PRINCIPIO DE INTERCAMBIO

Plantas decorativas - Jardines del Real Alcázar de Sevilla

2013-07-29T12:17:00.000-07:00

Para inaugurar la sección de fotografía he decidido colgar dos fotos que tomé hace tiempo de unas flores muy comunes en nuestro entorno y que por ser así quizás le prestemos poca atención o no veamos lo bonitas que son. Al ser una sección de fotografía pretendo subir fotos mías, con mayor o menor calidad, pero siempre mostrando algo que me parezca interesante y colocando una pequeña descripción. Es una entrada bastante corta, pero ya iré completando la sección con más fotos. Espero que guste esta pequeña introducción.

La primera se trata de Catalpa bignonioides:
-Nombre común: Catalpa
-Familia: Bignoniaceae

Se trata de un árbol de hoja caduca con unos frutos con aspecto de legumbre bastante largos. Su origen es el sur de Estados Unidos, pero se ha adaptado bien a climas muy diversos de distintas partes del mundo. Se utiliza como árbol decorativo en las carreteras de las ciudades. La flor posee forma acampanulada con decoración en el interior para llamar la atención de polinizadores. Es un árbol de crecimiento rápido pudiendo alcanzar los 12 metros de altura y con unas hojas bastante grandes (alrededor de los 25 cm). La floración se produce de mayo a junio y los frutos a partir de septiembre.

La siguiente es Hibiscus rosa-sinensis:

-Nombre común: Pacífico

-Familia: Malvaceae

Es originaria de Asia (concretamente China y Japón) y es una planta con una alta necesidad de luz, por eso se puede ver en zonas con una gran exposición al sol. Posee muchas variedades e híbridos que tienen una amplia gama de colores y por ello son usadas como flores ornamentales. Son arbustos de hojas persistentes y disposición alterna. La flor presenta forma acampanulada y los numerosos estambres forman una columna alrededor del gineceo. Florece en nuestro clima durante casi todo el año (principalmente en mayo).

Referencias:

-P. Romero Zarco, Guía Botánica de los Jardines del Real Alcázar de Sevilla, Ayuntamiento de Sevilla. Delegación de Educación y Universidades, 2004

"Biomecánica de la natación" Especial mundial de natación BCN 2013

2013-07-22T04:40:00.000-07:00

Como hace relativamente poco ha comenzado el mundial de natación en Barcelona he decidido hacer un post explicando algunos conceptos básicos sobre la natación desde el punto de vista físico y fisiológico. Varias de las leyes físicas que conocemos y que aplicamos a nuestro día a día también se pueden observar en la natación y que los nadadores tienen que tener en cuenta para realizar una carrera lo más perfecta posible. ¿Para qué gastarte ~~miles~~ 20 euros en clases de natación pudiendo aprender su mecanismo por medio de la física?

FLOTACIÓN

La flotación de un cuerpo sumergido en el agua depende de dos fuerzas verticales que son el peso del cuerpo y el empuje que realiza hacia arriba. En reposo la flotación viene determinada por el principio de Arquímedes (siglo III a.C.) según el cual "todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y ascendente igual al peso del volumen de fluido desalojado". Es decir, cuando una persona está quieta dentro del agua su flotación depende únicamente del peso (y de la densidad como veremos más adelante). Si el peso es mayor que el empuje el cuerpo se hundirá. Sin embargo, cuando el cuerpo se mueve, para poder flotar debe ejercer una fuerza vertical y ascendente que supere el peso del cuerpo. Es el caso de las brazadas que se hacen en natación.

El principio de Arquímedes dice que el cuerpo experimenta un empuje hacia arriba igual al peso

del volumen de agua desplazada. Si este empuje es un peso, entonces se adecua a la fórmula

P_agua = m_agua·g

Además, según la fórmula de la densidad

d = m/V

m = d·V

Ahora cambiamos la masa en cada una de las dos fórmulas de peso:

P_objeto = m_objeto·g → P_objeto = d_objeto·V_objeto·g

P_agua = m_agua·g → P_agua = d_agua·V_agua·g

Podemos deducir que la flotabilidad también depende de la densidad del agua y del cuerpo. Si la densidad del cuerpo es mayor que la del agua este se hunde. El caso del cuerpo humano es algo más complejo ya que no tienen una densidad homogénea. El más denso es el tejido oseo con valores entre 1400 Kg/m³ (hueso trabecular o esponjoso) y 1800 Kg/m³ (hueso cortical o compacto). Tejidos como el muscular, los tendones y los ligamentos poseen densidades ligeramente superiores a las del agua. El único tejido menos denso que el agua es el adiposo.

