Ciencia Picante

Para muchos la sensación de picante del ají es uno de los mayores placeres en la comida. Por ejemplo, nuestros amigos mexicanos comen no sólo los tacos y burritos con ají, sino también la sandía, las cabritas, entre otras muchas cosas. Para otros sin embargo esto puede resultar una experiencia  bastante desagradable, incluso dolorosa. "Por favor no le pongan tanto ají!!".

 En la columna de esta semana hablaremos sobre la ciencia del ají, sobre el por que de sus efectos en el cuerpo, y sobre lo mucho que los científicos han aprendido a través del estudio de esta especie.

El ají no es algo nuevo en América, estudios antropológicos han demostrado que esta especia ya era consumida aquí hace más de 6000 años, y que fueron los europeos al explorar el nuevo continente, quienes luego lo introdujeron a lugares como India y Thailandia (actualmente conocidos por su comida picante). En Chile es común encontrar el ají verde y el ají cacho de cabra (para los mas fuertes dicen), sin embargo en el mundo la variedad es tremenda variando en color, forma, tamaño y por supuesto grado de picantés. Todas estas variantes sin embargo pertenecen a un mismo genero denominado Capsicum, el cual incluye al menos 25 especies diferentes, cada uno con sus propios variedades, pero con la característica común que todos ellos contienen en menor o menor grado, un componente químico llamado Capsaicina (Figura 1). Es precisamente la cantidad de este compuesto, la cual se mide en unidades Scoville (SHU, del inglés Scoville heat) la que determina el grado de picantés de un ají.

Figura 1:, estructura química tridimensional de la molécula de Capsaicina (carbono: gris; hidrógeno: blanco; oxígeno: rojo; nitrógeno: azul)

Capsaicina es una molécula hidrofóbica, lo cual significa que no se disuelve fácilmente en agua. Si analizamos la estructura de este compuesto entenderemos el porque, Capsaicina consiste en una cadena larga de átomos de carbono e hidrógeno, esta combinación genera una diferencia de carga muy pequeña entre los átomos que no será suficiente para romper las interacciones entre moléculas de agua e interactuar con estas para meterse en el medio. Esto es muy distinto a lo que pasa con la sal de mesa Na+Cl-, la cual es lo suficientemente polar para ser "aceptada" por las moléculas de agua e interactuar (disolverse con ellas). Esta propiedad hidrofóbica que muestra la capsaicina es muy importante, pues permite entender porque es aconsejable tomar leche o yogurt cuando la sensación picante resulta intolerable. La grasa de los lácteos tienen una estructuras bastante similares a la capsaicina (cadenas largas formadas por átomos de carbono e hidrógeno) y por lo tanto podrían interactuar con este compuesto "atrapándolo"(disolviéndolo) entre ellos, el mensaje aquí es que lo similar disolverá a lo similar y capsaicina y grasas son similares, mientras agua y ésta no lo son.

Ahora bien, qué es lo que produce esta sensación de picantés? Cuando capsaicina es ingerida ésta se enlaza y activa a un receptor llamado VR1 (del ingles vanilloid receptor subtype 1) presente en las neuronas receptoras de dolor en nuestra piel, boca y lengua. VR1 es un canal iónico, es decir, es una proteína que mediante la apertura de un poro en su estructura, permite el paso de elementos con carga eléctrica a través de la membrana de la célula. Se piensa que VR1 originalmente funcionó como un detector de altas temperaturas (para percibir quemaduras) puesto que sólo a temperaturas superiores a 43°C su poro se abre y permite que los iones pasen. Lo que resultó interesante de descubrir es que no solamente la temperatura puede abrir este canal, sino que también ciertas moléculas orgánicas, una de ellas es precisamente la capsaicina. Entonces este canal iónico al unirse a capsaicina se abre y permite la entrada de iones con carga positiva (cationes) tales como Ca2+, Mg2+ o Na+ (calcio, magnesio y sodio, respectivamente). Como la membrana de una neurona en reposo tiene un potencial eléctrico negativo en su interior, el ingreso de cationes hará que la membrana neuronal se despolarice (el valor del potencial se acerca transitoriamente a 0). De manera que la entrada de calcio, y la despolarización concomitante, generan una cascada de eventos moleculares que permiten que en la terminación de la neurona se liberen sustancias químicas que estimularán a la neurona siguiente, este proceso se denomina comunicación sináptica. Esta serie de estímulos mediados por neuronas terminarán siendo procesados por nuestro cerebro luego de viajar por el sistema nervioso periférico. Esta  señal será la misma que el cerebro percibiría si una se quemará o comiera ají merkén, esto explica la sensación de quemado, o ardor, que produce el ají (el cerebro sólo detecta la señal de disparo de neuronas producto de la activación del canal VR1 y no discrimina si ésta se generó por comer ají o es en realidad el resultado de una quemadura).


