El calcio es un elemento químico con el símbolo Ca y el número atómico 20. Como un metal alcalinotérreo, el calcio es un metal reactivo que forma una capa oscura de óxido-nitruro cuando se expone al aire. Sus propiedades físicas y químicas son más similares a sus homólogos más pesados de estroncio y bario.
Es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre y el tercer metal más abundante, después del Hierro y el aluminio. El compuesto de calcio más común en la Tierra es el carbonato de calcio, que se encuentra en la piedra caliza y los restos fosilizados de la vida marina temprana; yeso, anhidrita, fluorita y apatita también son fuentes de calcio.
El nombre deriva del calx latino » cal «, que se obtuvo del calentamiento de la piedra caliza.
Algunos compuestos de calcio eran conocidos por los antiguos, aunque su química era desconocida hasta el siglo XVII. Humphry Davy, quien nombró el elemento, aisló el calcio puro en 1808 mediante la electrólisis de su óxido. Los compuestos de calcio se usan ampliamente en muchas industrias: en alimentos y productos farmacéuticos para la suplementación de calcio, en la industria del papel como blanqueadores, como componentes en cemento y aislantes eléctricos, y en la fabricación de jabones.
Por otro lado, el metal en forma pura tiene pocas aplicaciones debido a su alta reactividad; aún así, en pequeñas cantidades a menudo se usa como un componente de aleación en la fabricación de acero y, a veces, como una aleación de calcio y plomo, en la fabricación de baterías para automóviles.
El calcio es el metal más abundante y el quinto elemento más abundante en el cuerpo humano. Como electrolitos, los iones de calcio juegan un papel vital en los procesos fisiológicos y bioquímicos de organismos y células : en las vías de transducción de señales donde actúan como un segundo mensajero;
En la liberación de neurotransmisores de las neuronas; en contracción de todos los tipos de células musculares; como cofactores en muchas enzimas; y en fertilización. Los iones de calcio fuera de las células son importantes para mantenerdiferencia potencial entre membranas celulares excitables, síntesis de proteínas y formación ósea.
Caracteristicas
Clasificación
El calcio es un metal plateado muy dúctil (a veces descrito como amarillo pálido) cuyas propiedades son muy similares a los elementos más pesados de su grupo, el estroncio, el bario y el radio. Un átomo de calcio tiene veinte electrones, dispuestos en la configuración electrónica 4s 2. Al igual que los otros elementos ubicados en el grupo 2 de la tabla periódica, el calcio tiene dos electrones de valencia en el s-orbital más externo, que se pierden muy fácilmente en las reacciones químicas para formar un ion dipositivo con la configuración electrónica estable de un gas noble, en este caso argón.
Por lo tanto, el calcio es casi siempre divalente.en sus compuestos, que suelen ser iónicos. Las sales hipotéticas univalentes de calcio serían estables con respecto a sus elementos, pero no a la desproporción a las sales divalentes y al calcio metal, porque la entalpía de formación de MX 2 es mucho mayor que la de los hipotéticos MX.
Esto ocurre debido a la Energía reticular mucho mayor que proporciona el catión Ca 2 más cargado en comparación con el hipotético catión Ca .
El calcio, el estroncio, el bario y el radio siempre se consideran metales alcalinotérreos; el berilio y el Magnesio más ligeros, también en el grupo 2 de la tabla periódica, a menudo también se incluyen. Sin embargo, el berilio y el magnesio difieren significativamente de los otros miembros del grupo en su comportamiento físico y químico:
Se comportan más como el aluminio y el zinc, respectivamente, y tienen algunos de los caracteres metálicos más débiles de los metales posteriores a la transición, razón por la cual la definición tradicional del término «metal alcalinotérreo» los excluye.Esta clasificación es obsoleta en su mayoría en las fuentes en inglés, pero aún se usa en otros países como Japón.
Como resultado, las comparaciones con el estroncio y el bario están más relacionadas con la química del calcio que las comparaciones con el magnesio.
Físico
El calcio metal se funde a 842 º C y hierve a 1494 º C; estos valores son más altos que los del magnesio y el estroncio, los metales vecinos del grupo 2. Se cristaliza en la disposición cúbica centrada en la cara como el estroncio; por encima de 450 º C, cambia a una disposición hexagonal anisotrópica compacta como el magnesio.
