La cinética química , también conocida como cinética de reacción , es la rama de la química física que se ocupa de comprender las tasas de reacciones químicas. Debe contrastarse con la termodinámica, que se ocupa de la dirección en la que ocurre un proceso pero en sí misma no dice nada acerca de su velocidad. La cinética química incluye investigaciones sobre cómo las diferentes condiciones experimentales pueden influir en la velocidad de una reacción química y proporcionar información sobre el mecanismo de reacción y los estados de transición , así como la construcción de modelos matemáticos que también pueden describir las características de una reacción química.
Historia [ editar ]
En 1864, Peter Waage y Cato Guldberg fueron pioneros en el desarrollo de la cinética química al formular la ley de la acción de masas , que establece que la velocidad de una reacción química es proporcional a la cantidad de las sustancias que reaccionan. [1] [2] [3]
Van 't Hoff estudió dinámica química y en 1884 publicó sus famosos "Études de dynamique chimique". [4] En 1901 fue galardonado con el primer Premio Nobel de Química "en reconocimiento de los servicios extraordinarios que ha prestado por el descubrimiento de las leyes de la dinámica química y la presión osmótica en soluciones". [5] Después de van 't Hoff, la cinética química se ocupa de la determinación experimental de las velocidades de reacción a partir de las cuales se derivan las leyes y las constantes de velocidad . Existen leyes de velocidadrelativamente simples para reacciones de orden cero (para las cuales las velocidades de reacción son independientes de la concentración), reacciones de primer orden yreacciones de segundo orden , y pueden derivarse para otros. Las reacciones elementales siguen la ley de la acción de masas , pero la ley de velocidad de las reacciones escalonadas debe derivarse combinando las leyes de velocidad de los diversos pasos elementales, y puede volverse bastante compleja. En reacciones consecutivas, el paso determinante de la frecuencia a menudo determina la cinética. En reacciones consecutivas de primer orden, una aproximación de estado estable puede simplificar la ley de velocidad . La energía de activación para una reacción se determina experimentalmente a través de la ecuación de Arrhenius y la ecuación de Eyring . Los principales factores que influyen en ella velocidad de reacción incluye: el estado físico de los reactivos, las concentraciones de los reactivos, la temperatura a la que ocurre la reacción y si hay o no catalizadores presentes en la reacción.
Gorban y Yablonsky han sugerido que la historia de la dinámica química se puede dividir en tres eras. [6] La primera es la onda de van 't Hoff que busca las leyes generales de las reacciones químicas y relaciona la cinética con la termodinámica. La segunda puede llamarse onda Semenov - Hinshelwood con énfasis en los mecanismos de reacción, especialmente para las reacciones en cadena . El tercero está asociado con Aris y la descripción matemática detallada de las redes de reacción química.
Factores que afectan la velocidad de reacción [ editar ]
Naturaleza de los reactivos [ editar ]
La velocidad de reacción varía según las sustancias que reaccionan. Las reacciones ácido / base, la formación de sales y el intercambio iónico suelen ser reacciones rápidas. Cuando se produce la formación de enlaces covalentes entre las moléculas y cuando se forman moléculas grandes, las reacciones tienden a ser más lentas.
La naturaleza y la fuerza de los enlaces en las moléculas reactivas influyen enormemente en la velocidad de su transformación en productos.
Estado físico [ editar ]
El estado físico ( sólido , líquido o gaseoso ) de un reactivo también es un factor importante de la tasa de cambio. Cuando los reactivos están en la misma fase , como en una solución acuosa , el movimiento térmico los pone en contacto. Sin embargo, cuando están en diferentes fases, la reacción se limita a la interfaz entre los reactivos. La reacción solo puede ocurrir en su área de contacto; en el caso de un líquido y un gas, en la superficie del líquido. Puede ser necesario agitar y agitar vigorosamente para completar la reacción. Esto significa que cuanto más finamente se divide un reactivo sólido o líquido, mayor es su área de superficie por unidad de volumeny cuanto más contacto tenga con el otro reactivo, más rápida será la reacción. Para hacer una analogía, por ejemplo, cuando se inicia un incendio, se usan astillas de madera y ramas pequeñas; no se comienza con troncos grandes de inmediato. En química orgánica, las reacciones al agua son la excepción a la regla de que las reacciones homogéneas tienen lugar más rápido que las reacciones heterogéneas.