Figura 2: Canal ionico antes y después del enlace de Capsaisina a éste. Capsaicina induce un cambio estructural en la membrana celular permitiendo la apertura de un canal ionico el cual permite el ingreso de cationes (iones con carga positiva), principalmente Ca2+.

Se estima que al menos un tercio de la población mundial consume a diario algún tipo de ají. La pregunta del  millón entonces es, por qué tal gusto por el ají?... mmm la respuesta no resulta clara. A fines de los 70 en México salió al mercado un snack con sabor a ají pero sin capsaicina, saben que paso?  A los mexicanos no les gusto y el producto salió rápidamente del mercado, ellos no querían sólo el sabor sino también la sensación generada por esta molécula.

La exposición repetida a este compuesto genera cierta tolerancia permitiendo que uno pueda comer ajies más picantes y sentir el mismo efecto. Por otra parte, el dolor causado por esta sustancia conduce a la liberación de endorfina el analgésico natural que el cuerpo libera contra el dolor, generando una sensación de agrado, es posible que dicha sensación sea una de las causantes del gusto el ají.  Otros estudios sugieren que el gusto por el ají es netamente psicológico, y que se origina mas bien por el gusto como humanos de exponernos a experiencias de dolor o peligro, eso si  siempre y cuando sepamos que estos no significan un riesgo real.

El conocimiento del mecanismo de acción de esta molécula ha permitido a los científicos no sólo comprender el mecanismo de acción por el cual el cuerpo actúa frente a situaciones de dolor, sino que además a permitido generar una amplia variedad de usos industriales de este compuesto. Ejemplos de ello son su uso como spray repelente, como analgésico para el tratamiento de dolor crónico, aprovechando la tolerancia que se genera por la exposición repetida a este compuesto, o su uso como bactericida (capacidad de matar bacterias). Es sorprendente ver como este sencillo producto, así como tantos otros que pasan igualmente desapercibidos, puede ayudarnos a estudiar no sólo aspectos biológicos de nuestro cuerpo, sino también aspectos evolutivos y psicológicos. Es así como el día a día nos proporcionas las herramientas para generar ciencia.

FD & AL

Ver para entender

En el estudio de la Biología se pasan muchas horas elucubrando soluciones para los problemas que están más allá de nuestra visión. Cuántas preguntas podrían ser fácilmente resueltas si tan sólo pudiéramos observar directamente aquello que es demasiado pequeño para nuestros ojos. En este artículo explicaremos como se ha intentado romper los límites visuales para estudiar los componentes "invisibles" de los seres vivos.