Según estos datos, el ser humano debería hundirse, pero ¿por qué no ocurre esto? La respuesta reside en el aire almacenado en los pulmones y las vías respiratorias ya que la densidad del aire es 800 veces menor que la del agua. De esta manera los pulmones actúan como flotadores, pues durante la inspiración se introducen de 4 a 5 litros de aire que aumentan el peso muy poco (entre 0,047 y 0,058 Newtons). Por lo tanto la habilidad del ser humano para flotar depende en gran medida de su capacidad para expandir la caja torácica.

FUERZAS PROPULSORAS

Movemos nuestras manos y pies a través del agua empujando o traccionando de esta. De acuerdo con la tercera ley de Newton, se crea una fuerza igual pero de sentido contrario, los nadadores no tienen que mover sus brazos y pies directamente hacia atrás para obtener la fuerza propulsiva hacia adelante. Es decir, la fuerza de elevación no es atribuida al principio de Bernouilli, sino a la tercera ley de Newton. Por tanto, si bien distinguimos entre fuerzas de propulsión y fuerzas de resistencia en realidad las fuerzas de propulsión son las fuerzas de resistencia que se generan en las superficies propulsoras del cuerpo. De esta manera, si la musculatura sostiene firmemente el segmento propulsor, por reacción, sera el cuerpo el que avance.

Efectos de la mano y el antebrazo:

La orientación de la mano respecto al eje longitudinal del cuerpo del nadador viene determinado por la dirección de la brazada y por el ángulo de ataque de la mano. Se ha comprobado que el mayor rendimiento a la hora de nadar es con la palma de la mano dirigida hacia atrás. Así pues si se realiza con los dedos abiertos se generan turbulencias, por tanto la mayor eficiencia es con la palma recta y los dedos cerrados. El efecto es similar al del ala de un ave.

El antebrazo posee una forma cilíndrica que se consigue por medio de la articulación entre cúbito y radio lo que provoca una predominación de la fuerza de tracción en lugar de la fuerza de elevación (que era el caso de la palma de la mano).

Batido de pies:

Este termino se refiere al movimiento de los pies en los estilos de crol y espalda (este último con una ligera diferencia, ya que hay que flexionar más las rodillas). Se ha comprobado que el movimiento de pies apenas contribuye al empuje. Su mecanismo es igual que el de las manos, pero más que propulsora su función es estabilizadora. Estudios han demostrado que el batido de pies ayuda a la propulsión a velocidades que estén entre los 1,3 m/s y 1,5 m/s, más allá si se intenta hacer un batido intenso con el fin de aumentar la velocidad supondría un gasto energético inútil por lo que se concluye que su función es básicamente estabilizar el cuerpo en las tres dimensiones del espacio.

LA SALIDA Y LOS VIRAJES

La natación es un deporte de carácter cíclico continuo, sin embargo cuando se practica en una piscina y se llega a la pared se realiza lo que se conoce como viraje. El viraje consiste en la realización de dos giros justo antes de llegar a la pared sin llegar a tocar esta con las manos. Estos giros consisten en uno sobre el eje transversal (giro y apoyo en la pared) y otro sobre el eje longitudinal (impulso y deslizamiento). El caso de la salida también es una acción acíclica, pero solo se realiza una vez. Existen dos tipos de salida dependiendo de la competición. Si es el caso de una competición individual los nadadores se situarán en el bordillo y su tiempo de reacción al pito de salida oscila entre los 0,6 y 0,9 s. Por otro lado en las pruebas por relevos los nadadores con menos niveles de fuerza explosiva tardan entre 1 y 1,12 s. Las tres direcciones del espacio donde se aplica el impulso mecánico son la anteroposterior, es decir, la que tiene la dirección de la carrera, la transversal y la vertical. Los nadadores de élite en la dirección anteroposterior pueden alcanzar una velocidad de despegue de hasta 5 m/s. Interesa que la transversal sea lo más próxima a 0 posible y que la vertical sea únicamente la del peso, consiguiendo así que el centro de gravedad se desplace hacia adelante y no se pierda el tiempo en un movimiento ascendente. Esto es difícil de conseguir.