Su densidad de 1,55 g / cm 3 es la más baja de su grupo. El calcio es más duro que el plomo, pero se puede cortar con un cuchillo con esfuerzo. Si bien el calcio es un conductor de electricidad más pobre que el Cobre o el aluminio en volumen, es un mejor conductor en masa que ambos debido a su muy baja densidad.Si bien el calcio es inviable como conductor para la mayoría de las aplicaciones terrestres, ya que reacciona rápidamente con el oxígeno atmosférico, se ha considerado su uso como tal en el espacio.
Químico
La química del calcio es la de un metal alcalinotérreo pesado típico. Por ejemplo, el calcio reacciona espontáneamente con el agua más rápido que el magnesio y menos rápido que el estroncio para producir hidróxido de calcio e hidrógeno gaseoso. También reacciona con el oxígeno y el nitrógeno en el aire para formar una mezcla de óxido de calcio y nitruro de calcio.
Cuando se divide finamente, se quema espontáneamente en el aire para producir el nitruro. A granel, el calcio es menos reactivo: forma rápidamente un recubrimiento de hidratación en aire húmedo, pero por debajo del 30% de humedad relativa puede almacenarse indefinidamente a temperatura ambiente.
Además del óxido de CaO simple, el peróxido de CaO 2 se puede producir por oxidación directa de calcio metal bajo una alta presión de oxígeno, y hay alguna evidencia de un superóxido de Ca (O 2 ) 2 amarillo. El hidróxido de calcio, Ca (OH) 2, es una base fuerte, aunque no es tan fuerte como los hidróxidos de estroncio, bario o los metales alcalinos.
Los cuatro dihaluros de calcio son conocidos. El carbonato de calcio (CaCO 3 ) y el sulfato de calcio (CaSO 4 ) son Minerales particularmente abundantes.Al igual que el estroncio y el bario, así como los metales alcalinos y los lantánidos divalentes europio e iterbio, el calcio metal se disuelve directamente en amoníaco líquido para dar una solución azul oscura.
Debido al gran tamaño del ion Ca 2, son comunes los altos números de coordinación, hasta 24 en algunos compuestos intermetálicos como CaZn 13. El calcio es fácilmente complejado por los quelatos de oxígeno como el EDTA y los polifosfatos, que son útiles en la química analítica y eliminan los iones de calcio del agua dura.
En ausencia de impedimento estérico, los cationes del grupo 2 más pequeños tienden a formar complejos más fuertes, pero cuando están involucrados grandes macrociclos polidentados, la tendencia se invierte.
Aunque el calcio está en el mismo grupo que el magnesio y los compuestos de organomagnesio se usan muy comúnmente en toda la química, los compuestos de organocalcio no están muy extendidos de manera similar porque son más difíciles de fabricar y más reactivos, aunque recientemente se han investigado como posibles catalizadores.
Los compuestos de organocalcio tienden a ser más similares a los compuestos de organoytterbio debido a los radios iónicos similares de Yb 2 (102 pm) y Ca 2 (100 pm). La mayoría de estos compuestos solo se pueden preparar a bajas temperaturas; Los ligandos voluminosos tienden a favorecer la estabilidad.
Por ejemplo, calcio di ciclopentadienilo, Ca (C 5 H 5 ) 2, debe prepararse haciendo reaccionar directamente el calcio metal con mercuroceno o ciclopentadieno en sí; reemplazar el ligando C 5 H 5 con el ligando C 5 (CH 3 ) 5 más voluminoso aumenta la solubilidad, volatilidad y estabilidad cinética del compuesto.
Isótopos
El calcio natural es una mezcla de cinco isótopos estables ( 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca y 46 Ca) y un isótopo con una vida media tan larga que puede considerarse estable a todos los efectos prácticos ( 48 Ca, con una vida media de aproximadamente 4,3 × 10 19 años). El calcio es el primer elemento (más ligero) que tiene seis isótopos naturales.
Con mucho, el isótopo más común de calcio en la naturaleza es el 40 Ca, que constituye el 96.941% de todo el calcio natural. Se produce en el proceso de quema de silicio a partir de la fusión de partículas alfa y es el nucleido estable más pesado con igual número de protones y neutrones; su aparición también se complementa lentamente con la descomposición de 40 K primordiales.