Para dimensionar el problema, tomemos como ejemplo a la famosa “molécula de la vida” o ADN (ácido desoxirribonucléico). Sabemos que  cada  molécula de ADN se forma a partir de dos cadenas de compuestos químicos, llamados nucleótidos, que se cruzan entre sí, formando una doble hélice (figura 1). El tamaño de esta estructura es del orden de los nanómetros (0.000000001 metros), es decir, algo miles de millones de veces más pequeño que un metro y un millón de veces más pequeño que una bacteria. Si bien el grosor de esta estructura es pequeño, su extensión puede llegar a los 3 kilómetros, y si se compacta lo suficiente, podemos verlo en la forma de cromosomas que pueden llegar a ser 1000 veces más grandes que el radio del ADN. Pero, en una escala tan pequeña, las características de las cosas que observamos cotidianamente se hacen difíciles de distinguir. Podemos preguntarnos ¿De qué color es el ADN?; ¿Qué forma tiene su estructura? o ¿Cómo se ven los cromosomas?; pero veremos que para responder esas preguntas se requiere superar una serie de limitaciones físicas.

Aunque existe una idea bastante idealizada del ADN, lo cierto es que nadie jamás lo ha visto, ni siquiera Jeff Goldblum (figura 2). En 1953, Watson y Crick dispusieron de un largo historial de pistas químicas que les permitieron deducir la estructura del ADN. Una de las pistas más decidoras fue el patrón de difracción de rayos X desarrollado por Rosalind Franklin  (figura 1), donde se encuentran elementos de simetría compatibles con la hélice propuesta. Sin duda que de haber sido capaces de observar directamente la hélice todo el trabajo químico se hubiera simplificado muchísimo. Es interesante recordar que, poco tiempo antes de este modelo, el doble premio nobel Linus Pauling erró en su predicción sobre la estructura. Él propuso un modelo en donde el ADN sería una triple y no doble hélice. Aclaremos que Pauling no tuvo la oportunidad de mirar esta imagen de la difracción de rayos X que para Watson y Crick resultó muy esclarecedora.  Este ejemplo,  pone  de  manifiesto  la  importancia  que  tiene  el  desarrollo  de tecnologías que nos permitan visualizar los detalles más finos de la naturaleza.

Figura 1. A la izquierda, una reproducción idealizada de la doble hélice. A la derecha, parte de la cruda y fría evidencia experimental de su estructura.

Figura 2. Jeff Goldblum en Jurassic Park. Segundos antes de decir : “la vida se abre camino”.

¿Cuál es el límite de lo visible?

El ojo humano tiene un límite de visión cercano a 10 -4 metros, es decir, una décima de milímetro, un tamaño parecido al grosor de un cabello humano.   Esto   implica que si existieran dos puntos brillantes a una distancia menor a dicho límite, simplemente los veríamos como un solo punto. Este es el tamaño más pequeño que podemos resolver, nuestro límite cotidiano de resolución a simple vista. Si no fuera por la ayuda de un microscopio, estaríamos  lejos, muy lejos de poder ver los millones de microorganismos que habitan nuestro cuerpo (o los componentes más pequeños de las células). Microscopio es una palabra griega que hace referencia a “ver lo pequeño”. 

Nuestros ojos están acondicionados para ver distancias que van desde 20 centímetros hasta el infinito. Esto podemos hacerlo mediante un sistema de lentes ajustable por musculatura. El problema aparece cuando queremos analizar elementos demasiado pequeños. Esto sucede porque el ángulo con que se proyecta la luz en nuestra retina será también muy pequeño, y por lo tanto, nuestro cerebro recibirá menos información visual, figura 3 A. Vemos que a cierta distancia aparece con claridad la forma de la torre Entel (líneas negras), pero si quisiéramos ver qué tipo de ladrillo tiene su base (líneas rojas), necesariamente disminuimos el ángulo con que la luz incide y perdemos capacidad de discriminar. Imaginen cuanto más pequeño sería el ángulo si quisiéramos ver una mosca posada en ese ladrillo, o más pequeño aún, alguna bacteria posada en sus alas. Este es el tipo de problemas que resuelve el sistema de lentes que usa un microscopio, pues permite magnificar el ángulo llegada de la luz a la retina, figura 3B. Este sistema basado en la detección de luz visible es la forma más antigua de microscopia y ha permitido avances espectaculares. Basta decir que toda la teoría  celular  que  sustenta  la  biología  fue  gracias  a  la  posibilidad  de  visualizar directamente células y microorganismos. La amplificación de estos aparatos puede llegar al orden de las 1000 veces, pero ¿podemos ir más allá de ese aumento?.