En los estilos de crol y espalda se permite que los nadadores toquen la pared con los pies, por tanto el viraje más eficiente es el que se realiza por medio de un giro de 180º sobre el eje transversal. Sin embargo en los estilos mariposa y brazas solo está permitido tocar la pared con las manos, por lo que el mejor viraje será un giro sobre el eje vertical del nadador.

Referencias:

-M. Izquierdo, Biomecánica y bases neuromusculares de la actividad física y el deporte, Médica Panamericana, 2008

“Esta entrada participa en el XXIV Carnaval de Biología acogido en Pero eso es otra historia…“

"Esta entrada participa en el XLIII Carnaval de la Física, que este mes se celebra en El Mundo de las Ideas."

Ciencia, Divulgación, Física, Deporte

Lo que no sabías sobre el Caballito de Mar

2013-07-18T09:33:00.000-07:00

El Caballito de Mar (Hippocampus hippocampus), se encuentran dentro del grupo de los peces, a pesar de lo que muchos puedan pensar, es más, es el único pez que posee la cabeza en ángulo recto. Su nombre se debe a la similitud que presenta su cabeza con la de los caballos.

Su cuerpo está protegido por una serie de placas de naturaleza ósea. Tienen una forma peculiar de nadar, diferente al de resto de peces. Disponen su cuerpo en una posición erecta, impulsándose con su aleta dorsal. Carecen de aleta anal, en su lugar poseen una cola prensil que se enrolla en espiral y les permite anclarse a tallos y plantas acuáticas.

La hembra del Caballito de Mar porta los huevos en un ovopositor que sitúa, una vez los huevos estén maduros, en la bolsa incubadora del macho. Esta bolsa se formará a partir de una invaginación en las placas óseas por la zona ventral. El macho de esta especie es el que porta la puesta, a diferencia de muchas otras especies del reino animal.

El interior de la bolsa incubadora se transforma con el fin de suministrar nutrientes a los embriones. El periodo de formación es de unas 3 semanas y después las crías saldrán y vivirán independientemente del macho.

Actualmente esta y el resto de especies del Caballito de Mar están protegidas por ser consideradas en peligro de extinción.

El tiempo y el amor.

2013-07-15T10:27:00.000-07:00

El tiempo, ese extraño fluido, no hay forma de pararlo ni de acelerarlo, ¿o sí? Lo que está claro es que los humanos no funcionan igual que los relojes, un segundo puede parecer eterno en algunas ocasiones y una mañana puede pasar volando ¿qué sabemos sobre nuestro reloj interno? Por ejemplo, ¿por qué pasa tan lento el tiempo cuando lo estamos pasando mal?. Hoy en día sabemos que el tiempo en nuestro cuerpo no se mide en segundos sino en intervalos marcados por descargas de las neuronas. Cuando estamos estresados o asustados nuestro cronometro neuronal dispara más veces por unidad de tiempo, por eso este parece alargarse cuando estamos en alerta, y viceversa. Esto nos ayuda a acomodar el tiempo a nuestras necesidades.

El concepto sobre que es el tiempo se remonta a Aristóteles. Cuando la gente se preguntaba qué era el espacio o qué era el tiempo y bastante pronto se dieron cuenta de que si no cambiaba nada no podíamos decir que no cambiaba el tiempo. Los cambios son el indicador del tiempo. Si todo se detuviera entonces no podríamos decir que ha pasado el tiempo por tanto existe un gran interrogante sobre que es realmente.

El visionado de una película es un ejemplo muy apropiado para ver cómo se comporta nuestro cerebro respecto al tiempo. Durante una película de amor el cerebro retiene los recuerdos más densos. Si los protagonistas enamorados por determinadas circunstancias no pueden estar juntos nuestro subconsciente lo asemeja con aspectos de nuestra vida y entonces cuando lo recordamos es como si hubiera durado más. Hay una zona del cerebro llamada amígdala que solo actúa en momentos de mucho estrés o miedo o emoción y suele registrar nuestros recuerdos en una pista de la memoria secundaria.

Llega un momento en la vida cuando el tiempo nos alcanza. (No sé si expreso esto bien.) Quiero decir que a partir de tal edad nos vemos sujetos al tiempo y obligados a contar con él, como si alguna colérica visión con espada centelleante nos arrojara del paraíso primero, donde todo hombre ha vivido una vez libre del aguijón de la muerte. ¡Años de niñez en que el tiempo no existe! Un día, unas horas son entonces cifra de la eternidad. ¿Cuántos siglos caben en las horas de un niño?

