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26 de noviembre de 2018

Cómo filmar un electrón: la química de lo improbable

Esta es una historia improbable. Porque hasta hace menos de una década parecía imposible poder llegar a ver cómo se mueven los electrones en una molécula, rompiendo y formando sus enlaces, es decir, moviendo los hilos de la química. En ese mundo subatómico todo sucede increíblemente rápido: exactamente en cuestión de attosegundos, la trillonésima parte de un segundo (10-18). Y a esa escala, un segundo es un tiempo infinito.

Improbable también porque para ver y grabar el movimiento de algo tan pequeño y rápido se necesitan instalaciones enormes y superordenadores calculando durante años. Improbable, en definitiva, porque pocas veces sucede que un descubrimiento pueda cambiar la forma de practicar la química. Esta es, por tanto, una historia que requiere una profunda imaginación.

En 2001 se produjo un avance tecnológico que alteró ese improbable. Investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en la ciudad alemana de Gotinga, generaron los primeros pulsos de luz de duración de attosegundos con láseres superrápidos. Para nosotros es un intervalo de tiempo irrelevante, pero en esos brevísimos instantes es cuando los electrones despliegan su ritmo natural. Por primera vez se disponía de la fuente de luz necesaria para verlos, y quizá, grabarlos.

La primera cámara de attosegundos

Ocho años después, un equipo liderado por los investigadores Fernando Martín, de la Universidad Autónoma de Madrid, Marcus Vrakking, del Instituto Max Born en Berlín y Mauro Nisoli, del Politécnico de Milán, diseñó la primera cámara de attosegundos capaz de ver el movimiento de los electrones en las moléculas. La primera película mostraba la intimidad a tiempo real de la molécula de hidrógeno, la más sencilla del universo.

Una mirada al interior de las moléculas. Crédito: UAM

El experimento se inspiraba en la cámara que el Nobel egipcio Ahmed Zewail había diseñado para ver el movimiento de los núcleos, pero con mayor resolución. En ella, un pulso de luz de attosegundos irradia una molécula e induce el movimiento de los electrones. En intervalos también de attosegundos, otro pulso ultraveloz toma fotografías que finalmente se proyectan de forma concatenada creando la ilusión del movimiento —como el del tren llegando a una estación, que tanto asombró a los espectadores de las primeras películas de los hermanos Lumière en 1896. 


“La diferencia con una película normal es que para filmar algo que se mueve en tiempos tan cortos como los attosegundos, hay que tomar fotografías con unos tiempos de exposición que sean del mismo orden. De lo contrario saldrían movidas”, explica Martín.

Superar la complejidad técnica —estos láseres ocupan la planta entera de un edificio y tienen miles de piezas y dispositivos ópticos— fue posible por la combinación de las aportaciones de los tres científicos: Nisoli es pionero en el desarrollo de uno de los primeros pulsos de luz de attosegundos, Vrakking es experto en espectroscopía molecular y Martín lidera uno de los dos únicos grupos del mundo capaces de desarrollar herramientas de visualización, porque las películas que salen de estas cámaras no se entienden en absoluto, son solo manchas borrosas.

“Es un poco más complicado, pero la idea de base es la misma que en las películas en 3D: si no te pones las gafas que te dan en el cine, la imagen se ve borrosa. Tenemos que desarrollar el equivalente de unas gafas para traducir las imágenes en algo que entendamos”, continúa Martín. Estas herramientas se obtienen resolviendo la ecuación de Schrödinger, que gobierna el mundo atómico y subatómico de igual forma que las de Newton rigen en el macroscópico. Sin embargo son mucho más difíciles de resolver, especialmente en el caso de moléculas, y necesitan de supercomputadores. El equipo de Martín utilizó el Mare Nostrum, del Centro Nacional de Supercomputación en Barcelona. Los cálculos tardaron un año.

Controlar reacciones químicas

Cuatro años después, en 2014, Martín y Nisoli obtuvieron la primera película de una molécula con interés biológico, la fenilalanina, un aminoácido esencial. En el experimento apareció otro efecto improbable: además de ver el movimiento de los electrones en una molécula más compleja, los científicos comprobaron que con estos pulsos de luz podían, digamos, modificarlo a voluntad. Y ahora es cuando esta historia se adentra en un terreno que solo podemos imaginar. Porque como los enlaces entre distintos átomos se rompen o forman en función de lo que dicen los electrones, si estos se movieran de otra manera podrían romperse o formarse otros enlaces; es decir, la química resultante podría ser completamente distinta a la que conocemos.



“El objetivo es intentar controlar las reacciones químicas a voluntad; por ejemplo, forzar que algo reaccione porque un pulso de luz va a cambiar el movimiento de sus electrones, o lo contrario, que moléculas que reaccionan de manera espontánea dejen de hacerlo”, concluye Martín.

Estos descubrimientos están dando lugar a una nueva manera de hacer química basada en la utilización de láseres de attosegundos y supercomputación, para la que ya se ha acuñado un término: attoquímica. Aún queda mucho por avanzar hasta que se traduzca en técnicas que lleguen a los laboratorios. Mientras tanto, varios grupos investigan su aplicación en el grafeno, el nuevo material del que se dice que cambiará el mundo.

Tomado de: Open Mind

5 de octubre de 2017

Premio Nobel de Química 2017: Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson ganan por su técnica para observar moléculas


Los investigadores Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson fueron distinguidos este miércoles con el premio Nobel de Química 2017.

La Real Academia de las Ciencias de Suecia informó que el premio le fue otorgado al trío por "desarrollar la criomicroscopía electrónica para la determinación estructural en alta resolución de biomoléculas en soluciones". 

Dubochet es ciudadano suizo y trabaja en la Universidad de Lausana, Frank nació en Alemania y trabaja en la Universidad de Columbia, en Estados Unidos, y Henderson nació en Escocia y trabaja en la Universidad de Cambridge, Reino Unido.

La técnica desarrollada por el grupo simplifica el proceso para observar los bloques constitutivos de la biología.