Figura 3. A. Representación del ojo humano visualizando la torre entel. Mientras más pequeños son  los  detalles  que  observamos  (línea  roja) menos es la información que podemos discriminar en la retina (menor ángulo). B. comparación del ángulo  de  incidencia en  la  retina  de  un  mismo objeto (flecha roja) con y sin microscopio (derecha)

Desde hace varios años es posible construir microscopios con lentes perfectos, donde ninguna aberración óptica logra disminuir la calidad de la imagen. Por otro lado, los sistemas digitales de detección se han depurado mucho, de manera que no existiría impedimento tecnológico para seguir viendo cosas progresivamente más pequeñas. Sin embargo, existe un límite intrínseco en la naturaleza ondulatoria de la luz que nos impide ir más allá.

La luz visible es una onda electromagnética cuya longitud oscila entre 400 y 700 nanómetros. Como les sucede a todas las ondas, la luz se desvía cada vez que encuentra un obstáculo físico en su camino, formando un patrón de interferencia característico. Este fenómeno es similar a lo que sucede cuando una onda pasa a través de una rendija e interfiere consigo misma tras chocar con los bordes (figura 4) o a las ondas que se encuentran en un lago  cuando dejamos caer dos objetos simultáneamente sobre él. De manera análoga, cuando la luz pasa a través de los lentes de un microscopio se forma un patrón de difracción con forma de anillo tridimensional o “Airy disk”. Esto produce que lo que vemos no sea una fuente puntual nítida de luz sino que una imagen más borrosa. Considerando esto último, Lord Raleigh estableció un criterio para distinguir entre dos ondas que sufren difracción. Este criterio se esquematiza en la figura 5 y establece que para poder discriminar entre dos puntos que emiten  luz, necesitamos una distancia mínima donde los máximos de intensidad de estas funciones de difracción no se solapen. En 1873 Ernst Abbe describió este mismo  comportamiento para telescopios y microscopios mediante una ecuación idéntica a la de Raleigh.

Figura 4. Patrón de difracción   de   una   onda que atraviesa una rendija. Las ondas interactúan consigo mismas tras chocar en los bordes de la hendidura, generando un patrón carácterístico. Esto mismo le sucede a la luz cuando  atraviesa  el  cristal de un lente.

Figura 5. Representación esquemática del límite de Raleigh. Gráfico de intensidad en función de la distancia para dos objetos puntuales. El límite de resolución lo constituye la distancia  mínima  d0   donde los  máximos  de  intensidad de dos focos luminosos no se solapan.

 Según la ecuación de Abbe, en un buen microscopio el límite de resolución está dado aproximadamente por la mitad de la longitud de onda incidente. Es decir, que si analizáramos  una  muestra  con  luz cercana  a  ultravioleta  (unos  400  nanómetros),  la máxima  resolución  que  obtendríamos  sería  igual  a  200  nanómetros.  Bajo  esas condiciones, no podemos distinguir detalles que estén a menor distancia. Por ejemplo, además del ADN, tampoco podremos distinguir virus o estructuras celulares como ribosomas y vesículas de transporte, puesto que no llegan a medir más de 100 nanómetros. Sin embargo, podremos ver con toda claridad la silueta de las bacterias o analizar, por ejemplo, alteraciones morfológicas en los cromosomas.

El límite de resolución fue considerado una especie de regla insuperable para la microscopia desde hace más de un siglo, sin embargo, el problema se ha resuelto de diferentes y originales maneras que abordaremos en una futura entrega del blog.

