El manganeso es un elemento químico con el símbolo Mn y el número atómico 25. No se encuentra como un elemento libre en la naturaleza; A menudo se encuentra en Minerales en combinación con Hierro. El manganeso es un metal de transición con una variedad de usos de aleaciones industriales, particularmente en aceros inoxidables.
Históricamente, el manganeso lleva el nombre de pirolusita y otros minerales negros de la región de Magnesia en Grecia, que también dio su nombre al Magnesio y a la magnetita de Mineral de hierro. A mediados del siglo XVIII, el químico sueco- alemán Carl Wilhelm Scheele había usado pirolusita para producir cloro.
Scheele y otros sabían que la pirolusita (ahora conocida como dióxido de manganeso ) contenía un nuevo elemento, pero no pudieron aislarlo. Johan Gottlieb Gahn fue el primero en aislar una muestra impura de metal de manganeso en 1774, lo que hizo al reducir El dióxido con carbono.
El fosfatado de manganeso se utiliza para prevenir la oxidación y la corrosión en el acero. El manganeso ionizado se usa industrialmente como pigmentos de varios colores, que dependen del estado de oxidación de los iones. Los permanganatos de metales alcalinos y alcalinotérreos son oxidantes potentes.
El dióxido de manganeso se utiliza como material de cátodo (aceptor de electrones) en baterías de zinc-carbono y alcalinas.
En biología, los iones de manganeso (II) funcionan como cofactores para una gran variedad de enzimas con muchas funciones. Las enzimas de manganeso son particularmente esenciales en la Desintoxicación de radicales libres de superóxido en organismos que deben tratar con oxígeno elemental. El manganeso también funciona en el complejo de plantas fotosintéticas que evoluciona con oxígeno.
Si bien el elemento es un oligoelemento requerido para todos los organismos vivos conocidos, también actúa como neurotoxina en grandes cantidades. Especialmente a través de la inhalación, puede causar manganismo, una condición en los mamíferos que conduce a un daño neurológico que a veces es irreversible.
Rol biológico
Bioquímica
La clase de enzimas que tienen cofactores de manganeso es grande e incluye oxidorreductasas, transferasas, hidrolasas, liasa, isomerasas, ligasas, lectinas e integrinas. Las transcriptasas inversas de muchos retrovirus (aunque no los lentivirus como el VIH ) contienen manganeso. Los polipéptidos que contienen manganeso más conocidos pueden ser la arginasa, la toxina diftérica y los que contienen Mnsuperóxido dismutasa ( Mn-SOD ).
Papel biológico en humanos
El manganeso es un elemento dietético humano esencial. Está presente como una coenzima en varios procesos biológicos, que incluyen el metabolismo de los macronutrientes, la formación ósea y los sistemas de defensa de radicales libres. Es un componente crítico en docenas de proteínas y enzimas. El cuerpo humano contiene aproximadamente 12 mg de manganeso, principalmente en los huesos.
El resto del tejido blando se concentra en el hígado y los riñones. En el cerebro humano, el manganeso se une a las metaloproteínas de manganeso, especialmente la glutamina sintetasa en los astrocitos.
Toxicidad
La exposición o Ingesta excesiva puede conducir a una afección conocida como manganismo, un trastorno neurodegenerativo que causa la muerte neuronal dopaminérgica y síntomas similares a la enfermedad de Parkinson.
nutrición
Recomendaciones dietéticas
El Instituto de Medicina de EE. UU. (OIM) actualizó los requisitos promedio estimados (EAR) y las dietas recomendadas (RDA) para minerales en 2001. Para el manganeso no había información suficiente para establecer EAR y RDA, por lo que las necesidades se describen como estimaciones para las ingestas adecuadas ( IAs).
En cuanto a la seguridad, la OIM establece niveles de ingesta superior tolerable (UL) para Vitaminas y minerales cuando la evidencia es suficiente. En el caso del manganeso, el UL adulto se establece en 11 mg / día. En conjunto, los EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas de referencia dietéticas (DRI).
La Deficiencia de manganeso es rara.
