envenenar los organismos en desarrollo. ¿Majestuoso? No, pero ¿útil? Puedes apostar.
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Resumen de la lección
Para organismos como nosotros que no pueden producir su propia energía, nuestras células a menudo convierten energía de proteínas. A medida que los aminoácidos dentro de las proteínas se descomponen, dejan unos pocos átomos que la célula no puede usar, que se unen para formar un desecho nitrogenado , un desecho a base de nitrógeno. Hay tres tipos principales.
El más básico es el amoníaco , una molécula altamente tóxica con un solo nitrógeno que es el subproducto natural de la descomposición de los aminoácidos. El amoníaco debe eliminarse constantemente del cuerpo y requiere mucha agua para hacerlo, por lo que las criaturas que evolucionaron y viven en el agua generalmente eliminan los desechos de esta manera, como los peces.
Otro residuo nitrogenado es la urea , una molécula ligeramente tóxica con dos átomos de nitrógeno. Los mamíferos eliminan los desechos de nitrógeno como urea, que requiere más energía para producir pero menos agua para eliminar, por lo que puede acumularse en el cuerpo un poco más.
La última de las principales formas de desechos es el ácido úrico , una molécula no tóxica con cuatro átomos de nitrógeno. Esto requiere la mayor cantidad de energía para producir, pero elimina la mayor parte del nitrógeno, requiere poca agua y no es tóxico, por lo que es útil para animales que ponen huevos duros como reptiles y aves. No todo en la naturaleza sería un gran protector de pantalla, pero cuando piensas en lo bien que funciona, debes admitir que es genial.
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