AL

El bosón de Higgs, Lady Gaga y el premio Nobel

La semana pasada supimos los nombres de los ganadores del premio Nobel de Física 2013, otorgado a Francois Englert y Peter Higgs (nombre que usted probablemente ha escuchado) por su rol en el descubrimiento del mecanismo que le da masa a algunas partículas subatómicas. En la columna de hoy hablaremos sobre la relevancia de este descubrimiento, y sobre la difusión que ha tenido en los medios.

1.- ¿Porque el descubrimiento del Higgs es importante?.

Para entender la importancia de este descubrimiento, necesitamos un poco de contexto. En el universo existen cuatro fuerzas o interacciones fundamentales, estas son:

-Interacción Fuerte, que permite que los núcleos atómicos sean estables o sea, que nosotros y todas las cosas que vemos podamos existir.

-Interacción Electromagnética, la encargada de que dos cargas eléctricas de distinto signo se atraen mientras que cargas de igual signo se repelen. Esta es la interacción con la que estamos más familiarizados. Está presente en todos nuestros aparatos electrónicos, y más importantemente, controla las diferentes reacciones químicas, que dan lugar a los elementos que conocemos.

-Interacción Débil, es la responsable de ciertas reacciones nucleares que mantienen al sol entregándonos su energía, y consecuentemente permitiendo el desarrollo de vida en la tierra.

La cuarta interacción presente en la naturaleza es la atracción gravitacional. La búsqueda de una descripción de esta interacción en conjunto con las tres previas ha servido de motor para parte de la física en las últimas décadas.

Nuestro entendimiento actual sobre las leyes que gobiernan los procesos subatómicos se encapsulan en lo que los físicos llaman el modelo estándar. Este modelo explica las tres primeras interacciones (o fuerzas) fundamentales, dejando sin explicar la fuerza de gravedad.

En el modelo estándar existen dos tipos de partículas, partículas de materia (por ejemplo electrones) y mediadores de fuerza (fotones o cuantos de luz, por ejemplo), que interactúan según leyes dictadas por simetrías. Las simetrías son ingredientes fundamentales en la construcción de modelos exitosos para describir la naturaleza en estas distancias tan pequeñas (hablaremos más sobre simetrías en alguna columna próxima).

Un gran problema es que las simetrías del modelo estándar no permiten que ciertas partículas (los mediadores de la fuerza débil para los entusiastas) tengan masa. Esto es un GRAN (SÍ! con mayúsculas) problema, porque los experimentos revelan que estos mediadores si tienen masa.

Al final del día, lo que queremos es describir la naturaleza, entonces, ¿qué hacer?, ¿dejamos de lado las simetrías?, que nos han guiado en la construcción de modelos, o ¿dejamos de lado el modelo estándar? que ha sido exitoso en la descripción de un sin fin de otros procesos.

La respuesta a estas preguntas vino de la mano de los recientemente galardonados físicos teóricos, Prof Englert y Prof. Higgs. Ellos (junto a varios otros teóricos no galardonados) propusieron un mecanismo para que estas partículas mediadoras adquirieran masa, sin romper las simetrías del modelo original.

En términos simples propusieron lo siguiente. Supongamos que existe una sustancia que permea todo el universo. Esta sustancia está en su estado de mínima energía (como tú, como yo, el universo a un nivel fundamental siempre quiere mantenerse en su mínima energía). Este estado de mínima energía sin embargo, no posee las simetrías originales del modelo estándar.

Podemos ejemplificar esta idea pensando en lo siguiente. Imaginemos que queremos balancear un lápiz sobre su punta. En principio, una persona muy hábil y con mucha paciencia podría lograr balancear el lápiz sobre su punta. El estado de el lápiz es de mínima energía, pero es inestable, cualquier pequeño movimiento lo hará caer. El lapiz balanceándose es un estado de máxima simetría, podemos mirar desde cualquier posición sobre la mesa donde se balancea el lápiz y veremos lo mismo. Cualquier pequeña perturbación hará caer al lapiz, y este apuntará en una dirección particular, rompiendo la simetría original. A este proceso lo llamamos un rompimiento espontáneo de simetría. Este mecanismo produce que los mediadores de la fuerza débil adquieran masa ¿Porque?. Una analogía ayudará a entender mejor este proceso.