Agregar otra partícula alfa conduciría a 44 Ti inestable, que se desintegra rápidamente a través de dos capturas de electrones sucesivas a 44 Ca estable; esto constituye el 2.806% de todo el calcio natural y es el segundo isótopo más común. Los otros cuatro isótopos naturales, 42 Ca, 43Ca, 46 Ca y 48 Ca son significativamente más raros, y cada uno comprende menos del 1% de todo el calcio natural.
Los cuatro isótopos más ligeros son principalmente productos de los procesos de quema de oxígeno y de silicio, dejando que los dos más pesados se produzcan a través de procesos de captura de neutrones. El 46 Ca se produce principalmente en un proceso s «caliente», ya que su formación requiere un flujo de neutrones bastante alto para permitir que el 45 Ca de corta duración capture un neutrón.
El 48 Ca se produce mediante la captura de electrones en el proceso r en las supernovas de tipo Ia, donde un exceso de neutrones elevado y una entropía suficientemente baja aseguran su supervivencia.
46 Ca y 48 Ca son los primeros nucleidos «clásicamente estables» con un exceso de seis neutrones u ocho neutrones, respectivamente. Aunque extremadamente rico en neutrones para un elemento tan ligero, 48 Ca es muy estable porque es un núcleo doblemente mágico, con 20 protones y 28 neutrones dispuestos en capas cerradas.
Su desintegración beta a 48 Sc está muy obstaculizada debido a la gran falta de coincidencia del espín nuclear : 48 Ca tiene cero espín nuclear, siendo uniforme, incluso, mientras que 48 Sc tiene un espín 6, por lo que la conservación está prohibida por la conservación del momento angular.. Si bien dos estados excitados de 48 Sc también están disponibles para la descomposición, también están prohibidos debido a sus altos giros.
Como resultado, cuando el 48 Ca decae, lo hace al doble decaimiento beta a 48 Ti en su lugar, siendo el nucleido más ligero que se sabe que sufre doble decaimiento beta. El isótopo pesado 46 Ca también puede sufrir teóricamente una doble desintegración beta a 46 Ti, pero esto nunca se ha observado; el isótopo más ligero y común 40 Ca también es doblemente mágico y podría sufrir una doble captura de electrones a 40 Ar, pero esto tampoco se ha observado nunca.
El calcio es el único elemento que tiene dos isótopos primordialmente doblemente mágicos. Los límites inferiores experimentales para las vidas medias de 40 Ca y 46 Ca son 5.9 × 10 21 años y 2.8 × 10 15 años respectivamente.
Además de los 48 Ca prácticamente estables, el radioisótopo de calcio más longevo es 41 Ca. Se descompone por captura de electrones a 41 K estables con una vida media de aproximadamente cien mil años. Su existencia en el Sistema Solar temprano como un radionúclido extinto se ha inferido de los excesos de 41 K:
Las trazas de 41 Ca también existen hoy en día, ya que es un nucleido cosmogénico, reformado continuamente a través de la activación de neutrones de 40 Ca natural. Se conocen muchos otros radioisótopos de calcio, que van desde 35 Ca hasta 60California. Todos tienen una vida mucho más corta que 41 Ca, el más estable entre ellos es 45 Ca (semivida 163 días) y 47 Ca (semivida 4,54 días).
Los isótopos más livianos que 42 Ca generalmente experimentan una desintegración beta más a los isótopos de potasio, y los más pesados que 44 Ca generalmente experimentan una desintegración beta menos a los isótopos de escandio, aunque cerca de las líneas de goteo nuclear, la emisión de protones y la emisión de neutrones comienzan a ser modos de descomposición significativos.
Al igual que otros elementos, una variedad de procesos altera la abundancia relativa de isótopos de calcio. El mejor estudio de estos procesos es el fraccionamiento dependiente de la masa de los isótopos de calcio que acompaña la precipitación de minerales de calcio como la calcita, aragonita y apatita de la solución.
Los isótopos más ligeros se incorporan preferentemente en estos minerales, dejando la solución circundante enriquecida en isótopos más pesados a una magnitud de aproximadamente 0,025% por unidad de masa atómica (uma) a temperatura ambiente. Las diferencias dependientes de la masa en la composición de isótopos de calcio se expresan convencionalmente por la relación de dos isótopos (generalmente 44 Ca / 40Ca) en una muestra en comparación con la misma proporción en un material de referencia estándar.
