Objetivos de aprendizaje
- Describir las contribuciones que la química ha hecho a la medicina.
- Describir las formas en que la química ha contribuido al éxito de la agricultura moderna.
- Enumere las formas en que la química ha contribuido al desarrollo de materiales.
Química en Medicina
¿Cómo ha contribuido la química a la medicina?
La diabetes mellitus es una enfermedad caracterizada por la incapacidad del cuerpo para usar glucosa (un componente del azúcar de mesa). La glucosa es necesaria para proporcionar energía bioquímica a todas las células del cuerpo. Cuando el cuerpo no puede producir energía usando glucosa, comienza a descomponer la grasa y las proteínas para proporcionar la energía necesaria, lo que eventualmente conduce a la muerte.
La diabetes es el resultado de que el páncreas pierde la capacidad de producir insulina, una proteína que ayuda a que la glucosa entre en las células y se utilice para obtener energía bioquímica. Una pieza clave del rompecabezas que rodea nuestra comprensión de la diabetes llegó cuando Frederick Sanger, un bioquímico británico, llevó a cabo experimentos que le dieron la estructura de la molécula de insulina. Sanger utilizó técnicas y reacciones químicas básicas y tardó doce años en completar su investigación. Hoy en día, los instrumentos automatizados basados en su enfoque pueden realizar el mismo análisis en cuestión de días. Sanger fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1958 por su investigación en insulina.
La química ha hecho importantes contribuciones a la atención de la salud. El desarrollo de nuevos fármacos implica el análisis químico y la síntesis de nuevos compuestos. Muchos programas de televisión recientes anuncian la gran cantidad de nuevos medicamentos producidos por químicos.
Figura 1. Medicamento para el tratamiento de enfermedades.
El desarrollo de un nuevo medicamento es largo y complicado. Se debe estudiar la química de la enfermedad, así como la forma en que el medicamento afecta al cuerpo humano. Un medicamento puede funcionar bien en animales, pero no en humanos. De un centenar de medicamentos que parecen ayudar a tratar una enfermedad, solo un pequeño puñado resulta ser seguro y efectivo.
La química contribuye a la preparación y uso de materiales para cirugía (suturas, piel artificial y materiales estériles). Las suturas utilizadas en muchas cirugías de hoy en día no tienen que eliminarse, porque simplemente se disuelven en el cuerpo después de un período de tiempo. Los vasos sanguíneos de reemplazo para el corazón y otros tipos de cirugía a menudo están hechos de productos químicos que no reaccionan con los tejidos, por lo que no serán rechazados por el cuerpo. La piel artificial se puede usar para reemplazar la piel humana en pacientes con quemaduras.
Figura 2. Procedimiento quirúrgico.
Las pruebas de laboratorio clínico utilizan una amplia variedad de técnicas químicas e instrumentación para el análisis. Las pruebas de laboratorio clínico nos permiten responder a las preguntas más comunes, como «¿su colesterol es alto?»y» ¿tienes diabetes?»Algunas de las pruebas de laboratorio utilizan técnicas simples. Otros procesos incluyen equipos complejos y análisis computarizado de los datos para realizar mediciones en un gran número de muestras de pacientes.
Figura 3. Muestras de sangre para análisis de laboratorio.
Las pruebas de laboratorio han llegado a la farmacia local o a la tienda de comestibles debido a los avances en química. Puede analizar su glucosa en sangre con un dispositivo portátil sencillo que realiza una prueba química en la muestra de sangre y le indica cuánta glucosa está presente, lo que permite a un paciente diabético regular cuánta insulina administrar (la química también se usa para producir la insulina y la jeringa desechable que administra el medicamento).
Figura 4. Dispositivo de análisis de glucosa en sangre.
Resumen
- La química encuentra muchas aplicaciones en el campo de la salud.
- El desarrollo de medicamentos implica muchos procesos químicos complicados.
- La química se utiliza para crear materiales utilizados en cirugía.
- Muchas pruebas de laboratorio se basan en técnicas químicas.
Práctica
Utilice este recurso para responder a las siguientes preguntas:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- ¿Qué es un antibiótico?
- ¿Qué hace un analgésico?
- ¿En qué se diferencia un antiséptico de un antibiótico?
Repase
- ¿Qué químico falta en el paciente diabético?
- ¿Quién descubrió la estructura de la insulina?
- ¿Qué dos cosas deben estudiarse para desarrollar un nuevo medicamento?
- Enumere dos áreas en las que la química ha ayudado a los pacientes quirúrgicos
- ¿Qué análisis de sangre se puede realizar con material comprado en su farmacia local?
Agricultura
¿Cómo ayuda la química al éxito de los cultivos?