Área de superficie de sólidos [ editar ]
En un sólido, solo las partículas que están en la superficie pueden participar en una reacción. La trituración de un sólido en partes más pequeñas significa que hay más partículas presentes en la superficie, y aumenta la frecuencia de colisiones entre estas y las partículas reactivas, por lo que la reacción ocurre más rápidamente. Por ejemplo, el sorbete (polvo) es una mezcla de polvo muy fino de ácido málico (un ácido orgánico débil) e hidrogenocarbonato de sodio . En contacto con la saliva en la boca, estos productos químicos se disuelven y reaccionan rápidamente, liberando dióxido de carbono y proporcionando la sensación de gas. También fuegos artificialesLos fabricantes modifican el área de superficie de los reactivos sólidos para controlar la velocidad a la que se oxidan los combustibles en los fuegos artificiales, utilizando esto para crear diferentes efectos. Por ejemplo, el aluminio finamente dividido confinado en una carcasa explota violentamente. Si se utilizan piezas de aluminio más grandes, la reacción es más lenta y se ven chispas a medida que se expulsan piezas de metal en llamas.
Concentración [ editar ]
Las reacciones se deben a colisiones de especies reactivas. La frecuencia con la cual las moléculas o iones chocan depende de sus concentraciones . Cuanto más abarrotadas estén las moléculas, más probable es que choquen y reaccionen entre sí. Por lo tanto, un aumento en las concentraciones de los reactivos generalmente dará como resultado el aumento correspondiente en la velocidad de reacción, mientras que una disminución en las concentraciones generalmente tendrá un efecto inverso. Por ejemplo, la combustión ocurrirá más rápidamente en oxígeno puro que en aire (21% de oxígeno).
La ecuación de velocidad muestra la dependencia detallada de la velocidad de reacción de las concentraciones de reactivos y otras especies presentes. Son posibles diferentes formas matemáticas dependiendo del mecanismo de reacción . La ecuación de velocidad real para una reacción dada se determina experimentalmente y proporciona información sobre el mecanismo de reacción. La expresión matemática de la ecuación de velocidad a menudo viene dada por
aquí es la constante de velocidad de reacción ,es la concentración molar del reactivo i yes el orden parcial de reacción para este reactivo. El orden parcial de un reactivo solo se puede determinar experimentalmente y, a menudo, es diferente de su coeficiente estequiométrico .
Temperatura [ editar ]
La temperatura generalmente tiene un efecto importante en la velocidad de una reacción química. Las moléculas a una temperatura más alta tienen más energía térmica . Aunque la frecuencia de colisión es mayor a temperaturas más altas, esto solo contribuye en una proporción muy pequeña al aumento en la velocidad de reacción. Mucho más importante es el hecho de que la proporción de moléculas reactivas con energía suficiente para reaccionar (energía mayor que la energía de activación : E > E a ) es significativamente mayor y se explica en detalle por la distribución de energías moleculares de Maxwell-Boltzmann .
La 'regla general' de que la tasa de reacciones químicas se duplica por cada aumento de temperatura de 10 ° C es un error común. Esto puede haberse generalizado a partir del caso especial de los sistemas biológicos, donde el α (coeficiente de temperatura) suele estar entre 1,5 y 2,5.
La cinética de una reacción también se puede estudiar con un enfoque de salto de temperatura . Esto implica usar un aumento brusco de la temperatura y observar el tiempo de relajación del retorno al equilibrio. Una forma particularmente útil de aparato de salto de temperatura es un tubo de choque , que puede saltar rápidamente la temperatura de un gas en más de 1000 grados.