Este fragmento del poema ‘El Tiempo’ de Luis Cernuda nos relata como nuestra percepción del tiempo es más lenta cuando somos niños y a medida que somos mayores nos pasan más rápido los años. Caemos en una rutina constante del día a día. Nuestro cerebro utiliza este mecanismo para ahorrar energía. Si repetimos una acción sucesivas veces nuestra mente se anticipa a lo que va a suceder y por eso nos parece que ocurre más deprisa. Pero no tiene por qué ser así. Experiencias nuevas provocan en nuestro organismo una sensación de dilatación del tiempo. Es el caso de nuestro primer beso o de la primera vez que nos enamoramos. ¿Cuántos no hemos soñado con que el tiempo se detuviera en el instante que besamos a la persona que amamos?.

Cada vez que vemos afirmarse en la poesía la descripción del amor como algo idílico nos parece que se asemeja con el concepto de eterno, por eso con cada nuevo amor en nuestra vida nuestra percepción del tiempo cambia y nos parece que este pasa más lento cuando estamos lejos de esa persona. A menudo también se asocia el amor con la muerte, por un desamor o cualquier otro motivo que nos lleva a un estado de lentitud emocional en el que no nos importa el entorno y nos centramos en sucesos del pasado, “que hicimos mal” o “que podíamos haber hecho para evitarlo”. Es otro mecanismo ante circunstancias que nos parecen adversas. Tratamos de buscar una solución para no volver a cometer los mismo errores en el futuro. Cuando estamos tristes surge una de nuestras mayores fuentes de inspiración y podemos crear poemas muy bellos.

Después de un tiempo, uno aprende la sutil diferencia entre sostener una mano y encadenar un alma; y uno aprende que el amor no significa acostarse y que una compañía no significa seguridad, y uno empieza a aprender...Que los besos no son contratos y los regalos no son promesas, y uno empieza a aceptar sus derrotas con la cabeza alta y los ojos abiertos, y uno aprende a construir todos sus caminos en el hoy, porque el terreno de mañana es demasiado inseguro para planes... y los futuros tienen una forma de caerse en la mitad. - Jorge Luis Borges

Del mismo modo que sabemos que el romance es una invención del ser humano para referirse al comportamiento bioquímico de nuestro cerebro cuando una persona nos atrae, el tiempo también fue inventado con el fin de marcar la diferencia entre el día y la noche o los distintos cambios que suceden en nuestra vida. Sabemos que el tiempo va en una única dirección, pero quizás no sea así, quizás sea una ilusión y el tiempo no exista.

¿Fuga de cerebros?

2013-07-14T16:50:00.000-07:00

Hola joven estudiante o persona que hayas topado por casualidad con este post. Quiero iniciar esta sección hablando sobre la llamada "fuga de cerebros". Vivimos en la generación más preparada posiblemente de la historia, los que aportan ideas ven como su propio país los rechaza, como no valoran su ideas, su interés, su dedicación y por ello tienen que abandonar el país. Pero, ¿es eso realmente una fuga de cerebros?. Para mi la fuga de cerebros sería dejar que esos obstáculos bloqueen nuestros
sueños. A simple vista podemos observar como limitan nuestra capacidad para pensar por nosotros mismos, como nos educan para ser ganado que no puede opinar por sí mismo.

¡No te rindas! Tú que lees esto, no dejes que nada ni nadie frene tus ideas. Puedes ser lo que tu quieras: pintor, escritor, cantante, ¡incluso astronauta! Solo necesitas tu cabeza para llevar a cabo grandes planes, que tengas que irte a otro país no se convierta en un problema. No dejes que la educación actual, cada vez mas anticuada, marque tu forma de ser. Que el miedo no frene tus metas por pensar si agradará o no a tus padres o si el resto de la sociedad crea que son tonterías y deberías ser realista.

Si no tienes dinero para la Universidad busca otros caminos para dar forma a tus sueños. Un ejemplo de ello es Steve Jobs, se convirtió en uno de los personajes más influyentes y lo sigue siendo después de su muerte gracias a sus productos que han recaudado miles de millones de dólares en todo el mundo. No con esto quiero decir que el tener más o menos dinero sea una forma de éxito, pero está claro que las grandes ideas como las de este hombre no son algo casual y por eso se paga mucho dinero por ellas. Llegar más lejos mañana solo depende de ti hoy. Comparar tu vida o comparar tus éxitos con los de otros es el mayor error que podemos cometer, se tu el que tome las riendas de tu vida. Si habéis nacido para ser brillantes no dejéis que nada os lo impida, no privéis a la humanidad de las grandes ideas que vuestra cabeza puede generar. Os aseguro que si os esforzáis podréis crear una historia de leyenda.