Es un proceso que permite que las biomoléculas se congelen muy rápido, y así conserven su forma natural.

"Su uso práctico es inmenso", le explicó Frank a la televisión sueca.

Pero toma tiempo hasta que una investigación fundamental (como esta) deja sentir su impacto en la medicina, añadió el científico.

Contribución

Frank fue quien hizo la tecnología más fácil de aplicar en un marco general, procesando el material de forma que las borrosas imágenes en dos dimensiones se transformaran en claras estructuras en 3D.
 
Esta imagen de un "motor" bacteriano fue lograda con la tecnología desarrollada por el trío.
Dubochet logró enfriar el agua muy rápidamente de modo que se solidificara alrededor de la muestra biológica.

Y Henderson logró presentar la estructura de una molécula bacteriana a una resolución atómica.

Cuando le preguntaron a Frank su opinión sobre el hecho de que el premio fue para un avance tecnológico (en oposición a uno científico), Frank nuevamente puso el acento en el impacto.

"Creo que decidir entre un descubrimiento en particular y un avance tecnológico, siempre pienso que el impacto de un avance tecnológico es probablemente mucho más grande".

Uso práctico

La criomicroscopía electrónica ha sido utilizada para capturar imágenes de las "agujas" de la Salmonella para atacar a las células, de las proteínas involucradas en la resistencia a los antibióticos y en las estructuras moleculares que gobiernan el ritmo circadiano, el tema que se llevó el Nobel de Medicina de este año.
Cuando los investigadores comenzaron a sospechar que el virus del zika estaba detrás de la microencefalia en los bebés recién nacidos de Brasil, utilizaron esta técnica para visualizarlo.

En pocos meses, generaron imágenes en 3D del virus en resolución atómica, lo que le permitió a investigadores buscar blancos potenciales para los fármacos.

Nueva era

Según el comité del Nobel, el trabajo de estos investigadores "llevó la bioquímica a nueva era".

"Ya no hay más secretos, ahora podemos ver los intrincados detalles de las biomoléculas en cada rincón de nuestras células y en cada gota de nuestros fluidos corporales", dijo Sara Snogerup Linse, directora del comité. 

"Podemos entender cómo se construyen y cómo actúan, y cómo funcionan juntas en comunidades grandes. Estamos presenciando una revolución en bioquímica". 

En opinión de Allison A. Campbell, presidenta de la Sociedad Estadounidense de Química, "este descubrimiento es como el Google Earth de las moléculas, en cuanto a que nos acerca a los detalles más precisos de los átomos dentro de las proteínas".

"Entender a las proteínas en su estado original es importante en todos los campos de la ciencia, ya que están en todo organismo vivo".

"Una imagen verdaderamente vale más que mil palabras, y los descubrimientos de los laureados son invaluables para nuestra comprensión de la vida y el desarrollo de nuevas terapias". 

Los ganadores se suman así a la prestigiosa lista de 175 laureados con el Nobel de Química desde 1901.

Fuente:

BBC

23 de enero de 2017

Científicos de Harvard y del MIT construyen una 'espada láser' real (y te decimos cómo hacer tu propia espada láser)

Un equipo de físicos de Harvard y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), han construido una espada láser real, similar a las de 'Star Wars'.

Los científicos lograron juntar fotones para formar moléculas, logrando un estado de la materia que hasta ahora era solo teórico

Han creado un tipo especial de medio en el cual los fotones interactúan entre sí tan fuertemente que comienzan a actuar como si tuvieran masa.



Un equipo de físicos de la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), han construido una 'espada láser' real, con efectos similares a las utilizadas en la saga de Star Wars. Los científicos lograron juntar fotones para formar moléculas, logrando un estado de la materia que hasta ahora era solo teórico.

La física de lo que sucede en estas moléculas es similar a lo que se ve en las películas...

Este logro, que ha sido publicado por Nature, desafía décadas de conocimiento sobre la naturaleza de la luz. Hasta ahora, los fotones han sido descritos tradicionalmente como partículas sin masa, que no interactúan entre sí, es decir, que si enfrentas un láser a otro, simplemente se atraviesan.

Sin embargo, las moléculas fotónicas no se comportan como los láser tradicionales. "No es una mala analogía comparar esto a los sables de luz. Cuando estos fotones interactúan entre sí, se empujan desviándose unos a otros. La física de lo que sucede en estas moléculas es similar a lo que se ve en las películas", ha señalado uno de los autores principales del trabajo, Mikhail Lukin.

Según ha explicado, se ha creado un tipo especial de medio en el cual los fotones interactúan entre sí tan fuertemente que comienzan a actuar como si tuvieran masa, y se juntan para formar moléculas. Los expertos han explicado que este tipo de estado unido de fotones se ha discutido en numerosas ocasiones en teoría, pero no había sido observado, comentó.

Todo, gracias a los átomos de rubidio

Para hacer que los fotones, normalmente sin masa se junten, los investigadores usaron átomos de rubidio y una cámara al vacío. Luego usaron láser para enfriar la nube de átomos hasta un nivel apenas superior al cero absoluto.

Usando varios láser muy débiles, dispararon fotones individuales a la nube de átomos. Al ingresar a esta nube fría, la energía del fotón excita a los átomos en su camino, provocando una desaceleración del fotón. Al ir avanzando, esa energía pasa de átomo en átomo y luego abandona la nube junto al fotón. 

"Cuando el fotón abandona el medio, su identidad se preserva. Es el mismo efecto que se ve en la refracción de la luz en un vaso de agua. La luz entra en el agua, entrega parte de su energía al medio, y dentro existe como luz y materia combinadas, pero cuando sale, sigue siendo luz", ha indicado el físico.

El artículo completo en:

20 Minutos

Bonus 1: El Dr. Michio Kaku te explica cómo se elabora un sable de luz "real"...



Bonus 2: Pero aquí nosotros te enseñamos a hcer tu propia espada laser con un encendedor y una cañita (sorbete o popote), bueno no es un láser pero en la oscuridad se ve muy bien!!!! El video AQUÍ.