Fig 1. a.- El Señor Lápiz haciendo equilibrio posee más simetría (cualquier rotación en la mesa) que en b.- donde el señor Lápiz se cae y apunta en una dirección particular sobre la mesa.

Imagine que usted camina por una sala llena de admiradores de Lady Gaga. Usted pasa por la sala, siendo ignorado por la mayoría de los asistentes, lo que significa que no tiene dificultad en llegar de un extremo a otro de la sala. Ahora imagine que la misma Lady Gaga entra en la sala. Un gran tumulto se produce a su alrededor, y su paso de un extremo a otro de la sala se ve dificultado por toda la gente que quiere sacarle fotos o pedirle un autógrafo. Un observador diría que mientras la velocidad de usted fue bastante alta, la velocidad de lady Gaga fue mucho menor, debido a su interacción con el medio. Para este observador, la masa de usted lector es menor que la masa de Lady Gaga, ya que a ella le costaba moverse por la sala. Ahora si cambiamos la sala llena de fanáticos de Lady Gaga por el campo de Higgs, a usted por un fotón, y a Lady Gaga por un mediador de la fuerza débil, obtenemos el mecanismo por el cual éstos adquieren masa, y explicamos porque otras partículas permanecen sin masa.

Fig. 1.- En una habitación llena de fanáticos de Lady Gaga a) Usted, b) Lady Gaga.

2.-¿Partícula de Dios?

Hasta ahora hemos hablado de el campo de Higgs y como esa sustancia que permea el espacio (recuerde, como los fans de Lady Gaga), pero ¿qué tiene que ver esto con el bosón de Higgs?

Esta sustancia que permea el universo entero, el campo de Higgs, puede perturbarse y crear pequeñas olas, que pueden ser detectadas. Estas pequeñas perturbaciones del campo de Higgs corresponden a las partículas de Higgs. Quizás usted también ha escuchado el nombre BOSÓN de Higgs. Crear estas perturbaciones no es nada fácil. Con este objetivo en mente (entre muchos otros), una gigantesca colaboración de científicos, ingenieros y técnicos plantearon la posibilidad de crear una máquina capaz de perturbar este campo de Higgs, y probar o refutar su existencia. En realidad esta máquina, conocida como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés), no solo busca entender el campo de Higgs, es mucho más ambicioso que eso. La idea es explorar los mismos límites del tiempo y el espacio, mirando tan cerca como es posible con nuestra tecnología actual el instante en que se produjo el Big Bang.

En los medios de comunicación probablemente usted escuchó hablar sobre el descubrimiento de la “partícula de Dios”. ¿Está el bosón de Higgs relacionado con Dios?. Si usted es creyente, entonces el Higgs está relacionado con Dios de la misma forma que una planta, el sol o las estrellas lo están con (inserte aqui su Deidad preferida). Si usted no es creyente, la respuesta es sencilla. NO.

Proyectos de la envergadura del LHC, donde miles de millones de dólares deben ser invertidos, deben de alguna manera justificarse frente a los votantes de los países involucrados. La búsqueda de la verdad y del entendimiento no es suficiente para la mayoría, por lo que los medios (a veces con complicidad de los científicos) crean frases pegajosas y llamativas para el público general. Es interesante analizar el caso de el proyecto anterior al LHC, un proyecto llamado Super Colisionador SuperConductor (SSC). Este proyecto se generó en Estados Unidos, y apuntaba a crear una máquina 3 veces más poderosa que el actual LHC. En medio de las negociaciones por un aumento en el presupuesto, y luego de ya haber gastado dos mil millones de dólares en la construcción del túnel que albergaría el proyecto, un político en el senado estadounidense le preguntó a los científicos responsables del proyecto: “¿Vamos a poder encontrar a Dios con esta máquina?, si es así, yo doy mi voto a favor”. Los científicos, impresionados por la pregunta, no pudieron dar una respuesta convincente y el proyecto fue cancelado unas semanas después. Luego de este incidente, el nombre de Partícula de Dios, para el bosón de Higgs, empezó a ser utilizado en algunos círculos. El uso de este tipo de nombres, no constituye ningún problema para los especialistas, pero su uso entre el público general constituye un riesgo, el riesgo de que el público espere, exija y saque conclusiones que están fuera del alcance científico.