Si te sientes identificado házmelo saber en los comentarios y si crees que hay otros que también puedan sentirse identificados puedes difundirlo. =)

¿Cómo se transmite la información en nuestro cerebro? Sinapsis

2013-02-20T17:36:00.000-08:00

La gran mayoría de los impulsos nerviosos son transmitidos por sinapsis a través de pequeñas moléculas que difunden fácilmente, los neurotransmisores. La sinapsis se lleva a cabo a través de la membrana de una neurona dadora (membrana presináptica) y la membrana de otra neurona receptora (membrana postsináptica) formando un espacio de unos 50 nm (hendidura sináptica). El impulso nervioso provoca el transporte de unas 300 vesículas a la hendidura sináptica. La unión del neurotransmisor acetilcolina a la membrana postsináptica produce una permeabilidad distinta a los iones creando un potencial de acción. La membrana postsináptica posee receptores de acetilcolina que se abren al fijarse este neurotransmisor y permite el paso por igual de los cationes Na⁺y K⁺.

El receptor de acetilcolina es el mejor de entre los conductos regulados por ligando. Este tipo de conducto no está regulado por voltaje sino por la unión de ligandos, como es el caso del acetilcolina en el que se le une al receptor abriéndolo. Los receptores de la membrana postsináptica están densamente empaquetados. Mediante la utilización de técnicas de purificación, se estableció que este receptor de 268 Kd (Kilo Dalton) es un pentámero formado por cuatro clases de subunidades transmembrana distintas (α₂, β, γ y δ), con un peso molecular que oscila entre los 50 y 58 Kd y que se distribuyen de forma anular de modo que forma un poro a través de la membrana. Estas cuatro subunidades son codificadas por ADNc (ADN complementario). Este ADN se ha clonado y secuenciado y se ha descubierto que las cuatro subunidades tienen secuencias nucleótidas muy parecidas. Los genes que codifican estas subunidades han aparecido por duplicación de un gen ancestral común.

Los receptores de acetilcolina están divididos en tres zonas dependiendo de donde se encuentre cada parte en la membrana: existe un dominio extracelular que sobresale de la membrana postsináptica; en el extremo carboxilo se encuentra un segmento transmembrana; en la zona más interna está el segmento del interior de la célula, como se puede observar en la figura. En el proceso sináptico, la acetilcolina se une a las interfases de α-γ y α-δ. Estudios de microscopía electrónica con receptores de acetilcolina purificados demostraron que la estructura es pentamérica y está en harmonía con las cinco subunidades. El dominio extracelular está formado principalmente por hebras β, cuatro hélices α transmembrana y una hélice α final en el interior de la célula.

La apertura o cierre de los receptores de acetilcolina está regulada por la unión de este neurotransmisor. Cuando se fija a él provoca una alteración estructural que produce la modificación de los cinco segmentos α-hélices que recubren el poro transmembrana. Las secuencias de las hélices α están orientadas hacia residuos pequeños polares o neutros (serina, treonina y glicina) y otros grandes apolares (isoleucina, leucina y fenilalanina). Cuando están cerrados los residuos grandes pueden tapar el conducto formando un anillo hidrofóbico ajustado. La unión de acetilcolina puede hacer rotar alostéricamente las hélices transmembrana de forma que el poro quede forrado por residuos polares pequeños en lugar de estarlo por residuos grandes hidrofóbicos. El poro, ahora más ancho y polar, estará abierto al paso de iones Na⁺ y K⁺ .

¿Por qué es tan importante la taxonomía?

2013-01-02T05:00:00.000-08:00

Si alguna vez te has preguntado el por qué de esa manía de ordenarlo todo de los seres humanos, si quieres saber cuál es la función de la taxonomía en el mundo que nos rodea o como se originó, te acompaño a leer esta entrada.

