Por que sinaliza o cálcio e não outro ião?
Quase todas as células mantêm o seu cálcio interno perto de 100 nanomolar, ao passo que no exterior há cerca de 2 milimolar. A diferença é de um fator dez mil, e mantê-la custa energia continuamente.
Esse gasto tem uma razão. Um sinal é útil se a mudança for grande e rápida. Com um gradiente tão acentuado, abrir um canal durante milissegundos multiplica por cem a concentração interna na vizinhança do canal. Fechá-lo e bombear o cálcio de volta devolve o sistema ao repouso com a mesma rapidez.
Nenhum outro ião abundante oferece isso. O sódio e o potássio estão em concentrações demasiado altas dentro e fora para que um pequeno fluxo mude alguma coisa apreciavelmente. O magnésio liga-se às proteínas com menos especificidade.
O cálcio tem, além disso, uma geometria de coordenação flexível: aceita entre seis e oito ligandos com distâncias variáveis, o que permite às proteínas desenhar locais que o capturam com alta afinidade e o largam a comando.
No músculo, o cálcio libertado do retículo sarcoplasmático liga-se à troponina C. A mudança de forma desloca a tropomiosina e descobre os locais da actina onde a miosina engata. A contração é consequência direta.
Na sinapse, a chegada do impulso abre canais de cálcio e a sua entrada provoca a fusão das vesículas de neurotransmissor com a membrana. Sem cálcio não há transmissão nervosa.
Na coagulação, o cálcio é o fator IV e participa em várias etapas da cascata. Os tubos de análise com citrato funcionam porque o citrato sequestra o cálcio e trava a coagulação.
Como está o cálcio nos ossos?
Como hidroxiapatite, um fosfato de cálcio de fórmula aproximada Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂.
O osso não é um bloco mineral. É um material compósito: fibras de colagénio, que dão tenacidade e resistência à tração, com cristais de hidroxiapatite depositados entre elas, que dão rigidez e resistência à compressão.
A analogia habitual é o betão armado, com o colagénio a fazer de aço e o mineral de betão. Nenhum dos dois isolado serviria: o colagénio sozinho seria flexível e o mineral sozinho, quebradiço.
Um adulto contém cerca de um quilograma de cálcio, e 99 % está no esqueleto e nos dentes. O restante 1 % é o que circula e sinaliza, e a sua concentração no sangue é regulada com notável precisão.
Essa regulação tem prioridade sobre o osso. Se o cálcio no sangue baixa, a paratormona mobiliza cálcio do esqueleto para o restabelecer. O osso funciona como reserva, e uma deficiência dietética prolongada paga-se com densidade óssea.
O esmalte dentário é também hidroxiapatite, mas com muito pouca matéria orgânica e cristais muito maiores; por isso é o tecido mais duro do corpo e ao mesmo tempo não se regenera.
Que relação há entre as grutas, o calcário da torneira e as montanhas?
Uma única reação, num sentido ou no outro.
O carbonato de cálcio é insolúvel em água pura. Mas a água da chuva dissolve dióxido de carbono do ar e torna-se ligeiramente ácida, e nessas condições o calcário dissolve-se:
CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂O bicarbonato de cálcio é solúvel. A água carregada com ele circula pelas fissuras e vai alargando-as: assim se formam as grutas cársicas e as paisagens de Guilin ou dos Picos da Europa.
Quando essa água chega a uma cavidade e liberta parte do seu CO₂, o equilíbrio inverte-se e precipita carbonato de cálcio de novo. Gota a gota constroem-se estalactites e estalagmites, à razão de algumas décimas de milímetro por ano.
Exatamente o mesmo acontece numa chaleira. Aquecer a água expulsa o CO₂ dissolvido, o equilíbrio desloca-se e o calcário deposita-se sobre a resistência. Por isso se chama dureza temporária: ferver a água elimina-a, precipitando-a.
E a própria pedra calcária é carbonato de cálcio acumulado ao longo de milhões de anos a partir de conchas e esqueletos de organismos marinhos. Os Alpes contêm antigos fundos marinhos elevados; o mármore é calcário recristalizado por pressão e temperatura.
Como se converte o calcário em cimento?
Calcinando-o e voltando a hidratá-lo, com uma etapa intermédia decisiva.
Aquecer carbonato de cálcio acima de cerca de 900 °C decompõe-o em cal viva e dióxido de carbono:
CaCO₃ → CaO + CO₂A cal viva misturada com água dá cal apagada, que endurece lentamente ao reabsorver CO₂ do ar e voltar a carbonato. Esse é o argamassa de cal, usada desde a antiguidade.
O cimento Portland vai mais longe. Calcina-se calcário juntamente com argila a cerca de 1 450 °C, e a reação produz silicatos e aluminatos de cálcio em forma de nódulos chamados clínquer. Moído e misturado com gesso, é o cimento.
Ao acrescentar água, esses silicatos hidratam-se e formam uma rede de cristais fibrosos entrelaçados que aprisiona a água restante. O processo chama-se presa e não é uma secagem: o cimento endurece debaixo de água, e curá-lo exige mantê-lo húmido.
⚠️ A produção de cimento emite cerca de 7 % do CO₂ mundial. Aproximadamente metade provém do combustível necessário para chegar aos 1 450 °C, e a outra metade do próprio CO₂ libertado pelo calcário ao decompor-se. Essa segunda metade não se elimina mudando de energia, e é o que torna difícil descarbonizar o betão.
Como se obtém o cálcio metálico?
Por eletrólise de cloreto de cálcio fundido, ou por redução do óxido com alumínio em vácuo.
A procura é pequena. O cálcio metálico é usado como desoxidante em metalurgia, como redutor para obter metais como o urânio ou o tório, e em ligas de chumbo para baterias.
O que se produz em escala maciça são os seus compostos. O calcário é a matéria-prima do cimento, do vidro e do aço, onde atua como fundente que retira impurezas. O gesso, sulfato de cálcio, usa-se em construção e em estuque. O carboneto de cálcio, obtido de cal e carvão, gera acetileno com água e foi a base da iluminação das lâmpadas de mineiro.
O cálcio metálico é mole, prateado e oxida-se rapidamente ao ar, embora muito menos violentamente do que os alcalinos. Arde com chama vermelha alaranjada, o que o denuncia no ensaio à chama e o torna útil em pirotecnia.