En primavera, muchas personas comienzan a plantar sus jardines. Ven anuncios en catálogos o compran en la sección de jardinería de una tienda local para obtener ideas. Se selecciona el lugar correcto en el jardín, se colocan semillas o plantas en el suelo y luego se espera. Ya se trate de un pequeño jardín doméstico o de una gran granja de mil acres, la química contribuye en gran medida al éxito del cultivo.
Los cultivos necesitan tres cosas para un buen crecimiento: agua, nutrientes del suelo y protección contra depredadores como insectos. La química ha hecho importantes contribuciones en las tres áreas. La purificación del agua utiliza una serie de técnicas químicas y físicas para eliminar sales y contaminantes que contaminarían el suelo. El análisis químico del suelo permite al cultivador ver qué nutrientes faltan para poder agregarlos. En la primavera, las tiendas de comestibles, ferreterías y centros de jardinería tienen grandes pilas de bolsas que contienen fertilizantes y herbicidas que enriquecen el suelo y mantienen las plantas no deseadas. Estas mismas tiendas también proporcionan una serie de aerosoles o tratamientos sólidos para insectos que de otra manera podrían tener un refrigerio en las plantas.
Figura 5. Campo de trigo de Idaho.
Purificación de Agua
Figura 6. Equipo de desalinización.
El agua dulce es esencial para los buenos cultivos. En algunas áreas del mundo, hay suficiente lluvia para llevar a cabo esta tarea. En otros lugares, se debe proporcionar agua para que los cultivos crezcan. En todo el mundo, el riego cubre alrededor del 18% de las tierras agrícolas y produce alrededor del 40% de los cultivos. El proceso de desalinización es una fuente importante de agua más limpia en muchas partes del mundo .
El agua de mar se trata para eliminar sales y el agua resultante se puede utilizar para el riego sin contaminar el suelo con materiales que dañen las plantas en crecimiento.
Nutrientes del suelo
Figura 7. El hombre esparce químicos en el suelo.
En muchas áreas del mundo, el suelo es deficiente en nutrientes esenciales. Es posible que varios minerales como el fósforo, el potasio, el calcio y el magnesio no estén presentes en cantidades lo suficientemente grandes como para causar un buen crecimiento de las plantas. El nitrógeno es extremadamente importante para los buenos cultivos.
El análisis de suelos está disponible en una variedad de laboratorios. Los servicios locales de extensión universitaria pueden proporcionar información valiosa sobre la composición de un suelo y también harán sugerencias sobre los tipos y cantidades de nutrientes necesarios. Los fertilizantes se pueden comprar y agregar al suelo para enriquecerlo y garantizar un mejor rendimiento de los cultivos.
Control de insectos
Incluso si el cultivo crece bien, todavía existe la posibilidad de daños por insectos o plagas. El insecto o plaga puede consumir el cultivo o dañarlo hasta el punto en que no crecerá bien. Las infestaciones de gusanos armados pueden causar daños importantes a los cultivos de maíz y cereales. Los áfidos y gorgojos son los principales depredadores de los cultivos de algodón. Si no se controlan estas plagas, se producirán daños generalizados en los cultivos y pérdidas financieras para el agricultor.
Los químicos y otros científicos han desarrollado una amplia variedad de pesticidas para hacer frente a todas estas plagas. El enfoque básico es que el pesticida interfiera con algún proceso bioquímico en la plaga. Idealmente, el pesticida no afectará a otros organismos vivos, pero este no siempre es el caso. Es muy importante leer las etiquetas y observar todas las precauciones al usar pesticidas.
Resumen
- Los nutrientes para las plantas son muy importantes para un buen crecimiento de las plantas.
- El análisis químico del suelo puede indicar a los agricultores o jardineros qué nutrientes se necesitan.
- Los químicos han desarrollado muchos pesticidas que matarán a los depredadores de plantas, como el gusano del ejército y el gorgojo del bol.
Práctica
Utilice este recurso para responder a las siguientes preguntas:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- ¿Qué es un macronutriente?
- ¿Qué es un micronutriente?
- Enumere dos ejemplos de cada tipo de nutriente
- ¿Qué hace cada uno de estos nutrientes para la planta?
Repase
- Enumere tres cosas que los cultivos necesitan para un buen crecimiento.
- ¿Cuánta del agua utilizada en la agricultura proviene del riego?
- ¿Qué fracción de cultivos se cultivan con riego?
- ¿Por qué es necesario añadir nutrientes al suelo?
- ¿Cómo funcionan los pesticidas?
Materiales
¿Cómo afecta la química a la ropa que usamos?