Si has seguido leyendo es porque te interesa un poco la taxonomía o los animales o las plantas. Haz de saber que las clasificaciones de organismos vivos data de la antigüedad. En la Grecia antigua comenzó el filósofo griego Aristóteles que creyó que había tipos fijos de plantas y animales que podían clasificarse conforme a la forma y función. El discípulo de Aristóteles, Teofrasto, basándose en los hábitos de crecimiento identificó y clasificó más de 450 especies en hierbas, arbustos, subarbustos o árboles. Identificó la estructura básica de muchas plantas y las dividió en plantas con flores y plantas sin flores. El farmacéutico griego Dioscorides escribió De Materia Medica, que fue usada como una obra de referencia en el ámbito de la medicina con plantas hasta principios del siglo 17.

Hasta aquí todo normal. Un grupo de señores antiguos se aburrían y decidieron ponerse a clasificar, pero ¿cuál era la función de esto? La clasificación de Teofrasto de los organismos vegetales en hierba, arbusto, subarbusto o árbol, permitió un mayor manejo de las plantas con el fin de mejorar el comercio, tener un conocimiento de las plagas,… y la clasificación de plantas con flores y sin flores es muy útil para hacer miel ya que es indispensable conocer a qué tipo de plantas van los insectos a polinizar. Además gracias a Dioscórides se tuvo un conocimiento más amplio de los tipos de plantas que podían ser venenosas o no y cuales tendrían un uso medicinal para el ser humano.


Linnaea borealis planta con el nombre de Linneo

Sin embargo el mayor ‘boom’ de la taxonomía se produjo en el siglo 18 cuando el taxonomista sueco Linneo ideó un sistema de clasificación que se volvería famoso y que sigue siendo usado en la actualidad. El sistema de nomenclatura binomial. Hasta esa época se empleaba un nombre excesivamente largo para nombrar a una especie que consistía en decir sus características básicamente. Linneo simplificó esto en dos palabras. La primera palabra indicaba el nombre genérico (el género) y la segunda era el nombre exclusivo de esa especie (el epíteto específico).

Los sucesores de Linneo han dedicado vidas enteras para recoger muestras y estudiar minuciosamente cada nuevo organismo descubierto para nombrarlo y describirlo como una especie. Algunas personas se preguntan: ¿es una ciencia que se necesita en el siglo 21? La taxonomía sí importa. Es muy relevante para los retos actuales.

Si vives en el centro de una gran ciudad, en un selva recóndita, o en un valle de alta montaña, el conocimiento taxonómico puede mejorar y, a veces, incluso salvarte la vida. La taxonomía es un servicio esencial que se oculta detrás de sectores que van desde la conservación de la biodiversidad y la gestión de la seguridad alimentaria hasta la reducción de la pobreza, la salud, la seguridad biológica, el desarrollo de nuevos productos industriales y el turismo ecológico.

Si nada de esto te ha convencido para pensar que la taxonomía es útil, piensa básicamente que es un método que nos sirve para entender el planeta en el que nos encontramos y nos permite conocer mejor a los seres vivos que nos acompañan a lo largo de nuestra vida, y de esta forma saber cómo cuidar el medio ambiente y a los organismos que vivimos en el.

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Este post participa en la VI Edición del Carnaval de Humanidades , acogido en el blog Cajón Desastre

La proteína verde fluorescente. Bioluminiscencia.

2012-12-30T10:02:00.000-08:00

La medusa Aequorea victoria. Sierra Blakely [Attribution], via Wikimedia Commons

Existen muchos animales que utilizan bioluminiscencia para atraer a la pareja, para espantar a un depredador, indicar que son venenosos o simplemente la evolución les ha dotado de ello. Un ejemplo es el de la medusa Aequorea victoria que debe su fluorescencia a la proteína verde fluorescente (PVF). Hace unos pocos años, concretamente en el 2008, se desarrolló esta proteína, lo que supuso el Nobel de Química para los científicos Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Roger Y. Tsien. Se descubrió que la transferencia del gen que producía la PVF hacía que se activase la expresión de otra proteína que conservaba la fluorescencia. A partir de ahí se usó como marcador luminiscente de tumores, crecimiento de bacterias patógenas y del desarrollo de circuitos neuronales, a la detección de contaminación por metales pesados, etc.

Esta molécula nos ha servido para avanzar en la investigación y en algunos casos en nuestra salud para detectar cáncer, pero ¿cómo funciona? La PVF posee una estructura fotosensible, el cromóforo, la cual absorbe radiación que normalmente suele ser del espectro visible o en el ultravioleta cercano. Una vez absorbida pueden producirse dos fenómenos: que se disipe rápidamente y se desactive o en cambio si la desactivación no se produce, el cromóforo se relajará liberando, unos pocos picosegundos después, un fotón de frecuencia inferior a la absorbida (un picosegundo equivale a 10^-12 segundos). Esto es lo que se conoce como fluorescencia.

