lunes, 13 de diciembre de 2010

Lluvia de meteoros - Gemínidas

El próximo martes 14 de diciembre tendremos la ocasión, si las nubes nos lo permiten, de disfrutar de uno de los muchos espectáculos que la naturaleza nos ofrece silenciosa y cíclicamente.

Las gemínidas son restos del asteroide Faetón 3200, clasificado como un cometa extinto por la NASA. (Faetón es el nombre de un planeta hipotético existente entre las órbitas de Marte y Júpiter, cuya destrucción supuestamente llevó a la formación del cinturón de asteroides). Este asteroide es catalogado como un asteroide potencialmente peligroso (PHA, Potentially Hazardous Asteroid), el cual pasa a "sólo" 3,2 millones de kilómetros de la órbita de la Tierra. Mide 5 km de ancho y tiene alrededor de la mitad del tamaño del asteroide o cometa que causó la extinción de los dinosaurios hace 65 millones de años.

Este año, el resplandor de la luna creciente hará que los meteoros más débiles pasen desapercibidos, por lo que la mejor hora pare disfrutar del evento será a partir de las 01:00 h., cuando la luna se oculte, del 14 de diciembre hasta el amanecer, si bien las mas brillantes estrellas fugaces serán visibles desde las 22 horas del 13 de diciembre.

Para observarlas, basta con mirar hacia el este, que es por donde sale la constelación de Géminis en esta época del año, y a ser posible desde un lugar lo más oscuro posible, para huir de la contaminación lumínica. Deberemos mirar el cielo después de las 21:00 h., cuando la radiante o punto del cielo por donde aparecen los meteoros más brillantes se haya elevado lo suficiente sobre el horizonte oriental como para distinguir los primeros meteoros de la noche que se caracterizan por la ausencia de estelas y por su gran brillo.

Otra cosa que puede ayudar puede ser no mirar directamente hacia la constelación, ya que los meteoros que dejan una cola más larga son precisamente los que no aparentan venir directamente del radiante de la lluvia de estrellas.

Se prevé una THC (Tasa Horaria Cenital) de ¡120!. Lo que significa que en condiciones de visibilidad óptima se podrían ver una media de 120 meteoros por hora, número más que suficiente para convertir a las Gemínidas del 2010, como una de la lluvias de estrellas más bundantes del año.

Si tenéis una cámara de fotos que podáis poner en posición de exposición "B", es decir, que esté todo el rato que nosotros queramos capturando la luz, podréis obtener con un poco de práctica unas fotografías excelentes como la que os pongo aquí abajo.
Para conseguir esta fotografía ha estado varias horas con el objetivo abierto. La estrella que se encuentra en el centro de los "círculos aparentes" es la estrella polar (a la izquierda de la foto en el tercio superior), que es la única que permanece inmóvil a nuestros ojos debido a que coincide con el eje de rotación terrestre. Cada uno de esos arcos son las estrellas y el movimiento aparente que han tenido mientras se fotografiaban. Si calculáramos el ángulo que hay entre un arco cualquiera de los que se ve en la fotografía (si eligiéramos uno alejado de la estrella polar sería más fácil y preciso) teniendo como vértice la polar, podríamos saber durante cuánto tiempo se ha estado tomando esta fotografía. (cada 15º se corresponde con una hora, es decir, en 24 horas se describe una vuelta entera ya que 360/15=24).
Espero que disfrutéis de la observación, buscaros un sitio cómodo (una silla con respaldo abatible es perfecta) e id abrigados, mucho más de lo que soléis hacerlo normalmente, ya que estaréis un rato sin moveros (lo dudo...) y al estar despejado el frío será más intenso.

Y si no podéis encontrar una cámara de esas características, siempre podréis grabar un buen rato de vídeo (con el móvil o con una cámara de fotos/video) y después editarlo y dejar solamente los momentos en los que se ven los meteoros (para una vez que no os "confisco" el móvil aprovechad y usadlo...)