Que la Fuerza los acompañe 

6 de octubre de 2016

¿Qué son las "máquinas más pequeñas del mundo" y porqué ganaron el Premio Nobel de Química 2016?

¿Qué tan diminutas pueden ser las máquinas?

Tres científicos fueron los primeros en demostrar que son capaces de ser hasta 1.000 veces más pequeñas que el cabello humano.

Se trata de Jean Pierre Sauvage, Fraser Stoddart y Bernard Feringa, los galardonados del Premio Nobel de Química 2016.

Cada uno, en su tiempo, abrió las puertas a un nuevo campo de la química. El comité que otorga los Nobel comparó sus esfuerzos con los primeros intentos por desarrollar motores eléctricos en 1830, que dieron pie a una verdadera revolución.

Estos científicos de las universidades de Estrasburgo (Francia), Northwestern (EE.UU.) y Groningen (Holanda), respectivamente, fueron premiados por diseñar y sintetizar las llamadas "máquinas moleculares".

Son moléculas con movimientos controlables que pueden realizar una tarea cuando se les añade energía y que pueden tener múltiples aplicaciones en la industria, la medicina y los servicios eléctricos.

Nanomáquinas en nuestro cuerpo

Pueden ser usadas para desarrollar nuevos materiales, sensores y sistemas para almacenar energía.

"Piensa en microrobots, en nanomáquinas que en el futuro un médico podrá inyectar en el cuerpo humano para que busque células de cáncer", explicó por vía telfónica el holandés Bernard Feringa, quien no ocultó su emoción y su sorpresa por haber sido premiado.

"Me siento como los hermanos Wright que desarrollaron las primeras máquinas voladoras y ahora tenemos el Airbus", agregó.

Para que algo sea considerado una máquina, debe consistir en varias partes que semuevan de manera coordinada y desarrollen una tarea.

Jean Pierre Sauvage, quién irrumpió en este campo por accidente (al principio su campo era la fotoquímica), desarrolló en 1994 una cadena molecular -conocida como catenano- en la que un anillo rotaba de forma controlada alrededor de otro anillo cada vez que se le aplicaba energía.

Ese mismo año, Fraser Stoddart, quien creció en una granja de Escocia sin electricidad, pudo controlar los movimientos de anillos moleculares unidos por un eje.

Mientras que Ben Feringa, quien también creció en una granja, produjo en 1999 el primer motor molecular que giraba en una dirección particular.

Más tarde, en 2011, su equipo construyó un nanoauto con una carrocería molecular que constaba de cuatro ruedas y se podía mover sobre una superficie.

El nano automóvil

El artículo completo en:

BBC 

Las nano máquinas en 500 palabras (en inglés)

22 de octubre de 2015

Crean por primera vez “moléculas” de luz

Físicos logran sobreponer fotones para que se comporten como moléculas.





Científicos del National Institute of Standards in Technology de Estados Unidos han logrado crear algo que desafía los límites de lo que la ciencia consideraba posible: “moléculas” de luz (o al menos, luz que se comporta como una molécula). Los fotones no tienen masa y no interactúan entre sí, por lo que para crear “materia fotónica” era necesario mantener la interacción de estas partículas durante un cierto período de tiempo.


Anteriormente, los investigadores habían logrado fabricar un compuesto fotónico disparando dos fotones en una nube de átomos de rubidio a bajas temperaturas en una cámara sellada, lo cual causó que los fotones donaran su energía a los átomos enfriados a su alrededor. Los fotones interactúan con la nube de rubidio, pero esta nube afecta a su vez a los fotones y así sucesivamente, lo cual hace que los dos fotones interactúen entre sí y desalojen la nube de rubidio como un solo foton perfectamente sobrepuesto.

Recientemente el equipo logró crear “moléculas” de dos fotones en los que el tándem de partículas se mueve de manera coordinada, como dos átomos en una molécula. Para este proceso se requieren temperaturas criogénicas y poderosos aparatos, por lo que no es muy viable por el momento. Sin embargo, la tecnología “multifotónica” podría ser más adelante utilizada para aumentar la transmisión y coherencia de datos a través de luz, como puede ser por fibra óptica.

Este juego de ciencia cuasi divina con la luz tiene algunos interesantes antecedentes, como la vez que varios científicos lograron crear materia con luz, en un nuevo fiat lux.

Tomado de:

11 de septiembre de 2015

Por primera vez se fabrica el estaneno


Dibujo20150803 stanene - 2d layer tin atoms - microscope image - nature materials
El estaneno es un material bidimensional (una hoja monoatómica de estaño, Sn, con un solo átomo de grosor). Se predijo su existencia en el año 2013 y se ha logrado fabricar mediante crecimiento epitaxial sobre una superficie de telurato de bismuto (Bi2Te3). Por ahora no se han podido confirmar si sus propiedades electrónicas son las predichas por los modelos teóricos. Este primo del grafeno (C) se une al club junto al siliceno (Si), fosforeno (P) y germaneno (Ge).

El artículo es Feng-feng Zhu et al., “Epitaxial growth of two-dimensional stanene,” Nature Materials, AOP 03 Aug 2015, doi: 10.1038/nmat4384; me he enterado gracias a Chris Cesare, “Physicists announce graphene’s latest cousin: stanene,” News, Nature, 03 Aug 2015, doi: 10.1038/nature.2015.18113. Recomiendo leer “Más allá del grafeno,” LCMF, 03 May 2015.


Dibujo20150803 Atomic structure model for the 2D stanene - nature materials

Según los modelos teóricos las propiedades de conducción de la electricidad del estenato son excepcionales. Su termoelectricidad casi ideal permite que a temperatura ambiente los electrones se muevan sin disipar calor. Esto implica que este material bidimensional sería ideal para desarrollar circuitos eléctricos de bajo consumo. Por desgracia esta propiedad no se ha podido confirmar usando las muestras fabricadas hasta el momento.