Catalizadores [ editar ]
Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reacción química pero luego permanece químicamente sin cambios. El catalizador aumenta la velocidad de la reacción al proporcionar un mecanismo de reacción diferente para que ocurra con una energía de activación más baja . En la autocatálisis, un producto de reacción es en sí mismo un catalizador para esa reacción que conduce a una retroalimentación positiva . Las proteínas que actúan como catalizadores en las reacciones bioquímicas se denominan enzimas . La cinética de Michaelis-Mentendescribe la tasa de reacciones mediadas por enzimas. Un catalizador no afecta la posición del equilibrio, ya que el catalizador acelera las reacciones hacia atrás y hacia adelante por igual.
En ciertas moléculas orgánicas, los sustituyentes específicos pueden influir en la velocidad de reacción en la participación del grupo vecino . [ cita requerida ]
Presión [ editar ]
El aumento de la presión en una reacción gaseosa aumentará el número de colisiones entre los reactivos, aumentando la velocidad de reacción. Esto se debe a que la actividad de un gas es directamente proporcional a la presión parcial del gas. Esto es similar al efecto de aumentar la concentración de una solución.
Además de este efecto directo de acción de masas, los coeficientes de velocidad pueden cambiar debido a la presión. Los coeficientes de velocidad y los productos de muchas reacciones de fase gaseosa a alta temperatura cambian si se agrega un gas inerte a la mezcla; Las variaciones de este efecto se llaman caída y activación química . Estos fenómenos se deben a reacciones exotérmicas o endotérmicas que ocurren más rápido que la transferencia de calor, lo que hace que las moléculas que reaccionan tengan distribuciones de energía no térmica (distribución no Boltzmann ). El aumento de la presión aumenta la velocidad de transferencia de calor entre las moléculas que reaccionan y el resto del sistema, reduciendo este efecto.
Los coeficientes de velocidad de fase condensada también pueden verse afectados por la presión (muy alta); Este es un efecto completamente diferente a la caída o la activación química. A menudo se estudia con yunques de diamantes .
La cinética de una reacción también se puede estudiar con un enfoque de salto de presión . Esto implica hacer cambios rápidos en la presión y observar el tiempo de relajación del retorno al equilibrio.
Absorción de luz [ editar ]
La energía de activación para una reacción química puede proporcionarse cuando una molécula reactiva absorbe luz de longitud de onda adecuada y se promueve a un estado excitado . El estudio de las reacciones iniciadas por la luz es la fotoquímica , un ejemplo destacado es la fotosíntesis .
Métodos experimentales [ editar ]
La determinación experimental de las velocidades de reacción implica medir cómo cambian las concentraciones de reactivos o productos con el tiempo. Por ejemplo, la concentración de un reactivo se puede medir por espectrofotometría a una longitud de onda donde ningún otro reactivo o producto en el sistema absorbe la luz.
Para las reacciones que toman al menos varios minutos, es posible comenzar las observaciones después de que los reactivos se hayan mezclado a la temperatura de interés.
Reacciones rápidas [ editar ]
Para reacciones más rápidas, el tiempo requerido para mezclar los reactivos y llevarlos a una temperatura específica puede ser comparable o más larga que la vida media de la reacción. [7] Los métodos especiales para iniciar reacciones rápidas sin un paso lento de mezcla incluyen
- Métodos de flujo detenido , que pueden reducir el tiempo de mezcla al orden de un milisegundo [7] [8] [9]
- Los métodos de relajación química , como el salto de temperatura y el salto de presión , en los que un sistema premezclado inicialmente en equilibrio se perturba por calentamiento rápido o despresurización, de modo que ya no está en equilibrio, y se observa la relajación de nuevo al equilibrio. [7] [10] [11] [12] Por ejemplo, este método se ha utilizado para estudiar la neutralización H 3 O + + OH - con una vida media de 1 μs o menos en condiciones normales. [7] [12]
- Fotólisis flash , en la que un pulso láser produce especies altamente excitadas, como los radicales libres , cuyas reacciones se estudian. [9] [13] [14] [15]
Equilibrio [ editar ]
Mientras que la cinética química se refiere a la velocidad de una reacción química, la termodinámica determina el grado en que ocurren las reacciones. En una reacción reversible , el equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directas e inversas son iguales [el principio del equilibrio dinámico ] y las concentraciones de los reactivos y productos ya no cambian. Esto se demuestra, por ejemplo, mediante el proceso Haber-Bosch para combinar nitrógeno e hidrógeno para producir amoníaco. Las reacciones químicas del reloj , como la reacción de Belousov-Zhabotinsky, demuestran que las concentraciones de los componentes pueden oscilar durante mucho tiempo antes de finalmente alcanzar el equilibrio.