44 Ca / 40 Ca varía en aproximadamente 1% entre los materiales de tierra común.
Historia
Los compuestos de calcio fueron conocidos por milenios, aunque su composición química no se entendió hasta el siglo XVII. La cal como material de construcción y como yeso para estatuas se utilizó ya en torno al 7000 a. C. El primer horno de cal fechado data de 2500 aC y fue encontrado en Khafajah, Mesopotamia.
Aproximadamente al mismo tiempo, se estaba utilizando yeso deshidratado (CaSO 4 · 2H 2 O) en la Gran Pirámide de Giza; este material luego se usaría para el yeso en la tumba deTutankamón. En cambio, los antiguos romanos usaban morteros de cal hechos al calentar piedra caliza (CaCO 3 ); el nombre «calcio» en sí deriva de la palabra latina calx «lima».
Vitruvio notó que la cal que resultó fue más ligera que la piedra caliza original, atribuyéndola a la ebullición del agua; en 1755, Joseph Black demostró que esto se debía a la pérdida de dióxido de carbono, que como gas no había sido reconocido por los antiguos romanos.
En 1787, Antoine Lavoisier sospechaba que la cal podría ser un óxido de un elemento químico fundamental. En su tabla de elementos, Lavoisier enumeró cinco «tierras salificables» (es decir, minerales que podrían reaccionar con ácidos para producir sales ( salis = sal, en latín): chaux (óxido de calcio), magnésie (magnesia, óxido de magnesio).
Barita (sulfato de bario), alúmina (alúmina, óxido de aluminio), y silice (sílice, dióxido de silicio)). Sobre estos «elementos», Lavoisier especuló:
Probablemente solo conozcamos una parte de las sustancias metálicas existentes en la naturaleza, ya que todas las que tienen una mayor afinidad por el oxígeno que el carbono posee, son incapaces, hasta ahora, de reducirse a un estado metálico y, en consecuencia, solo presentado a nuestra observación bajo la forma de oxidos, se confunden con las tierras.
Es extremadamente probable que las baritas, que acabamos de arreglar con las tierras, se encuentren en esta situación; porque en muchos experimentos exhibe propiedades casi cercanas a las de los cuerpos metálicos. Incluso es posible que todas las sustancias que llamamos tierras puedan ser solo óxidos metálicos, irreductibles por cualquier proceso conocido hasta ahora.
El calcio, junto con sus congéneres de magnesio, estroncio y bario, fue aislado por primera vez por Humphry Davy en 1808. Siguiendo el trabajo de Jöns Jakob Berzelius y Magnus Martin af Pontin sobre la electrólisis, Davy aisló calcio y magnesio al poner una mezcla del metal respectivo. óxidos con óxido de mercurio (II) en una placa de platino que se utilizó como ánodo, siendo el cátodo un alambre de platino parcialmente sumergido en mercurio.
Luego, la electrólisis dio amalgamas de calcio-mercurio y magnesio-mercurio, y la destilación del mercurio dio el metal.Sin embargo, el calcio puro no puede prepararse a granel por este método y no se encontró un proceso comercial viable para su producción hasta más de un siglo después.
Ocurrencia y producción
Con un 3%, el calcio es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre, y el tercer metal más abundante detrás del aluminio y el hierro. También es el cuarto elemento más abundante en las tierras altas lunares. Los depósitos sedimentarios de carbonato de calcio impregnan la superficie de la Tierra como restos fosilizados de vidas marinas pasadas;
Ocurren en dos formas, la calcita romboédrica (más común) y la aragonita ortorrómbica (que se forma en mares más templados). Los minerales del primer tipo incluyen piedra caliza, dolomita, mármol, tiza y spar de islandia; los lechos de aragonita conforman las cuencas de las Bahamas, los Cayos de Florida y las cuencas del Mar Rojo.
Los corales, conchas marinas y perlas están compuestos principalmente de carbonato de calcio. Entre los otros minerales importantes del calcio se encuentran el yeso (CaSO 4 · 2H 2 O), anhidrita (CaSO 4 ), fluorita (CaF 2 ) y apatita ().