Dibujo20150803 Electronic structures of stanene film - nature materials

El estaneno según los modelos teóricos es un aislante topológico excepcional. Debería presentar superconductividad topológica. Además del efecto Hall cuántico anómalo a temperatura ambiente. Lo que si se confirmara haría que fuera un material mucho más prometedor que el grafeno en muchas aplicaciones. De hecho, también sería útil en espintrónica por el papel del espín en la propagación de ondas de electrones (cuasipartículas). Pero seamos cautos, todavía no se ha podido confirmar que el estaneno fabricado sea un aislante topológico ni que posea todas estas maravillosas propiedades. Por supuesto, se está desarrollando una intensa investigación con objeto de comprobarlo.

Dibujo20150803 omparison between DFT calculations and experiments - statnene - nature materials

La resolución de los experimentos (figura a la derecha) todavía es insuficiente para verificar las propiedades predichas por los modelos teóricos basados en la teoría del funcional densidad (figura a la izquierda). Aún así, las propiedades del estaneno son asombrosas. Sin lugar a dudas el estaneno dará mucho que hablar en los próximos

Fuente:

La ciencia de la Mula Francis

2 de agosto de 2015

Biografía de Louis Pasteur (y nos vamos más allá de la pasteurización)

Pocas personas han salvado más vidas que Louis Pasteur.

Las vacunas que desarrolló han protegido a millones.

Al entender que los gérmenes causan enfermedades revolucionó la atención médica.

Y encontró nuevas formas para hacer que los alimentos que consumimos no nos hicieran daño.

Definitivamente, Pasteur fue un químico que cambió nuestra interpretación de la biología en forma fundamental. Pero además, al examinar paso a paso su vida, se hace evidente que estuvo a la vanguardia de una nueva rama de la ciencia: la microbiología.

27 de diciembre de 1822: El artista que se volvió químico

Louis Pasteur era el hijo de un sargento de las guerras napoleónicas, que creció amando apasionadamente a su nativa Francia.

Pasó su niñez en el macizo del Jura, en el este de Francia.

No se destacó como alumno y era un apasionado del dibujo y la pintura. De niño, hizo una serie de retratos de su familia que revelan un buen ojo para la precisión y los detalles.

Sus profesores alentaron ese lado artístico, pero su padre consideraba que pintar era una indulgencia: lo que importaba era el trabajo sólido escolar, así que Pasteur estudiaba con tesón.

1848: Un descubrimiento sobre los pilares de la vida


Pasteur empezó su carrera en química con un empleo en la Universidad de Estrasburgo y pronto hizo un descubrimiento revolucionario: demostró que moléculas idénticas podían existir como imágenes espejo (o versiones "zurdas" y "diestras").

Notó que las moléculas producidas por los seres vivos siempre eran zurdas.

El descubrimiento fue un avance fundamental para la microbiología, que apuntaló el desarrollo moderno de las medicinas y hasta nuestra comprensión del ADN.

A los 25 años de edad, Pasteur ya había hecho lo que se puede considerar como su contribución más profunda a la ciencia.

En Conocer Ciencia TV realizamos un especial (endos partes) sobre la vida de Pasteur:


Parte del programa de History Channel sobre Pasteur:




El artículo completo sobre la vida de Pasteur en la web de la BBC


23 de mayo de 2014

Crean un nuevo tipo de ADN sin base en la naturaleza

Un equipo de investigadores del Instituto de Investigación Scripps de California (EEUU) ha logrado incorporar nuevas letras al alfabeto genético tras desarrollar una bacteria cuyo ADN incluye dos bases artificiales que no existen de forma natural, creando así el primer organismo vivo semisintético.

El estudio, publicado en la revista Nature, explica que han conseguido que el organismo utilizado para las pruebas, la bacteria “Escherichia coli” replicara sus células con relativa normalidad tras la modificación genética. Para conseguir la replicación de ADN, los investigadores tuvieron que proporcionar el par de bases (d5SICS y dNaM) a la bacteria, de forma artificial, así como las moléculas que las transportan. Afortunadamente, el material genético de las células del nuevo organismo semisintético replicaba las células con cierta velocidad y precisión, sin dificultar su crecimiento ni mostrar signos de perder sus pares de bases no naturales.

Los científicos esperan seguir creando moléculas artificiales que permitan el desarrollo de aminoácidos (componentes de las proteínas) no naturales que permitan la creación proteínas para funciones terapéuticas o de diagnóstico.

La idea de mejorar la estructura de doble hélice del ADN no es nueva; no en vano, el equipo de investigación del Instituto Scripps lleva trabajando en ello desde los años 90, logrando al fin, este hito en biología sintética con la creación del primer organismo semisintético capaz de albergar en su ADN un par de bases artificiales.

Fuente:

Muy Interesante

3 de abril de 2014

Ua E. coli capaz de alimentarse de citrato.

Hace 25 años un científico estadounidense llamado Richard Lenski comenzó un experimento de evolución en el laboratorio con un único ejemplar de Escherichia coli, la bacteria más estudiada de la historia y uno de los seres vivos mejor conocidos. De ese único ejemplar extrajo 12 líneas diferentes de bacterias, que desde entonces se reproducen separadas las unas de las otras, dividiéndose y reproduciéndose; 58.000 generaciones de separación a estas alturas. Es el 'Long Term E. Coli Evolution Experiment' (experimento de evolución a largo plazo de E. coli), y está empezando a dar resultados. Lo que ocurre es que los resultados no son simples, y subrayan la complejidad del proceso evolutivo y, de rebote, la brillantez de quien supo desentrañarlo por primera vez, un tal Darwin. Porque las cosas no son sencillas ni siquiera con un organismo relativamente simple en un entorno perfectamente controlado como éste. Contrariamente a lo que defienden los creacionistas, la evolución se puede ver en el laboratorio, pero hay que saber mirar. Y la historia comienza hace 11 años, en 2003, cuando de repente apareció en una de las líneas algo que no debía existir: una E. coli capaz de alimentarse de citrato. Algo que por definición E. coli no puede hacer; en términos bacteriológicos casi la aparición de una nueva especie.