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto de información colectiva como Valores de referencia dietéticos, con Ingesta de referencia de población (PRI) en lugar de RDA, y Requisito promedio en lugar de EAR. AI y UL definieron lo mismo que en Estados Unidos. Para las personas mayores de 15 años, la IA se establece en 3,0 mg / día.
La IA para el embarazo y la lactancia es de 3.0 mg / día. Para niños de 1 a 14 años, los IA aumentan con la edad de 0.5 a 2.0 mg / día. Las IA adultas son más altas que las RDA de EE. UU. La EFSA revisó la misma pregunta de seguridad y decidió que no había información suficiente para establecer un UL.
Para fines de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en los EE. UU., La cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Para fines de etiquetado de manganeso, el 100% del valor diario era de 2.0 mg, pero a partir del 27 de mayo de 2016 se revisó a 2.3 mg para que esté de acuerdo con la RDA.
En la Ingesta diaria de referencia se proporciona una tabla de los valores diarios para adultos viejos y nuevos. Las compañías de alimentos y suplementos tienen hasta el 1 de enero de 2020 para cumplir con el cambio.
Papel biológico en bacterias
Mn-SOD es el tipo de SOD presente en las mitocondrias eucariotas, y también en la mayoría de las bacterias (este hecho está en consonancia con la teoría del origen bacteriano de las mitocondrias). La enzima Mn-SOD es probablemente una de las más antiguas, ya que casi todos los organismos que viven en presencia de oxígeno la utilizan para hacer frente a los efectos tóxicos del superóxido ( O –
2 ), formado a partir de la reducción de dioxones en 1 electrón. Las excepciones, que son todas bacterias, incluyen Lactobacillus plantarum y lactobacilos relacionados, que utilizan un mecanismo no enzimático diferente con iones de manganeso (Mn 2 ) complejados con polifosfato, lo que sugiere un camino de evolución para esta función en la vida aeróbica.
Papel biológico en plantas
El manganeso también es importante en la evolución fotosintética del oxígeno en cloroplastos en plantas. El complejo de evolución de oxígeno (OEC) es una parte del fotosistema II contenido en las membranas tilacoides de los cloroplastos; Es responsable de la fotooxidación terminal del agua durante las reacciones de luz de la fotosíntesis, y tiene un núcleo de metaloenzima que contiene cuatro átomos de manganeso.
Para cumplir con este requisito, la mayoría de los fertilizantes de plantas de amplio espectro contienen manganeso.
Precauciones
Los compuestos de manganeso son menos tóxicos que los de otros metales generalizados, como el níquel y el Cobre. Sin embargo, la exposición a los polvos y humos de manganeso no debe exceder el valor máximo de 5 mg / m 3, incluso por períodos cortos debido a su nivel de toxicidad. El envenenamiento por manganeso se ha relacionado con habilidades motoras deterioradas y trastornos cognitivos.
El permanganato exhibe una mayor toxicidad que los compuestos de manganeso (II). La dosis fatal es de aproximadamente 10 g, y se han producido varias intoxicaciones fatales. El fuerte efecto oxidativo conduce a la necrosis de la membrana mucosa. Por ejemplo, el esófago se ve afectado si se traga el permanganato.
Solo una cantidad limitada es absorbida por los intestinos, pero esta pequeña cantidad muestra efectos severos en los riñones y el hígado.
La exposición al manganeso en los Estados Unidos está regulada por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA). Las personas pueden estar expuestas al manganeso en el lugar de trabajo al inhalarlo o tragarlo. OSHA ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible ) para la exposición al manganeso en el lugar de trabajo como 5 mg / m 3 durante un día laboral de 8 horas.
El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 1 mg / m 3 durante un día laboral de 8 horas y un límite a corto plazo de 3 mg / m 3. A niveles de 500 mg / m 3, el manganeso esInmediatamente peligroso para la vida y la salud.
En general, la exposición a concentraciones ambientales de Mn en el aire superiores a 5 μg Mn / m3 puede provocar síntomas inducidos por Mn. El aumento de la expresión de la Proteína ferroportina en las células del riñón embrionario humano (HEK) se asocia con una disminución de la concentración intracelular de Mn y una citotoxicidad atenuada, caracterizada por la reversión de la absorción de glutamato reducida por Mn y la disminución de la fuga de lactato deshidrogenasa.