Como resumen os voy a poner unos consejos para que la observación vaya lo mejor posible:

  • Invoca a quién quieras y baila todas las danzas que sepas para que no se nuble.
  • Aléjate lo máximo posible de fuentes de luz. Evita estar cerca de grandes ciudades y sal al campo si puedes.Si coges el coche para ir a un sitio más oscuro, o simplemente te das un paseo para alejarte de las luces urbanas, procura llegar con luz para ver donde es mejor quedarse.
  • Deja que tu vista se aclimate a la oscuridad por lo menos durante 20-30 minutos. No uses linternas ni focos. Si necesitas luz, lleva una linterna de luz roja (puedes fabricar una con trozos de celofón o plástico rojo).
  • Lleva una esterilla, una tumbona o algo donde tumbarte. Tendremos que estar mirando al cielo durante mucho rato, por lo que lo mejor será estar cómodo.
  • Abrígate bien. Estamos en las fechas más frías del año (en el hemisferio Norte) y es imprescindible llevar una buena ropa de abrigo.
  • Mira hacia el este. El radiante, el punto desde donde surgen las estrellas fugaces, está en Géminis, que se encontrará hacia el Este cerca del horizonte a primera hora de la noche. Lo mejor es mirar a los lados del radiante.
  • Ten paciencia y mantén la vista en el cielo. Recuerda que las estrellas pasarán justo cuando no estés mirando ;-)
  • ¡Mejor si vas acompañado!
Animo a todos los que queráis rellenar esta hoja de toma de datos a que me la enviéis y publicaré la media de los datos de vuestras observaciones.

sábado, 11 de diciembre de 2010

La estructura del corazón, por Francesc Torrent-Guasp

Del mismo modo que Galileo Galilei se mantuvo firme al apoyar la teoría heliocéntrica de Copérnico, Francesc Torrent-Guasp, un médico de Denia, se atrevió a socavar los cimientos de las ideas, vigentes durante 500 años, sobre la anatomía y funcionamiento del corazón.

La aventura científica de Torrent-Guasp comenzó en los años 50 cuando era estudiante de medicina y ayudante de la cátedra de anatomía en la Universidad de Salamanca, mientras realizaba la disección de un corazón humano para mostrar a los alumnos de la clase de anatomía. El ‘arquitecto del corazón’ Torrent-Guasp descubrió en los años 70, tras diseccionar innumerables corazones de diferentes especies animales en su estudio de Dénia, que la estructura del corazón se trataba de ‘un conjunto de fibras musculares, retorcido sobre sí mismo a modo de cuerda lateralmente aplastada’, según su propia definición.

Su teoría sobre ‘la banda miocárdica ventricular’ es considerada por el Dr. Mladen Kocica ‘un Big-Bang científico que no solo resuelve algunos de los secretos de la anatomía cardiaca que han permanecido ocultos durante siglos sino que además explica ingeniosamente la armonía entre forma y función dentro del corazón’.

El estudio de Torrent-Guasp logró descifrar la complicadísima estructura del corazón, algo que nunca antes la medicina no había conseguido comprender. ‘Torrent-Guasp descubrió que los ventrículos del corazón en lugar de ser dos cavidades independientes eran el resultado de un enrollamiento de una única banda del tejido muscular, la denominada ‘banda ventricular’, añade el Dr. Jerónimo Farré. Estos descubrimientos le valieron el Premio Miguel Servet (1974) y la nominación al Premio Nóbel de Medicina (1978), a propuesta del Ministerio de Educación y Ciencia.

Una vez descrita la banda miocárdica ventricular –conocida internacionalmente como VHMB-, había que interpretar cómo funcionaba. Torrent-Guasp dedicó las siguientes décadas a desvelar la mecánica de aquella banda muscular. Como una toalla que se retuerce, el miocardio realizaba un giro helicoidal. ‘El corazón, en lugar de ser un pistón deslizante sobre unas paredes fijas, como cualquier cilindro, se retuerce en émbolo descendente y las paredes hacen un giro espiral, con lo cual la eficacia mecánica es máxima’, resumía el prestigioso cardiólogo Pedro Zarco hace unos años en la Revista Española de Cardiología. ‘Con una gran tenacidad y un trabajo prolongadísimo, el más extenso del Siglo XX de la anatomía cardiaca, el doctor Torrent-Guasp imaginó primero y conoció después el intrincado ovillo que forma el corazón’, añade Zarco.

miércoles, 8 de diciembre de 2010

Catabolismo - Fermentación

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.
Fermentación alcohólica
Fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son capaces de realizarla.
El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato, ...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.
En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.
Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.
Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.
Fermentación alcohólica
Denominada también como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica, es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible. La levadura Saccharomyces cerevisiae es un hongo unicelular responsable de gran parte de las fermentaciones alcohólicas.