La investigación química a menudo está llena de sorpresas. Una de esas sorpresas le llegó a Stephanie Kwolek de la DuPont Chemical company. Estaba trabajando en un tipo de material conocido como polímeros. Estos productos químicos habían existido durante un tiempo y se estaban utilizando para nuevos tipos de textiles. Kwolek buscaba un producto de petróleo fuerte y rígido. Se le ocurrió un material que no se parecía al polímero promedio. Pero ella hizo una corazonada y la convirtió en hilos. Este nuevo material tenía una rigidez nueve veces superior a la de cualquiera de los polímeros conocidos de la época. La investigación y el desarrollo posteriores condujeron a la producción de Kevlar, un material que ahora se usa ampliamente en chalecos antibalas (ver la figura anterior). Además, el kevlar ha encontrado una amplia aplicación en velas de carreras, neumáticos de automóviles, frenos y ropa resistente al fuego que usan los bomberos.
Electrónica
Figura 9. Calculadora con pantalla de cristal líquido.
Los químicos participan en el diseño y la producción de nuevos materiales. Algunos de los materiales que los químicos han ayudado a descubrir o desarrollar en los últimos años incluyen polímeros, cerámicas, adhesivos, recubrimientos y cristales líquidos. Los cristales líquidos se utilizan en pantallas electrónicas, como en relojes y calculadoras. El chip de computadora basado en silicio ha revolucionado la sociedad moderna y los químicos han desempeñado un papel clave en su diseño y mejora continua. La calculadora que se muestra a continuación utiliza una pantalla de cristal líquido y chips dentro del dispositivo.
Superconductores
Muchos químicos trabajan actualmente en el campo de la superconductividad. Los superconductores son materiales capaces de conducir electricidad con un 100% de eficiencia, lo que significa que no se pierde energía durante la transmisión eléctrica, como sucede con los materiales conductores convencionales como el cable de cobre. El desafío es diseñar materiales que puedan actuar como superconductores a temperaturas normales, en lugar de ser capaces de superconductores a temperaturas muy bajas.
Ropa
Figura 10. Espátula de nailon.
Las fibras que componen los materiales para nuestra ropa son naturales o hechas por el hombre. La seda y el algodón serían ejemplos de fibras naturales. La seda es producida por el gusano de seda y el algodón se cultiva como planta. Las telas hechas por el hombre incluyen nylon, orlon y varios otros polímeros. Estos materiales están hechos de hidrocarburos que se encuentran en productos derivados del petróleo. Los polímeros sintéticos también se utilizan en zapatos, ropa impermeable y artículos de camping. Los tejidos sintéticos tienden a ser más ligeros que los naturales y se pueden tratar para hacerlos más resistentes al agua y duraderos.
Los materiales desarrollados originalmente como textiles están encontrando una amplia variedad de otros usos. El nailon se encuentra en varios utensilios de plástico. Aprovechando su resistencia y peso ligero, el nylon es un componente de cuerdas, redes de pesca, tiendas de campaña y paracaídas.
Resumen
- Los químicos producen materiales para electrónica, superconductores, textiles y otras aplicaciones.
Práctica
Utilice el siguiente enlace para responder a las siguientes preguntas:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- ¿Quién desarrolló el nailon?
- ¿Para qué empresa trabajaba?
- Enumere tres propiedades del nylon.
Revisión
- ¿Quién desarrolló el Kevlar?
- ¿Dónde se utilizan los cristales líquidos?
- ¿Qué es un superconductor?
- ¿De qué están hechos los polímeros sintéticos?
Glosario
- desalinización: Este proceso proporciona una fuente importante de agua más limpia en muchas partes del mundo.
- diabetes mellitus: Una enfermedad caracterizada por la incapacidad del cuerpo para usar glucosa (un componente del azúcar de mesa).
- insulina: Proteína que ayuda a que la glucosa entre en las células y se utilice para obtener energía bioquímica.
- Kevlar: Un material ahora ampliamente utilizado en chalecos antibalas. Además, ha encontrado una amplia aplicación en velas de carreras, neumáticos de automóviles, frenos y ropa resistente al fuego que usan los bomberos.
- cristal líquido: Utilizado en pantallas electrónicas, relojes y calculadoras.
- nutriente: Vitaminas y minerales que permiten que un organismo crezca.
- nylon: Tejido hecho por el hombre. El material está hecho de hidrocarburos que se encuentran en productos derivados del petróleo. Se encuentra en una serie de utensilios de plástico. Aprovechando su resistencia y peso ligero, el nylon es un componente de cuerdas, redes de pesca, tiendas de campaña y paracaídas.
- pesticida: Químicos que matarán a los depredadores de plantas. Desarrollado para preservar el crecimiento de las plantas, sin la interferencia de depredadores de plantas.
- superconductor: Materiales capaces de conducir electricidad con un 100% de eficiencia, lo que significa que no se pierde energía durante la transmisión eléctrica, como sucede con los materiales conductores convencionales como el cable de cobre.