Energía libre [ editar ]
En términos generales, el cambio de energía libre (ΔG) de una reacción determina si se producirá un cambio químico, pero la cinética describe la rapidez de la reacción. Una reacción puede ser muy exotérmica y tener un cambio de entropía muy positivo, pero no sucederá en la práctica si la reacción es demasiado lenta. Si un reactivo puede producir dos productos diferentes, el termodinámicamente más estable tendrá una forma general, excepto en circunstancias especiales cuando se dice que la reacción está bajo control de reacción cinética . El principio de Curtin-Hammettse aplica al determinar la proporción del producto para dos reactivos que se interconvierten rápidamente, cada uno de los cuales va a un producto diferente. Es posible hacer predicciones sobre las constantes de la velocidad de reacción para una reacción de las relaciones de energía libre .
El efecto cinético del isótopo es la diferencia en la velocidad de una reacción química cuando un átomo en uno de los reactivos es reemplazado por uno de sus isótopos .
La cinética química proporciona información sobre el tiempo de residencia y la transferencia de calor en un reactor químico en ingeniería química y la distribución de la masa molar en la química de polímeros . También proporciona información en ingeniería de corrosión .
Aplicaciones y modelos [ editar ]
Los modelos matemáticos que describen la cinética de la reacción química brindan a los químicos e ingenieros químicos herramientas para comprender y describir mejor los procesos químicos como la descomposición de alimentos, el crecimiento de microorganismos, la descomposición del ozono estratosférico y la química de los sistemas biológicos. Estos modelos también se pueden usar en el diseño o modificación de reactores químicos para optimizar el rendimiento del producto, separar los productos de manera más eficiente y eliminar los subproductos perjudiciales para el medio ambiente. Al realizar el craqueo catalítico de hidrocarburos pesados en gasolina y gas liviano, por ejemplo, se pueden usar modelos cinéticos para encontrar la temperatura y la presión a las que se producirá el mayor rendimiento de hidrocarburos pesados en la gasolina.
La cinética química se valida y explora con frecuencia mediante el modelado en paquetes especializados en función de la resolución de ecuaciones diferenciales ordinarias (resolución de EDO) y el ajuste de curvas .
La descomposición en animales es un proceso que comienza inmediatamente después de la muerte e implica la destrucción de los tejidos blandos, dejando restos esqueletizados. El proceso químico de descomposición es complejo e implica la descomposición de los tejidos blandos, a medida que el cuerpo pasa por las etapas secuenciales de descomposición . [1] La autólisis y la putrefacción también juegan un papel importante en la desintegración de células y tejidos. [2]
El cuerpo humano está compuesto de aproximadamente: 64% de agua , 20% de proteínas , 10% de grasas , 1% de carbohidratos , 5% de minerales . [3] La descomposición de los tejidos blandos se caracteriza por la descomposición de estas macromoléculas y, por lo tanto, una gran proporción de los productos de descomposición debe reflejar la cantidad de proteína y contenido de grasa inicialmente presente en el cuerpo. [4] Como tal, el proceso químico de descomposición implica la descomposición de proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y huesos.
Degradación de proteínas [ editar ]
Las proteínas forman una variedad de tejidos diferentes dentro del cuerpo, que pueden clasificarse como proteínas de tejidos blandos o duros. Como tal, las proteínas dentro del cuerpo no se degradan a una velocidad uniforme.