 
C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 25.5 kcal

 
Se puede ver que la fermentación alcohólica es desde el punto de vista energético una reacción exotérmica, se libera una cierta cantidad de energía. La fermentación alcohólica produce gran cantidad de CO2, que es la que provoca que el cava (al igual que el Champagne y algunos vinos) tengan burbujas.

 
Fermentación láctica
Los lactobacillus, son bacterias que utilizan la fermentación láctica para obtener energía; estos organismos transforman la lactosa de la leche en glucosa y posteriormente en ácido láctico. Este proceso tiene importancia industrial ya que se utiliza en la fabricación de yogurt.
El ácido láctico también lo podemos producir en nuestro cuerpo. Un ejemplo es la acumulación de ácido láctico en tejidos humanos, que antiguamente se le atribuía al dolor después de un ejercicio intenso (agujetas), siendo hoy en día la teoría de las microrroturas musculares la más aceptada.
 
No debe confundirse la respiración anaeróbica con la fermentación, que es un proceso también anaeróbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica. La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula orgánica. La realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias y para ello utilizan una cadena transportadora de electrones análoga a la de las mitocondria en la respiración aeróbica.
En la respiración anaeróbica no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.
Todos los posibles aceptores en la respiración anaerobia tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional.

Hay organismos capaces de respirar:
  • Nitrato, generando nitrógeno (bacterias denitrificantes)
  • Sulfato, generando sulfuro (bacterias sulforeductoras)
  • CO2, generando metano (bacterias metanogénicas)

miércoles, 1 de diciembre de 2010

Respiración celular - Catabolismo

Catabolismo de los glúcidos

A. Glucolisis
Del griego glycos: azúcar y lysis: ruptura. Es el primer paso de la respiración, es una secuencia compleja de reacciones que se realizan en el citosol de la célula y por el cual la molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de ác. pirúvico.

Es el ciclo metabólico más difundido en la naturaleza, también se lo conoce como ciclo de Embden-Meyerhof . Se lo encuentra en los cinco reinos. Muchos organismos obtienen su energía únicamente por la utilización de este ciclo. El mismo esta catalizado por 11 enzimas que se encuentran en el citoplasma de la célula pero no en las mitocondrias.

Recuerde que es el inicio de un proceso que puede continuar con la respiración celular (si existe oxígeno) o con la fermentación (en ausencia del oxígeno).

1. Fase de inversión de energía: en esta etapa de preparación (fase de 6-carbonos) se activa la glucosa con el agregado de dos grupos fosfatos provenientes del ATP , gasto neto = 2 ~Pi (o sea dos uniones de alta energía). La molécula de glucosa se divide en dos moléculas de tres carbonos: el gliceraldehido-3-fosfato (G3P) y la dihidroxiacetona fosfato, ésta última luego se transforma en G3P.

2. Fase de "cosecha" de energía: las dos moléculas de G3P se convierten finalmente a 2 moléculas de ácido pirúvico o piruvato.
  • Fase de oxidación (producción de energía): cada gliceraldehido-3-fosfato se oxida, liberando ~ 100 kcal. Parte de la energía producida es temporariamente guardada como NADH (reducido). Parte es usada para agregar un fosfato inorgánico a la molécula de 3 carbonos para dar origen al ácido 1-3 difosfoglicérico. El resto de la energía se libera como calor.
  • En las reacciones que siguen los grupos fosfato de 1-3 difosfoglicérico son cedidos (uno por vez) al ADP (adenosín difosfato) para formar ATP. Esto se conoce como fosforilación a nivel de sustrato.
Balance neto: glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ---> 2 piruvatos + 2 ATP + 2 (NADH + H+)

La energía total acumulada en 2 ATP = 2 x 7.3 = 14.6 kcal/mol
La energía total que se puede obtener de la glucosa por oxidación aeróbica es = 688 kcal/mol.