Para entonces habían pasado 33.000 generaciones desde el inicio del experimento, así que los científicos comenzaron a trabajar para descubrir de qué modo esa cepa de E. coli había conseguido dar semejante salto evolutivo. Y que les haya llevado 11 años de trabajo nos puede dar una pista sobre lo que encontraron: que la historia era muy, pero que muy compleja. Afortunadamente cada 500 generaciones congelan una muestra de las bacterias, así que podían volver atrás y analizar qué pasó y cuándo. Hacia la generación 31.500 descubrieron que se había producido el primer cambio: una duplicación en un gen denominado citT que permite a E. coli alimentarse de citrato en ausencia de oxígeno, que cambió el control de una de las copias, haciendo que el gen permaneciese activo incluso en ambiente aerobio. Sucesivas mutaciones en las siguientes 1.500 generaciones mejoraron esa capacidad, permitiendo a esta cepa convertirse en devoradora de citrato. Pero la cosa no era tan sencilla, porque simplemente trasplantar el nuevo gen citT a las bacterias ancestrales no las hacía capaces de comer citrato. Había algo más; algo que había pasado antes de la generación 31.500.

Así que a sus congeladores regresaron los científicos, a tratar de localizar ese otro cambio imprescindible. Y la cosa no era fácil: para la generación 33.000 había 79 mutaciones más acumuladas. Muchos análisis después llegó el sorprendente resultado: muy pronto en la evolución de esta cepa se había producido un cambio en un gen llamado dctA, que se ocupa de bombear fuera de la célula una molécula llamada succinato. Resulta que el equilibrio químico de la célula depende del equilibrio entre citrato y succinato de tal modo que cuando la bacteria capta citrato debe expulsar succinato para compensar. Sin el cambio en dctA el ‘nuevo’ citT no funciona, por lo que no ofrece ninguna ventaja a las bacterias que lo portan. Pero cuando se combinan los dos en el orden correcto sucede algo que parece magia: aparece una nueva forma de vida capaz de alimentarse de una molécula que sus ancestros no son capaces de digerir. Lo verdaderamente sorprendente es que seamos capaces de comprender de qué modo ocurre, de tal modo que no sea necesario invocar lo sobrenatural o lo divino. Un proceso natural, automático, elegante y bello que a lo largo del tiempo da lugar a la increíble diversidad y belleza que tenemos a nuestro alrededor. Algo ciertamente a celebrar.

Fuente:

RTVE Blog de Ciencias

26 de marzo de 2014

¿Por qué huele mal el pescado poco fresco?

  • El mal olor lo produce una molécula muy abundante en los peces de agua salada
  • Se puede eliminar añadiendo alimentos ácidos, como limón, vinagre o tomate
pescado 

¿Por qué huele mal el pescado poco fresco?

El olor a pescado podrido es uno de los más característicos y fáciles de identificar en las cocinas y mercados. Es profundo y agudo. Se debe a una molécula muy concreta que producen en especial abundancia los peces de agua salada. Por eso los peces de agua dulce no liberan con tanta intensidad el repugnante aroma.

El agua de los mares y océanos tienen aproximadamente un 3,5% de sal. Los animales que viven en este entorno tienen mecanismos para filtrar la sal y mantener dentro de sus células el nivel de sales minerales disueltas en un 1%, que es el óptimo. Casi todos los animales marinos equilibran la salinidad del agua llenando sus células de aminoácidos y aminas. Algunas de estas sustancias son las que dan a la carne de pescado ese sabor tan suave y delicioso. “El aminoácido glicocola es dulce, el ácido glutamínico en forma de glutamato monosódico es sabroso y umami”, explica el reconocido Harold McGee, químico estadounidense especialista en alimentos.

Hay otras moléculas que también limitan la presencia de sales en el interior de las células de los peces de agua salada, pero que dan un sabor duro y poco agradable, como la urea propia de los tiburones y las rayas, que es ligeramente amarga. Otras no dan sabor, como el óxido de trimetilamina (TMAO) propio de la mayoría de los pescados y que abunda en los de agua salada. Se encuentra en todas las especies de peces de agua de mar en cantidades que pueden alcanzar el 5% del tejido muscular. Esta sustancia es la que más contribuye al olor a pescado pasado.

Pocos minutos tras la muerte del pez muere estas sustancias son descompuestas por las bacterias y enzimas de su cuerpo. El TMAO se transforma en trimetilamina (TMA), un sustancia volátil de olor apestoso. La urea se convierte en amoniaco, de olor profundo y desagradable. A estas dos sustancias se suman las resultantes de la rápida degradación que sufren las grasas insaturadas típicas del pescado (el aceite) una vez muerto. El mismo aire las ataca y descompone con facilidad y da lugar a sustancias con olor rancio o a queso.

A pesar de lo profundo del olor de la TMA, es fácil de eliminar. Se acumula en la superficie del pescado y se puede retirar lavándolo con agua. Otro truco es añadir alimentos ácidos, como limón, vinagre o tomate, que al reaccionar con las moléculas de TMA limita su volatilidad y evita que lleguen a nuestras fosas nasales.

Carne blanca y suave

Además de la velocidad de descomposición la carne del pescado se diferencia de la de los animales terrestres en el color. Un filete de vaca es color rojo sin embargo, la del pescado suele ser blanca. La respuesta está en las fibras que componen los distintos músculos.

Los músculos de los animales terrestres están diseñados para caminar en suelo firme y en el aire y los de los pescados para moverse flotando en el agua. Para moverse con eficacia en tierra los animales necesitan proporcionar al músculo energía constantemente. Por eso son tienen abundantes fibras de contracción lenta, especializadas en aportar energía a largo plazo. Esta fibras son rojas porque tienen mioglobina cargada de oxígeno por eso la carne de animal terrestre suele ser roja. Los peces no requieren tanta energía constante para desplazarse por el agua porque flotan y se dejan llevar por las corrientes. Ellos necesitan mucha energía en ciertas ocasiones puntuales, para huir por ejemplo del ataque de un depredador o evitar una corriente adversa. Las fibras blancas de contracción rápida son perfectas para aportar mucha energía de golpe para ejecutar movimientos ocasionales muy potentes.