Proteólisis [ editar ]
La proteólisis es el proceso que descompone las proteínas. Está regulado por la humedad, la temperatura y las bacterias. [5] Este proceso no ocurre a una velocidad uniforme y, por lo tanto, algunas proteínas se degradan durante la descomposición temprana, mientras que otras se degradan durante las etapas posteriores de descomposición. Durante las primeras etapas de descomposición, las proteínas de los tejidos blandos se descomponen. Estos incluyen proteínas que:
- revestir el tracto gastrointestinal y el epitelio pancreático
- forman el cerebro , el hígado y los riñones [6]
Durante las últimas etapas de descomposición, las proteínas tisulares más resistentes se degradan por los efectos de la putrefacción . Éstos incluyen:
- reticulina
- proteína muscular
- colágeno (una proteína de tejido duro), que sobrevive incluso más tiempo que las proteínas de tejido anteriores [4]
La queratina es una proteína que se encuentra en la piel, el cabello y las uñas. Es más resistente a las enzimas involucradas en la proteólisis y debe ser descompuesto por microorganismos queratinolíticos especiales. [7] Esta es la razón por la cual el cabello y las uñas se encuentran comúnmente con restos óseos. [8]
Productos de proteólisis [ editar ]
- proteosas
- peptonas
- polipéptidos
- aminoácidos
La proteólisis continua conduce a la producción de sustancias fenólicas . Además, también se producirán los siguientes gases: [4]
- dióxido de carbono
- sulfuro de hidrógeno , que es altamente tóxico
- amoníaco
- metano
Los aminoácidos que contienen azufre cisteína y metionina sufren descomposición bacteriana para producir: [4]
- amoníaco
- tioles (gases de descomposición conocidos por sus malos olores)
- ácido pirúvico
- sulfuros
- gas sulfuro de hidrógeno
- El sulfuro ferroso se producirá si hay hierro presente, que puede verse como un precipitado negro
Dos productos de descarboxilación comunes de proteínas asociadas con la descomposición son putrescina y cadaverina. Estos compuestos son tóxicos a niveles altos y tienen olores desagradables y distintivos. [6] Se cree que son componentes de los olores característicos de descomposición comúnmente detectados por los perros cadáveres . [2]
Se puede encontrar un resumen de los productos de degradación de proteínas en la Tabla 1 a continuación.
Liberación de nitrógeno [ editar ]
El nitrógeno es un componente de aminoácidos y se libera tras la desaminación . Por lo general, se libera en forma de amoníaco, que puede ser utilizado por plantas o microbios en el ambiente circundante, convertido en nitrato o puede acumularse en el suelo (si el cuerpo está ubicado encima o dentro del suelo). [4] Se ha sugerido que la presencia de nitrógeno en el suelo puede mejorar el crecimiento de las plantas cercanas. [6]
En condiciones de suelo ácido, el amoníaco se convertirá en iones de amonio , que pueden ser utilizados por plantas o microbios. En condiciones alcalinas, algunos de los iones de amonio que ingresan al suelo pueden convertirse de nuevo en amoníaco. Cualquier amonio restante en el medio ambiente puede sufrir nitrificación y desnitrificación para producir nitrato y nitrito . En ausencia de bacterias nitrificantes, u organismos capaces de oxidar el amoníaco, el amoníaco se acumulará en el suelo. [4]
Liberación de fósforo [ editar ]
El fósforo se puede liberar de varios componentes del cuerpo, incluidas las proteínas (especialmente las que forman ácidos nucleicos), el fosfato de azúcar y los fosfolípidos. La ruta que toma el fósforo una vez que se libera es compleja y depende del pH del ambiente circundante. En la mayoría de los suelos, el fósforo existe como complejos inorgánicos insolubles, asociados con hierro , calcio , magnesio y aluminio . Los microorganismos del suelo también pueden transformar complejos orgánicos insolubles en solubles. [4]
Degradación de carbohidratos [ editar ]
Al principio de la descomposición, los carbohidratos se descomponen por microorganismos. El proceso comienza con la descomposición del glucógeno en monómeros de glucosa . [9] Estos monómeros de azúcar pueden descomponerse completamente en dióxido de carbono y agua o descomponerse de forma incompleta en varios ácidos y alcoholes orgánicos , [2] u otras especies oxigenadas, como cetonas , aldehídos , ésteres y éteres . [10]
Dependiendo de la disponibilidad de oxígeno en el medio ambiente, los azúcares serán descompuestos por diferentes organismos y en diferentes productos, aunque ambas rutas pueden ocurrir simultáneamente. En condiciones aeróbicas, los hongos y las bacterias descomponen los azúcares en los siguientes ácidos orgánicos: [2]
En condiciones anaeróbicas, las bacterias descomponen los azúcares en: [2]
que son colectivamente responsables del ambiente ácido comúnmente asociado con los cuerpos en descomposición. [2]
Otros productos de fermentación bacteriana incluyen alcoholes, como el alcohol butílico y etílico, la acetona y gases, como el metano y el hidrógeno. [2]
Un resumen de los productos de degradación de carbohidratos se puede encontrar en la Tabla 1 a continuación.