Esto es un ~ 2% de rendimiento, si se tiene en cuenta la posibilidad de oxidar completamente la glucosa, es decir que el 98% de la energía potencialmente disponible no es usada por la célula.

Los dos NADH + H+ pasan a la cadena de transporte de electrones en ambiente aerobios y pueden dar más ATP, recuperándose el NAD en su forma oxidada.

B. Respiración celular
Es el conjunto de reacciones en las cuales el ác. pirúvico producido por la glucólisis es desdobla a CO2 y H2O y se producen 36 ATP. En las células eucariotas la respiración se realiza en la mitocondria. Se da en 3 etapas:

B.1. OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
Es el lazo entre la glucólisis y la respiración celular Es un complejo de reacciones catalizado por un sistema de enzimas localizado en la membrana mitocondrial interna.
  • El piruvato difunde hasta la matriz de la mitocondria, cruzando ambas membranas.
  • Cada ác. pirúvico reacciona con la coenzima-A, desdoblándose en CO2 y un grupo acetilo de dos carbonos que se une inmediatamente a la coenzima-A formándo acetil coenzima-A (acetilCoA) que entrará al ciclo de los ác. tricarboxílicos. En esta reacción se forma un NAD + H2.
Nota: La Acetil-CoA puede también producirse a partir de lípidos (por beta oxidación) o del metabolismo de ciertos aminoácidos. Su formación es un nodo importante del metabolismo central.
B.2. CICLO DEL ÁC. TRICARBOXÍLICO
Este ciclo, también conocido como Ciclo de Krebs o Ciclo del ác. cítrico tiene esencialmente la función de completar el metabolismo del piruvato derivado de la glicólisis. Las enzimas del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (Krebs) están localizadas en la matriz de la mitocondria (unas pocas de estas enzimas están la membrana interna de la mitocondria). Su punto de partida es el Acetil-CoA, obteniéndose CO2 y transportadores de electrones reducidos.

Balance de una vuelta: Acetil-CoA (2-C) + 3 NAD+ + FAD -------> 2 CO2 + 3NADH + FADH2 + ATP


Balance para una molécula de glucosa que se convierte en 2 piruvatos, luego en 2 Acetil-CoA y luego a CO2 en la vía el ciclo de los ácidos tricarboxílicos , con todo el NADH y el FADH convertidos en ATP por la respiración: 1 glucosa + 38 ADP + 38 Pi -------> 6 CO2 + 38 ATP

Nota: 2 de los NADH son formados en el citoplasma durante la glicólisis. Para ser transportados a la matriz mitocondrial para ser posteriormente oxidado por la cadena transportadora de electrones, tienen que pasar por medio de transporte activo al interior de la mitocondria , Esto "cuesta" 1 ATP por NADH.

Por lo tanto el balance final resulta en 36 ATP por glucosa y no 38 ATP.

La eficiencia de la respiración llega casi al 40%. de la energía presente inicialmente en la molécula de glucosa, y es conservada en forma de ATP; el resto se libera como calor.






B.3. CADENA RESPIRATORIA
En este punto la célula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis y dos en el ciclo de Krebs, sin embargo ha capturado electrones energéticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. estos transportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones localizado en la membrana interna de la mitocondria.

Es un sistema multienzimático ligado a membrana que transfiere electrones desde moléculas orgánicas al oxígeno.
  • Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportador ("carrier") a otro. 
  • Los protones son translocados a través de la membrana, estos significa que son pasados desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana. Esto construye un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+ para producir agua.
A medida que los electrones fluyen,los protones (H+) son transferidos desde el interior al exterior de la membrana. Esto construye un gradiente de protones , dado que las cargas + son retiradas del interior mientras que las -, permanecen en el interior (en gran parte como iones OH- ), el pH en la cara externa de la membrana puede llegar a un pH 5,5, mientras que el pH justo en la cara interna de la misma puede llegar a 8,5 ---> la diferencia es de 3 unidades de pH.  