¿Qué son los Agentes Nerviosos?

Durante los últimos meses hemos sido espectadores del drama vivido en Siria, tras el ataque químico que sufrió su población. No sabemos con certeza que tipo de sustancias fueron las utilizadas en dicho ataque, pero por los datos publicados y las imágenes recogidas por las cámaras parece probable que hayan sido agentes nerviosos, clasificados como armas de destrucción masiva de acuerdo a la ONU.

Si bien mucha gente no está familiarizada con la química o la forma de acción de estos compuestos, el sólo nombre de ellos nos alerta a todos acerca de su peligrosidad. Descubiertos durante la Alemania Nazi, estos compuestos fueron utilizados por primera vez en forma masiva en la guerra Irán-Iraq en los años 80', aunque con anterioridad varias fueron las victimas debido a la producción y transporte de dichos compuestos. En 1995 un grupo terrorista también utilizó un agente nervioso (Sarin) el cual liberó en un metro de Tokio, costando la vida de 13 personas. Actualmente Estados Unidos, Rusia, Corea del Norte y Siria aun poseen toneladas de estos compuestos.

Si miramos como lucen estas sustancias a escala molecular (Figura 1), veremos que todos ellos son muy parecidos, consistiendo un átomo de fósforo unido a cuatro grupos. El nombre químico de estos compuesto puede llegar a ser un poco complicado (por ejemplo el nombre químico del compuesto VX es O-etil S-[2(diisopropilamino)etil] metilphosphonotioato!!!), pero no es necesario saber dichos nombres para entender como estos funcionan. 

FIGURA 1: Nombre y estructura de algunos agentes nerviosos, ordenados cronológicamente (Tabun, Sarín y Ciclosarín fueron desarrollados en Alemania entre los años 1937-1944 y VX en Inglaterra en 1952). Representación: rojo: oxígeno, naranjo: fósforo, azul: nitrógeno, amarillo: azufre y gris: carbón (CLICK PARA AGRANDAR)

Recordemos que estos compuestos son líquidos a temperatura ambiente, variando en su grado de volatilidad (esto es, la facilidad de pasar de estado líquido a gas). Por ejemplo Sarín, al ser bastante volátil, ingresa al organismo principalmente en forma de gas a través de las vías respiratorias. Mientras que el compuesto VX, el cual es un líquido oleoso, lo hace por contacto con la piel. Cuando estos compuesto ingresan al cuerpo, ya sea por una vía u otra, se unen de forma irreversible a una enzima llamada Acetilcolinesterasa (AChE), la cual como veremos cumple un rol fundamental en el sistema nervioso. Esta enzima, en condiciones normales, es la responsable de controlar la cantidad de moléculas de acetilcolina(ACh) en el cuerpo. ACh es una pequeña molécula que estimula la actividad de músculos, glándulas y partes del cerebro. Cuando el cuerpo requiere activar un músculo ACh es liberada y luego cuando el cuerpo quiere desactivar dicho movimiento la enzima AChE se une a la molécula ACh y la rompe. Sin embargo, cuando un agente nervioso, ya sea Sarín o VX u otro, ingresa al cuerpo éste se une fuertemente a AChE, lo cual impide que el compuesto que comúnmente se enlaza a esta enzima logre hacerlo. Debido a ello se dice que los agentes nerviosos actúan como inhibidores enzimáticos, uniéndose y desactivan la enzima AChE. Cuando el sitio activo de la enzima AChE es ocupado por ejemplo por el compuesto VX (el cual es uno de los agentes nerviosos más peligrosos), ACh comienza a acumularse a una velocidad de más de 5000 moléculas por segundo por enzima inhibida!, lo cual es una cantidad enorme de ACh que hará que los músculos, glándulas y partes del cerebro permanezcan estimulados continuamente. Esta continua contracción puede, luego de un corto tiempo, fácilmente conducir a la muerte.