Los principales productores de calcio son China (alrededor de 10000 a 12000 toneladas por año), Rusia (alrededor de 6000 a 8000 toneladas por año) y los Estados Unidos (alrededor de 2000 a 4000 toneladas por año). Canadá y Francia también se encuentran entre los productores menores. En 2005, se produjeron alrededor de 24000 toneladas de calcio;
Estados Unidos usa aproximadamente la mitad del calcio extraído del mundo, y aproximadamente el 80% de la producción se usa cada año. En Rusia y China, el método de electrólisis de Davy todavía se usa, pero en su lugar se aplica al Cloruro de calcio fundido.Como el calcio es menos reactivo que el estroncio o el bario, el recubrimiento de óxido-nitruro que da como resultado aire es estable y el mecanizado del torno y otras técnicas metalúrgicas estándar son adecuadas para el calcio.
En los Estados Unidos y Canadá, el calcio se produce reduciendo la cal con aluminio a altas temperaturas.
Ciclismo geoquímico
El ciclo del calcio proporciona un vínculo entre la tectónica, el clima y el ciclo del carbono. En los términos más simples, la elevación de las montañas expone las rocas que contienen calcio a la intemperie química y libera Ca 2 en las aguas superficiales. Estos iones son transportados al océano donde reaccionan con CO 2 disuelto para formar piedra caliza ( CaCO
3 ), que a su vez se instala en el fondo del mar donde se incorpora a nuevas rocas. El COdisuelto, junto con losionescarbonatoybicarbonato, se denominan «carbono inorgánico disuelto» (DIC).
La reacción real es más complicada e involucra el ion bicarbonato (HCO –
3 ) que se forma cuando el CO 2 reacciona con el agua al pH del agua de mar :
Ca 2 2 HCO – 3 → CaCO 3 (s)CO 2 H 2 O
Al pH del agua de mar, la mayor parte del CO 2 se convierte inmediatamente en HCO –
3. La reacción da como resultado un transporte neto de una molécula de CO 2 desde el océano / atmósfera hacia la litosfera. El resultado es que cada ion Ca 2 liberado por la meteorización química elimina en última instancia una molécula de CO 2 del sistema superficial (atmósfera, océano, suelos y organismos vivos), almacenándola en rocas de carbonato donde es probable que permanezca durante cientos de millones de años.
La erosión del calcio de las rocas elimina el CO 2 del océano y la atmósfera, ejerciendo un fuerte efecto a largo plazo sobre el clima.
Usos
El mayor uso del calcio metálico es en la fabricación de acero, debido a su fuerte afinidad química por el oxígeno y el azufre. Sus óxidos y sulfuros, una vez formados, dan inclusiones líquidas de aluminato de cal y sulfuro en el acero que flotan; En el tratamiento, estas inclusiones se dispersan por todo el acero y se vuelven pequeñas y esféricas, mejorando la capacidad de moldeo, la limpieza y las propiedades mecánicas generales.
El calcio también se usa en baterías automotrices libres de mantenimiento, en las cuales el uso de aleaciones de plomo al 0.1% de calcio en lugar de las aleaciones de plomo antimonio usuales conduce a una menor pérdida de agua y una menor autodescarga. Debido al riesgo de expansión y agrietamiento, aluminioa veces también se incorpora a estas aleaciones.
Estas aleaciones de plomo-calcio también se usan en fundición, reemplazando aleaciones de plomo-antimonio. El calcio también se utiliza para fortalecer las aleaciones de aluminio utilizadas para los cojinetes, para el control del carbono grafítico en el hierro fundido y para eliminar las impurezas de bismuto del plomo.
El calcio metálico se encuentra en algunos limpiadores de drenaje, donde funciona para generar calor e hidróxido de calcio que saponifica las grasas y licua las proteínas (por ejemplo, las del cabello) que bloquean los desagües. Además de la metalurgia, la reactividad del calcio se explota para eliminar el nitrógeno de alta pureza.gas argón y como captador de oxígeno y nitrógeno.
También se usa como agente reductor en la producción de Cromo, circonio, torio y uranio. También se puede usar para almacenar gas hidrógeno, ya que reacciona con el hidrógeno para formar hidruro de calcio sólido, del cual se puede volver a extraer fácilmente el hidrógeno.
El fraccionamiento de isótopos de calcio durante la formación de minerales ha llevado a varias aplicaciones de isótopos de calcio. En particular, la observación de 1997 de Skulan y DePaolo de que los minerales de calcio son isotópicamente más livianos que las soluciones de las cuales precipitan los minerales es la base de aplicaciones análogas en medicina y paleoceanografía.