Dado que la membrana es básicamente impermeable a los protones, por lo tanto el gradiente no se desarma por una constante re-entrada de los mismos, y teniendo en cuenta que la ATP sintetasa complejo proteico (conocido también como "lollipops", complejo F1, ATPasa mitocondrial) contiene el único canal para la entrada del protón, por lo tanto a medida que los protones pasan por el canal, se produce la siguiente reacción: ADP + Pi ---> ATP

Este proceso puede llamarse: fosforilación quimiosmótica o fosforilación oxidativa. Los electrones que son transportados por el FADH2 se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los del NADH. En consecuencia, entran en la cadena de transporte más abajo, a la altura de la CoQ. Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución, y forman agua.


Inhibidores de la Fosforilación oxidativa
Numerosos productos químicos pueden bloquear la transferencia de electrones en la cadena respiratoria, o la transferencia de electrones al oxígeno. Todos ellos son potentes venenos, entre ellos:
  • Monóxido de Carbono -- se combina directamente con la citocromo oxidasa terminal, y bloquea la entrada de oxígeno a la misma.
  • Cianuro (CN-) se pega al hierro del citocromo e impide la transferencia de electrones.
Producción directa de calor
Si bien las células utilizan el ATP para almacenar la energía derivada de ellos, en ciertos tejidos la fosforilación oxidativa se desacopla de la formación de ATP y la energía se transforma directamente en calor. En mamíferos "la grasa parda" (un tejido que, amén de las gotitas de lípidos, contiene una inusual cantidad de mitocondrias) es el encargado de la producción del calor en esta forma. Curiosamente, un tejido similar con el mismo mecanismo de producción de calor, se encuentra en las flores de Philodendrum selloum.

Otras vías catabólicas y anabólicas

La mayoría de los organismos no se alimentan directamente de glucosa. ¿Cómo extraen energía de las grasas o de las proteínas? La respuesta radica en el hecho que el ciclo de Krebs es un gran centro de comunicaciones para el metabolismo de energía. Otros alimentos son degradados y convertidos a moléculas que pueden entrar en esta vía central.

Dado que muchas de estas sustancias, como las proteínas y los lípidos, pueden degradarse y entrar en la vía central, se puede suponer que es posible el proceso inverso, o sea, que los distintos intermediarios de la glucólisis y del ciclo de Krebs pueden servir como precursores para la biosíntesis. Y así es. Sin embargo, las vías biosintéticas, aunque son semejantes a las catabólicas, se diferencian de ellas. Hay enzimas diferentes que controlan los pasos y hay varios pasos críticos del anabolismo que difieren de los de los procesos catabólicos.

Para que ocurran las reacciones de las vías catabólica y anabólica debe haber un suministro constante de moléculas orgánicas que puedan ser degradadas para producir energía y deben estar presentes moléculas que serán los ladrillos de construcción. Sin el suministro de estas moléculas, las vías metabólicas dejan de funcionar y la vida del organismo finaliza. Las células heterótrofas (incluyendo a las células heterótrofas de los vegetales, tales como las células de las raíces) dependen de fuentes externas, específicamente de células autótrofas, para obtener las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. Las células autótrofas, por el contrario, son capaces de sintetizar monosacáridos a partir de moléculas inorgánicas simples y de una fuente externa de energía. Luego, estos monosacáridos se utilizan no sólo para suministrar energía, sino también como sillares de construcción para la variedad de moléculas orgánicas que se sintetizan en las vías anabólicas. Las células autótrofas más importantes, sin lugar a dudas, son las células fotosintéticas de las algas y las plantas que capturan la energía de la luz solar y la utilizan para sintetizar las moléculas de monosacáridos de las cuales depende la vida en este planeta.

Aquí tenéis dos excelentes presentaciones con las que podréis comprender perfectamente todo lo relacionado con el balance energético de la glucólisis aeróbica.

Rendimiento de una molécula de glucosa


Fosforilación oxidativa