FIGURA 2: En condiciones normales ACh se une a la enzima en su sitio activo. Sin embargo, cuando un agente nervioso, por ejemplo VX, se une a ella VX actúa como inhibidor impidiendo que ACh se una. (CLICK PARA AGRANDAR)

Si comparamos la estructura química de ACh con VX veremos que ellas son similares, la diferencia es que en vez del enlace Fósforo-Oxígeno (P=O), la molécula ACh posee un enlace Carbono-Oxígeno (C=O). Ambos grupos forman parte de un enlace con la enzima. Sin embargo en el caso de VX este enlace no se rompe y la enzima queda atrapada con dicho compuesto.

Para finalizar, es importante destacar que la misma idea de inhibidor enzimático, que resulta tan fatal en este caso, es utilizada a diario en cientos de medicamentos. Estos medicamentos actúan ya sea corrigiendo desequilibrios en  el funcionamiento del organismo, matando elementos ajenos a nuestro cuerpo, y/o controlando varias enfermedades. El diseño racional, donde el conocimiento a nivel molecular de la enzima y molécula que se enlazada son utilizados como base para el diseño de nuevos fármacos, ha conducido, en conjunto con otras tecnologías, a importantes avances para el bienestar humano.

Fármacos para el tratamiento de cáncer, y para el combate de virus tales como la influenza y SIDA han sido el resultado de dicho enfoque. Es de esperar que sepamos mas noticias sobre estos avances y ninguna otra sobre algún tipo de ataque con agentes nervios u otro tipo de químicos.

FD

Bienvenidos!

Bienvenidos a El Método del Tocino!!,

En este blog intentaremos discutir ideas y acontecimientos cotidianos (y no tanto), a través del prisma de la ciencia.

Queremos que este lugar se convierta en un punto de encuentro de entusiastas de las ideas, también sirviendo como un pequeño aporte a la difusión de la ciencia básica en español.

Somos un grupo de cuatro entusiastas científicos, motivados en transmitir la belleza de nuestro quehacer a quien nos quiera escuchar.

Pía Amigo es Astrónoma y trabaja como una investigadora en la Universidad de Valparaiso, Chile. Pía está enfocada en entender la formación y evolución de grupos de estrellas llamados cúmulos estelares. Pía es una gran melómana, le gusta cantar canciones de musicales e intentar cocinar, aunque normalmente falle.

Fernanda Duarte es Química y trabaja como investigadora en la Universidad de Uppsala, Suecia. Fernanda intenta entender los mecanismos responsables de ciertos procesos biológicos, a nivel molecular. Ella disfruta armando puzzles, conociendo nuevos lugares y andando en bicicleta.

Alejandro Luarte es Bioquímico y estudiante de Doctorado en Ciencias en la Universidad de Chile. Alejandro está interesado en entender la biología que sustenta el aprendizaje. El disfruta caminar por Santiago de noche, devorar leyendo lo que caiga en sus manos y entablar discusiones filosóficas.

Raúl Santos es Físico y trabaja en el instituto Weizmann de Ciencias, Israel.

Raúl estudia las características de nuevos estados de la materia que aparecen en dos dimensiones a muy bajas temperaturas, cuando los efectos cuánticos son importantes. El disfruta cocinando y probando nuevos sabores, leyendo poesía y viajando.

Un abrazo a todos, y nuevamente bienvenidos a El Método del Tocino.