Hay peces, como los atunes o los salmones, que tienen carne rosa. Son fibras blancas modificadas para hacer un trabajo intermedio entre los dos comentados. Estos peces por su modo de vida requieren músculos que aporten energía con más constancia que el resto de los peces. Sus fibras rosas tienen más pigmentos que acumulan oxígeno.

Blanca, rosa o roja, la carne de estos animales, bien conservada y cocinada es una delicia para cualquier paladar.

Fuente:

RTVE Ciencia


30 de diciembre de 2013

¿Por qué son simétricos los copos de nieve y los cristales de hielo?


Quizá no muchas, pero alguna vez habrá visto de cerca cristales de hielo, o los copos de nieve que los contienen. Sus formas son de una belleza extraordinaria. Son simétricos, transparentes y reflejan la luz como las joyas caras. Pero mejor que ellas, pues introducen elementos aleatorios que eliminan el aburrimiento de las formas perfectas.

Las moléculas de agua tienen dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Los hidrógenos están unidos con el oxígeno por un par de líneas que forman un ángulo de 104,45 grados. Las moléculas a su vez se enlazan entre sí, con fuerzas pequeñas, formando hexágonos. De ellos salen radios sobre los que crecen nuevos hexágonos, repitiéndose unas cuantas veces en una estructura entre fractal y cristalina.

Su belleza deriva de la simetría. Nos gustan los cristales, conjuntos ordenados de moléculas que reflejan y parecen guardar la luz que nos permite verlos. Los cristales de hielo se forman cuando el vapor de agua pasa directamente a la fase sólida y se deposita sobre una superficie ya muy fría, como un río helado. O en la alta atmósfera, sobre partículas sólidas de polvo, sal o sulfatos.

Cómo la de otros cristales, su belleza procede de cómo transforman la luz que cae sobre ellos. En los cuentos tradicionales de los países del norte es común que aparezcan varitas mágicas que desprenden una luz misteriosa. ¿La luz de los cristales de hielo? ¡La naturaleza es única a todos los niveles!

Fuente:

El Mundo Ciencia

15 de octubre de 2013

Premio Nobel de Química por llevar la experimentación al ciberespacio

Martin Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel

Los científicos fueron distinguidos por llevar la experimentación química al ciberespacio.

Atrás quedaron las pelotas de plástico y los palos de madera para mostrar cómo funcionan las moléculas y los átomos.

Aunque hoy parezca increíble, hace 50 años muchos científicos dedicados a la química utilizaban los mismos elementos que hoy usan los escolares para graficar sus modelos atómicos o moleculares.
Sin embargo, en la década de 1970 el investigador austriaco Martin Karplus, el británico Michael Levitt y el israelí Arieh Warshel -los tres además tienen nacionalidad estadounidense- sentaron las bases para los programas computacionales de gran alcance que hoy se utilizan para entender y predecir los procesos químicos.

Y este miércoles la Real Academia de Ciencias de Suecia les otorgó el Premio Nobel de Química 2013.
El galardón fue anunciado en Estocolmo por Staffan Normark, secretario permanente de la Academia, quien explicó que los científicos fueron distinguidos por llevar la experimentación química al ciberespacio.

Química en la computadora

Molécula digitalizada

Los modelos desarrollados por Karplus, Levitt y Warshel en los 1970 sentaron las bases para los complejos programas de simulación molecular.

El premio buscó destacar los modelos multiescala para sistemas químicos complejos desarrollados por los tres científicos, los cuales "sentaron las bases de los poderosos programas que se utilizan para entender y predecir procesos químicos", según la Academia.

"Los modelos computarizados que son espejo de la vida real se han vuelto cruciales para la mayoría de los avances de la química en la actualidad", aseguró la Fundación Nobel a través de un comunicado.

"Con la ayuda de los métodos de quienes hoy son galardonados con el Premio Nobel de Química, los científicos le dejaron a las computadoras revelar los procesos químicos, tales como la purificación de un catalizador de gases de escape o la fotosíntesis en las hojas verdes".

El artículo completo en:

BBC Ciencia

9 de octubre de 2013

Crean nuevo estado de la materia que se parece a una espada láser de Star Wars

Investigadores lograron crear moléculas de fotones.



Un grupo de científicos de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) lograron hacer que los fotones se juntaran para formar moléculas, un estado de la materia que hasta ahora era solo teórico. La materia resultante se parece a los sables láser que hemos visto en Star Wars.


El trabajo fue publicado en la revista Nature, y desafía décadas de conocimiento sobre la naturaleza de la luz. Los fotones han sido descritos tradicionalmente como partículas sin masa, que no interactúan entre sí. Si enfrentas un láser a otro, simplemente se atraviesan.

Las "moléculas fotónicas", sin embargo, no se comportan como los lásers tradicionales. "No es una mala analogía comparar esto a los sables de luz. Cuando estos fotones interactúan entre sí, están empujando contra y desviándose unos a otros. La física de lo que sucede en estas moléculas es similar a lo que vemos en las películas", afirmó el profesor de física de Harvard, Mikhail Lukin.

Lo que hemos hecho es crear un tipo especial de medio en el cual los fotones interactúan entre sí tan fuertemente que comienzan a actuar como si tuvieran masa, y se juntan para formar moléculas. Este tipo de estado unido de fotones ha sido discutido fuertemente en la teoría por bastante tiempo, pero hasta ahora no había sido observado", comentó.