Degradación lipídica [ editar ]
Los lípidos en el cuerpo están contenidos principalmente en el tejido adiposo , que se compone de aproximadamente 5-30% de agua, 2-3% de proteínas y 60-85% de lípidos, en peso, de los cuales 90-99% son triglicéridos . [2] El tejido adiposo se compone principalmente de lípidos neutros, que colectivamente se refieren a triglicéridos , diglicéridos , fosfolípidos y ésteres de colesterol , de los cuales los triglicéridos son los más comunes. [11] El contenido de ácidos grasos de los triglicéridos varía de persona a persona, pero contiene ácido oleico en la mayor cantidad, seguido de linoleico , palmitoleicoy ácidos palmíticos . [12]
Degradación lipídica neutra [ editar ]
Los lípidos neutros son hidrolizados por las lipasas poco después de la muerte, para liberar los ácidos grasos de su columna vertebral de glicerol. Esto crea una mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados. [13] En las condiciones adecuadas (cuando hay suficiente agua y enzimas bacterianas), los lípidos neutros se degradarán por completo hasta que se reduzcan a ácidos grasos. En condiciones adecuadas, los ácidos grasos pueden transformarse en adipoceros . [12] En contraste, los ácidos grasos pueden reaccionar con los iones de sodio y potasio presentes en los tejidos, para producir sales de ácidos grasos. Cuando el cuerpo está ubicado cerca del suelo, los iones de sodio y potasio pueden reemplazarse por iones de calcio y magnesio para formar jabones de ácidos grasos saturados, que también pueden contribuir a la formación de adipoceros. [4]
Degradación de ácidos grasos [ editar ]
Los ácidos grasos resultantes de la hidrólisis pueden sufrir una de dos rutas de degradación, dependiendo de la disponibilidad de oxígeno. [2] Sin embargo, es posible que ambas rutas tengan lugar al mismo tiempo en diferentes áreas del cuerpo.
Degradación anaeróbica [ editar ]
Las bacterias anaerobias dominan dentro de un cuerpo después de la muerte, lo que promueve la degradación anaerobia de los ácidos grasos por hidrogenación . [2] El proceso de hidrogenación transforma los enlaces insaturados (enlaces dobles y triples) en enlaces simples. Esto esencialmente aumenta las cantidades de ácidos grasos saturados, al tiempo que disminuye la proporción de ácidos grasos insaturados. Por lo tanto, la hidrogenación de los ácidos oleico y palmitoleico, por ejemplo, producirá ácidos esteárico y palmítico, respectivamente. [13]
![{\ displaystyle {\ ce {{\ overset {insaturados \ grasos \ ácidos} {CHOO- (CH2) 7.CH = CH- (CH2) 5.CH3}} + H2 -> [{\ ce {bacterial \ enzimas} }] {\ overset {saturada \ graso \ ácido} {CHOO- (CH2) 7.CH2-CH2- (CH2) 5.CH3}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5e24d2ae82f838acaf754e7658808dab149dd3b0 "Ejemplo de reacción de hidrogenación.")
Degradación aeróbica [ editar ]
En presencia de oxígeno, los ácidos grasos sufrirán oxidación. La oxidación de lípidos es un proceso de reacción en cadena en el que el oxígeno ataca el doble enlace en un ácido graso, para producir enlaces de peróxido . Finalmente, el proceso producirá aldehídos y cetonas. [4]
- Iniciación
- Propagación
- Terminación
Se puede encontrar un resumen de los productos de degradación de lípidos en la Tabla 1 [ ¿dónde? ] acontinuación.