En animales con esqueletos mineralizados con calcio, la composición isotópica de calcio de los tejidos blandos refleja la tasa relativa de formación y disolución del Mineral esquelético. En humanos, se ha demostrado que los cambios en la composición isotópica de calcio de la orina están relacionados con cambios en el equilibrio mineral óseo.
Cuando la tasa de formación ósea excede la tasa de resorción ósea, el 44 Ca / 40La proporción de Ca en los tejidos blandos aumenta y viceversa. Debido a esta relación, las mediciones isotópicas de calcio en orina o sangre pueden ser útiles en la detección temprana de enfermedades metabólicas óseas como la osteoporosis.
Existe un sistema similar en el agua de mar, donde 44 Ca / 40 Ca tiende a aumentar cuando la tasa de eliminación de Ca 2 por precipitación mineral excede la entrada de calcio nuevo en el océano. En 1997, Skulan y DePaolo presentaron la primera evidencia de cambio en el agua de mar 44 Ca / 40 Ca a lo largo del tiempo geológico, junto con una explicación teórica de estos cambios.
Documentos más recientes han confirmado esta observación, demostrando que el agua de mar Ca 2la concentración no es constante y que el océano nunca está en un «estado estable» con respecto a la entrada y salida de calcio. Esto tiene importantes implicaciones climatológicas, ya que el ciclo del calcio marino está estrechamente relacionado con el ciclo del carbono.
Muchos compuestos de calcio se usan en alimentos, como productos farmacéuticos y en medicina, entre otros. Por ejemplo, el calcio y el fósforo se complementan en los alimentos mediante la adición de lactato de calcio, difosfato de calcio y fosfato tricálcico. El último también se usa como agente de pulido en pasta de dientes y en antiácidos.
El lactobionato de calcio es un polvo blanco que se usa como agente de suspensión para productos farmacéuticos. En la cocción, el monofosfato de calcio se usa como agente leudante. El sulfito de calcio se usa como blanqueador en la fabricación de papel y como desinfectante, silicato de calciose usa como agente de refuerzo en el caucho, y el acetato de calcio es un componente de la colofonia y se usa para fabricar jabones metálicos y resinas sintéticas.
Fuentes de comida
Los alimentos ricos en calcio incluyen productos lácteos, como yogurt y queso, sardinas, salmón, productos de soya, col rizada y cereales fortificados para el desayuno.
Debido a la preocupación por los efectos secundarios adversos a largo plazo, incluida la calcificación de las arterias y los cálculos renales, tanto el Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) como la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) establecen niveles tolerables superiores de Ingesta (UL) para dietas combinadas y suplementos.
Calcio. Desde el IOM, las personas de entre 9 y 18 años no deben exceder la ingesta combinada de 3 g / día; para edades de 19 a 50, que no exceda los 2.5 g / día; para mayores de 51 años, sin exceder 2 g / día. EFSA estableció la UL para todos los adultos en 2.5 g / día, pero decidió que la información para niños y adolescentes no era suficiente para determinar las UL.
Papel biológico y patológico
Función
El calcio es un elemento esencial necesario en grandes cantidades. El ion Ca 2 actúa como un electrolito y es vital para la salud de los sistemas muscular, circulatorio y digestivo; es indispensable para la construcción del hueso; y apoya la síntesis y la función de las células sanguíneas. Por ejemplo, regula la contracción de los músculos, la conducción nerviosa y la coagulación de la sangre.
Como resultado, los niveles de calcio intra y extracelular están estrictamente regulados por el cuerpo. El calcio puede desempeñar este papel porque el ion Ca 2 forma complejos de coordinación estables con muchos compuestos orgánicos, especialmente proteínas; También forma compuestos con una amplia gama de solubilidades, lo que permite la formación del esqueleto.
Unión
Los iones de calcio pueden ser complejados por proteínas a través de la unión de los grupos carboxilo de ácido glutámico o residuos de ácido aspártico; a través de la interacción con serina fosforilada, tirosina o residuos de Treonina; o al ser quelado por residuos de aminoácidos γ-carboxilados. La tripsina, una enzima digestiva, usa el primer método;
La osteocalcina, una Proteína de la matriz ósea, utiliza la tercera. Algunas otras proteínas de la matriz ósea como la osteopontina y la sialoproteína óseause tanto el primero como el segundo. La activación directa de enzimas al unir calcio es común; algunas otras enzimas se activan por asociación no covalente con enzimas de unión directa al calcio.