Para hacer que los fotones normalmente sin masa se junten, los investigadores no usaron la Fuerza sino átomos de rubidio y una cámara al vacío. Luego usaron lásers para enfriar la nube de átomos hasta un nivel apenas superior al cero absoluto. Usando lásers muy débiles, dispararon fotones individuales a la nube de átomos. Al ingresar a esta nube fría, la energía del fotón excita a los átomos en su camino, provocando una desaceleración del fotón. Al ir avanzando, esa energía pasa de átomo en átomo y luego abandona la nube junto al fotón.

"Cuando el fotón abandona el medio, su identidad se preserva. Es el mismo efecto que vemos en la refracción de la luz en un vaso de agua. La luz entra en el agua, entrega parte de su energía al medio, y dentro existe como luz y materia combinadas, pero cuando sale, sigue siendo luz. El proceso que ocurre es el mismo, solo que un poco más extremo. La luz es desacelerada considerablemente y mucha más energía es entregada que lo que ocurre en la refracción", explicó Lukin.

Al disparar dos fotones dentro de la nube, los investigadores descubrieron que ambos salieron juntos, como una sola molécula. "Es una interacción fotónica mediada por la interacción atómica. Eso hace que estos dos fotones se comporten como una molécula, y cuando abandonan el medio es más probable que lo hagan juntos que como fotones individuales", señala Lukin.

El descubrimiento podría ser usado en la computación cuántica al permitir que los fotones interactúen entre sí, o bien darle otros usos que se inventen más adelante.

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FayerWayer

18 de septiembre de 2013

Estructura molecular muestra cómo el virus VIH infecta a las células

El estudio con imágenes de alta resolución de la infección por VIH podría permitir en el futuro el desarrollo de fármacos que curaran esta enfermedad. ¿Será posible frenar el SIDA?


El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) necesita infectar células humanas, y para ello, utiliza una puerta de entrada con dos cerraduras. La primera se llama CCR5 y la segunda CXCR4, y no son más que receptores proteicos presentes en la superficie celular. A través de estas cerraduras, el VIH tiene la llave perfecta para infectar las células del sistema inmune.

¿Cómo revelar entonces la estructura molecular de estas cerraduras? Conocer su mapa tridimensional permitiría acelerar la investigación, ya que conoceríamos un poco más las estrategias del VIH, y podríamos contar con una nueva pista para bloquearlo.

El estudio, publicado en la revista Science, fue llevado a cabo por investigadores del Instituto Shangai de Materia Médica y The Scripps Research Institute en Estados Unidos. Sus resultados permitieron la obtención de una fotografía con resolución atómica, que permitía desvelar cómo son esos receptores proteicos (en particular, CCR5), y a partir de ahí, pensar en estrategias para evitar la infección.

Y es que el receptor CCR5 es uno de los más importantes en la infección del VIH a células humanas. Tanto que este importante descubrimiento podría conllevar la generación de nuevos fármacos antirretrovirales. ¿Significa esto que hayamos acabado con el VIH y el SIDA posterior? Naturalmente, no. Pero sin duda, nos acerca a un futuro más o menos lejano en el que la estructura molecular del VIH sea la piedra angular donde giren muchos de los novedosos medicamentos.

Como explicó Peter Preusch, este trabajo permite un mayor conocimiento sobre el mecanismo de infección del VIH, así como sobre los medicamentos ya existentes en el mercado (tales como el maraviroc), además de ofrecer vías alternativas de bloqueo de otros fármacos no comercializados:
Structural details can offer tremendous insight into how proteins and drugs work, also aiding the development of therapeutic agents.
Los científicos planean continuar con su trabajo, mediante el desarrollo de estudios estructurales de estos receptores y otras proteínas específicas del VIH. Todo este conocimiento permitirá la generación de decenas de imágenes de alta resolución sobre este virus, y quizás, en el futuro, muchos pacientes puedan beneficiarse de los avances conseguidos en biología estructural.

Tomado de:

ALT1040

10 de septiembre de 2013

Esta es la estructura general de los aminoácidos...

1. INTRODUCCIÓN

Los aminoácidos son moléculas orgánicas compuestas por un carbono alfa () unido a un grupo amino (NH2), un grupo carboxilo (COOH), un átomo de hidrógeno (H) y una cadena lateral (R’).

A pH fisiológico (pH ≈ 7,4) el grupo amino se protona y el grupo carboxilo se desprotona dando lugar a las especies químicas (NH3+) y (COO-) respectivamente.

En el punto 2 se muestra el esquema básico de un aminoácido y su estructura tridimensional.

2. ESTRUCTURA BÁSICA DE LOS AMINOÁCIDOS

 

3. REFERENCIAS

  • Cox, M. y Nelson, D. (2007). Principios de bioquímica (Quinta edición). Barcelona: Ediciones Omega.
  • Biorom.uma.es (2005). Estructura tridimensional de la glicina. Consultado el día 20 de agosto de 2013. Disponible [AQUÍ].
  • Tomado de: Saber es Práctico

8 de septiembre de 2013

Descubren el freno molecular que causa el jet lag

Arte conceptual del jet lag

Una proteína evita que nuestro reloj corporal se reinicie con la luz cuando hacemos viajes largos.

Investigadores de la Universidad de Oxford aseguran que han encontrado el "freno molecular" que evita que la luz restablezca el reloj corporal cuando hacemos vuelos trasatlánticos, lo que resulta en jet lag

Los experimentos, publicados en la revista Cell, muestran cómo el "desmantelamiento" de estos frenos en ratones les permitió adaptarse más rápido.
Expertos esperan que este hallazgo ayude a desarrollar nuevos fármacos para el jet lag y otros tratamientos para trastornos mentales.

El reloj corporal nos mantiene a tono con los patrones del día y la noche. Lo que significa que dormimos en la noche. Pero también afecta el hambre, el estado de ánimo y la presión arterial.

La luz actúa como un botón de reinicio para mantener el reloj ajustado. Pero cuando viajamos por todo el mundo, a nuestro cuerpo le lleva tiempo ajustar su reloj. Esto resulta en una fatiga que puede durar días y que se conoce como jet lag.