Si desarrollamos un poco más la bioquímica del cromóforo vemos que inicialmente tiene una carga neutra y un grupo ácido, que absorbe un fotón. La absorción de radiación aumenta la acidez del cromóforo. Esto provoca la liberación casi instantánea de un protón, lo que deja al cromóforo con una carga negativa. El cromóforo con la carga negativa es el responsable de la fluorescencia en la región verde del espectro.

Gracias al descubrimiento de la estructura tridimensional del cromóforo se pudo entender como el entorno del mismo desarrolla una función muy importante en el mecanismo de la fluorescencia. El cromóforo se encuentra rodeado por una estructura que se conoce como “estructura en forma de barril” la cual alberga en su centro al cromóforo, protegiéndolo por varios residuos aminoacídicos. Algunos de estos residuos actúan a modo de base (recibiendo un protón) o a modo de ácido ( transfiriendo un protón). Estas cadenas de aminoácidos se activan cuando el cromóforo absorbe luz y libera un protón. El primer grupo que recibe ese protón cede a su vez un protón a un segundo grupo vecino, y así provocando una reacción en cadena. Esta sucesión produce un rápido alejamiento del protón transferido respecto del cromóforo con carga negativa; ello impide la recombinación inmediata de ambos y permite, por tanto, la fluorescencia verde.

Desde el descubrimiento de esta proteína en 1962 se ha investigado mucho hasta nuestros días abarcando todas las áreas de la Biología. Sin embargo, aún queda mucho por descubrir sobre su mecanismo de fluorescencia y sus posibles utilidades. Actualmente diversos grupos de investigación emplean potentes técnicas de computación intentando simular a escala atómica la dinámica de la molécula.

Referencia:

Vendrell. O. Moléculas alumbradoras.Investigación y ciencia. 57:32

Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara

Los códigos que marcan nuestra vida. Epigenética.

2012-12-23T07:37:00.004-08:00

Nuestro ADN contiene toda la información genética que determina cuál será nuestro color de ojos, como será nuestro pelo, nuestro color de piel, e incluso nuestra personalidad. Esto es lo que se ha creído desde siempre, pero esta visión ha ido cambiando poco a poco con el paso del tiempo y se cree que no todas nuestras características son heredadas directamente del material genético. Así pues ¿qué es lo que determina como seamos?

Esta pregunta es respondida por la epigenética. Los investigadores se han ido dando cuenta de que los seres humanos no son solamente lo que está escrito en el ADN, sino que existen pequeñas modificaciones químicas capaces de regular la expresión de múltiples genes. Esto es la epigenética.

Dentro de la gran variedad de células que tiene nuestro organismo, existen pequeñas modificaciones en el ADN de cada una de ellas que permite la inactivación de determinados genes con el fin de regular la actividad de cada tipo celular en su marco de actuación. No sería bueno para nuestro cuerpo que un gen que se expresa en el ojo, en la piel o en el corazón se expresara en otro lado.

Esto puede causar enfermedades como el cáncer, ya que células que en teoría deberían protegernos contra él, dejan de hacerlo porque una señal química actúa como inhibidor bloqueando su expresión y de esta forma, en parte, se produce la aparición de los tumores.

MODIFICACIONES EPIGENÉTICAS

“Recurriendo a un símil informático, yo diría que el disco duro es como el ADN, y los programas de software son como el epigenoma. Es posible acceder a cierta información del disco duro con la utilización de los programas del ordenador. Pero existen ciertas áreas protegidas por contraseñas y otras no (abiertas). Yo diría que estamos intentando entender por qué existen contraseñas para ciertas regiones y por qué otras regiones están abiertas.“ Este símil usado por Jörn Walter lo que indica es que existen genes silenciados (reprimidos) y otros no. Esto es producido por una serie de modificaciones epigenéticas como son la metilación o la acetilación de histonas.