El calcio también se une a la capa de fosfolípidos de la membrana celular, anclando proteínas asociadas con la superficie celular.
Solubilidad
Como ejemplo del amplio rango de solubilidad de los compuestos de calcio, el fosfato monocálcico es muy soluble en agua, el 85% del calcio extracelular es como fosfato dicálcico con una solubilidad de 2.0 mM y la hidroxiapatita de los huesos en una matriz orgánica es fosfato tricálcico a 100 μM.
nutrición
El calcio es un componente común de los suplementos dietéticos multivitamínicos, pero la composición de los complejos de calcio en los suplementos puede afectar su biodisponibilidad que varía según la solubilidad de la sal involucrada: el citrato de calcio, el malato y el lactato son altamente biodisponibles, mientras que el oxalato es menor.
Otras preparaciones de calcio incluyen carbonato de calcio, malato citrato de calcio, y gluconato de calcio. El intestino absorbe aproximadamente un tercio del calcio ingerido como ion libre, y los riñones regulan el nivel de calcio en plasma..
Regulación hormonal de la formación ósea y los niveles séricos.
La hormona paratiroidea y la Vitamina D promueven la formación de hueso al permitir y mejorar la deposición de iones de calcio allí, permitiendo un rápido recambio óseo sin afectar la masa ósea o el contenido mineral. Cuando los niveles de calcio en plasma caen, los receptores de la superficie celular se activan y se produce la secreción de la hormona paratiroidea;
A continuación, se estimula la entrada de calcio en la reserva de plasma al tomarlo de las células renales, intestinales y óseas específicas, y la acción formadora de hueso de la hormona paratiroidea es antagonizada por la calcitonina, cuya secreción aumenta con el aumento de los niveles de calcio en plasma.
Niveles séricos anormales
El consumo excesivo de calcio puede causar hipercalcemia. Sin embargo, debido a que el calcio es absorbido de manera bastante ineficaz por los intestinos, el calcio sérico alto es más probable que sea causado por la secreción excesiva de hormona paratiroidea (PTH) o posiblemente por la ingesta excesiva de Vitamina D, que facilitan la absorción de calcio.
Todas estas condiciones dan como resultado un exceso de sales de calcio que se depositan en el corazón, los vasos sanguíneos o los riñones. Los síntomas incluyen anorexia, náuseas, vómitos, pérdida de memoria, confusión, debilidad muscular, aumento de la micción, deshidratación y enfermedad metabólica ósea.
La hipercalcemia crónica generalmente conduce a la calcificación de los tejidos blandos y sus graves consecuencias: por ejemplo, la calcificación puede causar pérdida de elasticidad de las paredes vascularese interrupción del flujo sanguíneo laminar, y de allí a la ruptura de la placa y la trombosis.
Por el contrario, la ingesta inadecuada de calcio o vitamina D puede provocar hipocalcemia, a menudo causada también por una secreción inadecuada de la hormona paratiroidea o receptores de PTH defectuosos en las células. Los síntomas incluyen excitabilidad neuromuscular, que potencialmente causa tetania y alteración de la conductividad en el tejido cardíaco.
Cálculos renales
El consumo excesivo de calcio en la Dieta aumenta el riesgo de cálculos renales, una condición dolorosa que resulta de la formación de cristales de oxalato de calcio que se alojan en el tracto urinario.
Enfermedad ósea
Como se requiere calcio para el desarrollo óseo, muchas enfermedades óseas se pueden rastrear hasta la matriz orgánica o la hidroxiapatita en la estructura molecular u organización del hueso. La osteoporosis es una reducción en el contenido mineral del hueso por unidad de volumen, y se puede tratar con suplementos de calcio, vitamina D y bifosfonatos.
Las cantidades inadecuadas de calcio, vitamina D o fosfatos pueden provocar el ablandamiento de los huesos, llamado osteomalacia.
La seguridad
Calcio metálico
Debido a que el calcio reacciona exotérmicamente con el agua y los ácidos, el calcio metal que entra en contacto con la humedad corporal produce irritación corrosiva severa. Cuando se ingiere, el calcio metal tiene el mismo efecto en la boca, el esófago y el estómago, y puede ser fatal. Sin embargo, no se sabe que la exposición a largo plazo tenga efectos adversos distintos.