Reloj maestro

El equipo de investigación, financiado por la institución británica The Wellcome Trust, quería descifrar el motivo por el cual las personas no se adaptan inmediatamente. Y se fijaron en ratones debido a que todos los mamíferos tenemos el mismo mecanismo del reloj corporal.

Se centraron en el "reloj maestro" que se encuentra en una parte del cerebro -mantiene al resto del cuerpo sincronizado- y se llama núcleo supraquiasmático.

Avión

Los responsables del jet lag serían unos "frenos moleculares".

Buscaron las secciones del ADN que cambian sus niveles de actividad como respuesta a la luz y descubrieron una gran cantidad de genes que se activaban.

Pero entonces se toparon con la proteína SIK1, que los fue apagando a todos de nuevo. Actuaba como un freno que limitaba el efecto de la luz.

Los experimentos para reducir la función de la SIK1 mostraron que los ratones pudieron adaptar su reloj corporal con rapidez cuando fue desplazado seis horas, el equivalente de un viaje promedio trasatlántico. 

Reinicio

"Redujimos los niveles en un 50-60%, lo cual es lo suficientemente grande como para obtener un gran efecto", le explicó a la BBC el profesor Russell Foster. Vimos que los ratones podían en efecto avanzar sus relojes biológicos seis horas en cuestión de un día (en vez de los seis que le lleva a un ratón sin tratamiento)".

"Ya sabíamos de hacía tiempo que existía un freno en el reloj, pero no teníamos ni idea de lo que era. Esto ofrece una base molecular para el jet lag y -como resultado- nuevos blancos para potencialmente desarrollar fármacos nuevos".

El especialista agregó que algunos trastornos de salud mental, incluyendo la esquizofrenia, tienen que ver con que el reloj corporal esté fuera de tono, así que estos hallazgos pueden abrir las puertas a nuevas áreas de investigación.

Es posible que estos frenos funcionen para prevenir que el reloj corporal sea errático y se reinicie por la luz artificial o la de la luna.

El especialista del reloj corporal Akhilesh Reddy, de la Universidad de Cambridge, se mostró confiado en que lo siguiente será desarrollar tratamientos, pues se trata de un blanco fácil de medicar "y sospecharía que hay muchos posibles fármacos que ya están disponibles".

"Es mucho lo que sabíamos sobre las bases del jet lag y las razones por lo que ocurre", le dijo a la BBC. "Esto lo que demuestra es cómo puedes entrar al cerebro y manipular el reloj, razón por la cual este estudio es importante".

"Tenemos fármacos que pueden hacer que el reloj sea más corto o largo, lo que necesitamos es cambiarlo a una nueva zona horaria y eso es lo que hicieron (los investigadores)".
Fuente:
BBC Ciencia

11 de abril de 2013

Revelan método que utiliza moléculas de ADN para moldear el grafeno



(CC) snickclunk


En un artículo publicado en el número del 9 de abril de Nature Communications, un equipo de ingenieros químicos y moleculares del MIT y de la Universidad de Harvard describen un método para crear moldes a escala nanométrica para darle formas al grafeno utilizando moléculas de ADN.

Tras construir nanoestructuras de ADN de variadas y precisas formas, estas moléculas se pueden utilizar como moldes para crear chips electrónicos hechos de grafeno, pues como recordaremos, el material que consiste en un arreglo hexagonal y bidimensional de átomos de carbono tiene increíbles propiedades eléctricas.

Aunque suene increíble, crear nanoestructuras complejas de ADN no es algo tan complejo, de hecho, uno de los autores del estudio, Peng Yin, ha creado más de 100 distintas formas a  escala nanométrica, como por ejemplo todo el alfabeto y varios emoticones. Todas las letras y figuras de la siguente imagen fueron creadas por Yin utilizando una técnica que apoda: ‘Origami de ADN‘. (Click para agrandar la imagen).


Link: Folded DNA templates allow researchers to precisely cut out graphene shapes which could be used in electronic circuits (Phys.org)

Fuente:

FayerWayer

15 de marzo de 2013

¿Por qué se oscurece más deprisa la piel del plátano dentro de la nevera?




A pesar de que los alimentos parecen conservarse mejor con el frío, todos habremos comprobado que la piel de los plátanos se ennegrece más rápidamente si está dentro de la nevera que fuera (a no ser que en tu casa haga más frío que en la nevera, claro).

Y es que el plátano, así como casi todas las frutas tropicales y subtropicales, no se llevan bien con el frío.

La temperatura ideal para un plátano es 13,3 ºC; a temperaturas inferiores a 10 ºC se acelera el deterioro, porque se dañan las membranas de sus células internas y desprenden enzimas y otras sustancias.

Lo explica así Micke O´Hare, de New Scientist:
Las membranas que separan el contenido de los diversos compartimientos del interior de una célula son básicamente dos capas de moléculas grasas resbaladizas o lípidos. Esas moléculas se vuelven más pegajosas si enfrías las membranas, que pierden flexibilidad. Los plátanos ajustan la composición de sus membranas al grado de fluidez apropiado para la temperatura del medio en el que crecen normalmente. Lo hacen variando la cantidad de ácidos grasos instaurados de los lípidos de la membrana: cuanto mayor sea el nivel del ácido graso instaurado, mayor será la fluidez de la membrana a determinada temperatura. Si el fruto se enfría demasiado, partes de la membrana se vuelven demasiado viscosas y pierde la capacidad de mantener separados los diversos compartimentos celulares. Así que cuando las membranas se colapsan, se mezclan enzimas y sustratos que normalmente están separados y se acelera el reblandecimiento de la pulpa.
En realidad, no es el frío en sí mismo lo que acelera el oscurecimiento del plátano: sacar luego el plátano de la nevera acelera realmente el proceso, ya que la reacción que causa el oscurecimiento inicial con el frío, una vez iniciada, se acelera con el calor del exterior.

Vía | Cómo fosilizar a tu hámster de Mick O´Hare

Tomado de:

Xakata Ciencia