La metilación es un importante mecanismo epigenético de regulación de la expresión genética, ya que interacciona con los diferentes mecanismos que modifican la cromatina. El mantenimiento de los sistemas de metilación tras varias replicaciones del ADN es un indicio de herencia epigenética. Además, la metilación es un importante mecanismo biológico, ya que cualquier alteración en el funcionamiento del proceso puede alterar aspectos fisiológicos concretos. Por ejemplo, la metilación se encarga de silenciar el retrovirus endógeno, por tanto si se viera afectada podría provocar graves problemas. También los procesos de impronta genética están basado en la metilación y durante el proceso embrionario se encarga de regular la expresión génica. En concreto, el embrión sufre una desmetilación genómica global durante la fase de mórula y durante la fase de blastocito realiza la re-metilación gradual.

GENERACIÓN TRAS GENERACIÓN

La dieta o el estrés tendrán un impacto dentro de una, dos o tres generaciones ¿ Es cierto esto? ¿Cómo actúa el entorno sobre el ADN? El código epigenético es la relación que tiene el ADN con las proteínas que lo cubren. Si tomamos, por ejemplo, el caso de dos gemelos, sabemos que tienen el mismo genoma, pero la alimentación, el estrés y otros factores ambientales hace que se diferencien más entre si y determina el que lleguen a padecer o no ciertas enfermedades como el cáncer

Podría decirse que la experiencia vivida queda marcada en nuestros genes. Una marca química sobre el ADN y las histonas, las proteínas que ayudan a la secuencia génica a empaquetarse en cromosomas, que activan o silencia los genes y esto es así porque se ha visto que hasta la alimentación de una madre embarazada afecta al epigenoma del bebe. Sin embargo, se desconoce hasta cuantas generaciones se mantienen estas alteraciones.

Hay que tener en cuenta que las metilaciones son necesaria para la vida, pero en el caso de que sean perjudiciales, estas ya pueden ser tratadas hoy día mediante fármacos.

PATOLOGÍAS

Existen cambios epigenéticos involucrados en los procesos del desarrollo y en la aparición de enfermedades. En la epigenética de la enfermedad es común un cambio en la plasticidad fenotípica que modifica la habilidad de las células para responder a estímulos externos e internos. Hasta ahora se ha encontrado un componente epigenético significativo en la patogenia de enfermedades que se inician en la etapa del desarrollo embrionario, en el cáncer y en algunas enfermedades comunes de iniciación tardía. También se ha comprobado que en algunos tipos de cáncer existe una alteración de los programas de diferenciación y crecimiento de las células madre. En el caso de las enfermedades comunes de aparición tardía una combinación de factores epigenéticos, genómicos y medioambientales participan en la patogenia de la enfermedad.

Existen 2 tipos de enfermedades: aquellas relacionadas con genes regulados epigenéticamente y aquellas que afectan al epigenoma como un todo como ocurre en las patologías asociadas a defectos en los genes encargados de la metilación de ADN.

El síndrome de Beckwith-Wiedemann, es una enfermedad de sobrecrecimiento asociada con un elevado riesgo de formación de tumor embriónico.La enfermedad es causada por mutaciones en genes reguladores del crecimiento en el cromosoma 11 o por errores en impronta genómica. Los pacientes presentan de forma típica vísceras fuera de la zona abdominal, lengua grande, y peso elevado al nacer, es un ejemplo del primer tipo. Un conjunto significativo de genes están marcados (impronta) de forma que su expresión es totalmente distinta si provienen de la madre o del padre. En el síndrome de Beckwith-Wiedemann esta impronta está alterada y genes como el IGF2 pierden su regulación expresándose en exceso y produciendo sobrecrecimiento de tejidos y cáncer. Otro ejemplo, es el síndrome de Prader-Willi que se debe a distintas alteraciones en el cromosoma 15. En primer lugar se observaron una serie de deleciones en el brazo largo del cromosoma 15. Posteriormente Butler y Palmer (1983) determinaron que las deleciones de este cromosoma procedían del padre. Fue Nicholls (1989), que al analizar la región 15q 11-q13 mediante técnicas moleculares, pudo observar que algunos pacientes presentaban sólo regiones del cromosoma 15 procedentes de la madre y ninguna del padre; a esta situación se la llamó disomía uniparental materna.

Nuestra visión del ADN y de los genes ha cambiado en los últimos años. Es mucho lo que ya sabemos de cómo funciona nuestro material genético. Cada nuevo descubrimiento nos acerca un poco más al objetivo de poder curar enfermedades como el cáncer. Sin embargo aun nos queda un largo camino por descubrir.

Esta entrada participa en la XIX Edición del Carnaval de Biología organizado por La Fila De Atrás, blog perteneciente a @MyrRB