Degradación del ácido nucleico [ editar ]
La descomposición de los ácidos nucleicos produce bases nitrogenadas, fosfatos y azúcares. [10] Estos tres productos se descomponen aún más por las vías de degradación de otras macromoléculas. El nitrógeno de las bases nitrogenadas se transformará de la misma manera que en las proteínas . Del mismo modo, los fosfatos se liberarán del cuerpo y sufrirán los mismos cambios que los liberados por las proteínas y los fosfolípidos. Finalmente, los azúcares, también conocidos como carbohidratos , se degradarán en función de la disponibilidad de oxígeno.
Degradación ósea [ editar ]
El hueso es un tejido compuesto que se compone de tres fracciones principales:
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- una fracción proteica que consiste principalmente en colágeno (una proteína de tejido duro que es más resistente a la degradación que otras proteínas de tejido), que sirve de soporte
- Una fracción mineral que consiste en hidroxiapatita(el mineral que contiene el calcio y el fósforo en un hueso), que endurece la estructura de la proteína.
- una sustancia molida hecha de otros compuestos orgánicos
El colágeno y la hidroxiapatita se mantienen unidos por un fuerte enlace proteína-mineral que proporciona al hueso su fuerza y su capacidad de permanecer mucho tiempo después de que el tejido blando de un cuerpo se haya degradado. [4]
El proceso que degrada el hueso se conoce como diagénesis . El primer paso en el proceso implica la eliminación de la fracción de colágeno orgánico por la acción de las colagenasas bacterianas . Estas colagenasas descomponen las proteínas en péptidos. Los péptidos se reducen posteriormente a sus aminoácidos constituyentes, que pueden ser lixiviados por el agua subterránea. Una vez que el colágeno se ha eliminado del hueso, el contenido de hidroxiapatita se degrada por la erosión mineral inorgánica, lo que significa que los iones importantes , como el calcio , se pierden en el medio ambiente. [4] El fuerte enlace proteína-mineral que proporcionaba fuerza al hueso se verá comprometido por esta degradación, lo que conducirá a una estructura debilitada general, que continuará debilitándose hasta que se produzca la desintegración completa del hueso. [2]
Factores que afectan la degradación ósea [ editar ]
El hueso es bastante resistente a la degradación, pero eventualmente se descompondrá por ruptura física, descalcificación y disolución. Sin embargo, la velocidad a la que se degrada el hueso depende en gran medida de su entorno. Cuando el suelo está presente, su destrucción está influenciada por agentes abióticos (agua, temperatura, tipo de suelo y pH) y bióticos ( fauna y flora ). [2]
Factores abióticos [ editar ]
El agua acelera el proceso al lixiviar minerales orgánicos esenciales del hueso. Como tal, el tipo de suelo juega un papel, ya que afectará el contenido de agua del medio ambiente. Por ejemplo, algunos suelos, como lossuelos arcillosos , retienen el agua mejor que otros, como los suelos arenosos o limosos . Además, los suelos ácidos pueden disolver mejor la matriz inorgánica de hidroxiapatita que los suelos básicos , acelerando así la desintegración del hueso. [2]
Factores bióticos [ editar ]
Los microorganismos, principalmente bacterias y hongos, juegan un papel en la degradación ósea. Son capaces de invadir el tejido óseo y hacer que los minerales se filtren en el entorno circundante, provocando alteraciones en su estructura. [14] Los mamíferos pequeños y grandes a menudo perturban los huesos al retirarlos de las tumbas o roerlos, lo que contribuye a su destrucción. [15] Finalmente, las raíces de las plantas ubicadas sobre los sitios de entierro pueden ser extremadamente destructivas para los huesos. Las raíces finas pueden viajar a través del tejido y dividir huesos largos, mientras que las raíces más grandes pueden producir aberturas en los huesos que pueden confundirse con fracturas.
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