Esta semana en la ciencia 14|45

Portada Semana Ciencia 1445

 

  • Canales proteicos artificiales, tan eficientes como los biológicos

“Los recientes avances en nanotecnología han permitido la fabricación de compuestos artificiales destinados a cumplir las funciones de los canales iónicos, por lo que actualmente hay mucho interés en el desarrollo de canales sintéticos –análogos a los canales biológicos de las membranas— que tengan alta eficiencia y una fina selectividad para el transporte de iones y moléculas.”

  • El agua en la Tierra, tan antigua como las rocas

“Algunas teorías que han tratado de explicar el origen del agua sobre la tierra señalan que los planetas se formaron originalmente en seco, y que el agua llegó más tarde. Sin embargo, un nuevo estudio que se publicó recientemente en la revista Science, sugiere que el agua estuvo presente en la Tierra desde su origen.”

Canales proteicos artificiales, tan eficientes como los biológicos

Semana -1445 - 1 NanotuboLas células de nuestro cuerpo necesitan recibir y eliminar constantemente sustancias para llevar a cabo sus funciones vitales, por lo que las membranas celulares son esenciales para que estas funciones sean adecuadas. Gracias a que todas nuestras células están rodeadas por membranas biológicas, los aminoácidos, proteínas o el mismo ADN no circulan anárquicamente por todo nuestro organismo, pues la membrana actúa como una barrera selectiva que regula el intercambio de sustancias entre el interior y exterior de las células, además de mantener aislado el medio externo celular del interno.

El intercambio de sustancias en las células se da gracias a las proteínas integrales de las membranas, las cuales funcionan como medios de transporte que permiten que entren y salgan moléculas como los iones. Estas proteínas trasportadoras forman poros acuosos denominados canales iónicos en la membrana, los cuales proveen un medio ambiente energéticamente favorable para que los iones puedan atravesar la membrana celular.

Los recientes avances en nanotecnología han permitido la fabricación de compuestos artificiales destinados a cumplir las funciones de los canales iónicos, por lo que actualmente hay mucho interés en el desarrollo de canales sintéticos –análogos a los canales biológicos de las membranas— que tengan alta eficiencia y una fina selectividad para el transporte de iones y moléculas.

Se ha encontrado que el comportamiento de los nanotubos de carbono (CNT) es cada vez más similar al canal biológico, pues muestran excelentes propiedades de transporte y sus estrechos poros imitan las estructuras típicas del canal biológico. Se ha encontrado que los nanotubos de carbono penetran las bicapas lipídicas y las paredes celulares de las membranas, y los tubos más cortos han sido introducidos en las membranas para crear sensores.

En un estudio publicado esta semana en la revista Nature, un equipo de investigadores estadounidenses y vascos sugiere que los nanotubos de carbono ultracortos y de pared simple pueden auto insertarse en una membrana celular para funcionar como una estructura con propiedades similares de afinidad y de transporte de los canales proteicos naturales.

Para obtener los nanotubos del tamaño adecuado, los investigadores se apoyaron en los lípidos, ya que éstos se unen para formar una barrera de bicapa lipídica, como la que se encuentra en las membranas celulares. De esta manera, cuando los lípidos se mezclaron con los nanotubos más largos, los lípidos se reunieron alrededor de los tubos, determinando la longitud adecuada. Una vez que los nanotubos alcanzaban el tamaño adecuado, se separaron del tubo más largo, quedando así, unos tubos ultracortos, los cuales se pudieron infiltrar de forma espontánea en la membrana celular gracias al recubrimiento de lípidos.

De esta manera, el grupo de investigadores descubrió que los CNT ultracortos se introducen espontáneamente en las bicapas lipídicas y en las membranas celulares vivas para formar los canales proteicos, los cuales resultan ser muy eficientes debido a su angosto diámetro (de 1 nanómetro aproximadamente).

Los científicos también señalaron que a pesar de su simplicidad estructural, estos canales artificiales muestran muchas conductas características de los canales de iones naturales, pues además de insertarse espontáneamente en las membranas, estos canales de CNT pueden transportar agua, protones, pequeños iones e incluso ADN.

Finalmente los resultados de este estudio demuestran que los nanotubos de carbono ultracortos son un prototipo prometedor de canales membranales sintéticos, por lo que se espera que este descubrimiento tenga posibles aplicaciones futuras para el cuidado de la salud y la bioingeniería, ya que eventualmente podrían ser utilizados para suministrar fármacos al cuerpo o servir como base para nuevos biosensores y aplicaciones de secuenciación de ADN.


El agua en la Tierra, tan antigua como las rocas

Semana -1445 - 2 Agua TierraEl agua ha sido indispensable para el surgimiento y desarrollo de todas las formas de vida que conocemos, por lo que este elemento, formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O), es vital para la realización de casi todos los procesos ambientales y sociales que se generan sobre la Tierra. Es por eso que después de la formación de la Tierra, el agua fue el elemento químico esencial para que se propiciara la vida hace miles de millones de años, debido a que en ella se dieron las reacciones químicas para la formación de compuestos inorgánicos y orgánicos nuevos, que dieron paso a la vida en nuestro planeta como hoy la conocemos.

La mayoría del agua que hay en la Tierra se encuentra en los océanos, los cuales cubren más del 70% de la superficie terrestre, albergando la mayor diversidad de vida en el mundo. Es por esto que a nuestro planeta se le conoce como el planeta azul, pues éste se destaca en el fondo negro del Sistema Solar como una esfera azul cruzada por las manchas blancas de las nubes.

Dado que el agua es un elemento que se encuentra en abundancia en la Tierra, los científicos se ha preguntado cuál es su origen y cuándo fue el momento de su acreción en el Sistema Solar interior. Responder estas preguntas podría ayudar a comprender la dinámica de formación de planetas, además de las implicaciones que estas respuestas tendrían sobre cómo y cuándo surgió la vida en la Tierra.

Algunas teorías que han tratado de explicar el origen del agua sobre la tierra señalan que los planetas se formaron originalmente en seco, y que el agua llegó más tarde. Sin embargo, un nuevo estudio que se publicó recientemente en la revista Science, sugiere que el agua estuvo presente en la Tierra desde su origen.

En este estudio, el equipo de investigadores –liderados por Adam R. Sarafian del Woods Hole Oceanographic Institution, de Estados Unidos— encontró que los meteoritos más primitivos pudieron ser una fuente potencial para la acreción de agua en la Tierra. Los investigadores señalan que estos meteoritos se formaron de la misma nube de polvo, arena, hielo y gases que dio origen al Sol hace unos 4 600 de millones de años, mucho antes de que se formaron los planetas.

Para comprobar esta hipótesis, los científicos analizaron muestras de meteoritos del asteroide 4-Vesta, proporcionadas por la NASA. El análisis mostró que el asteroide Vesta contiene la misma composición isotópica de hidrógeno que las condritas carbonáceas, las cuales tienen un alto contenido de carbono, además de agua y compuestos orgánicos como aminoácidos. De acuerdo con los investigadores, el asteroide 4-Vesta es uno de los depósitos de hidrógeno más antiguos del Sistema Solar, pues señalan que se formó en la misma región del Sistema Solar que la Tierra, de esta manera, los meteoritos llevan una firma única que los hace ser los depósitos de hidrógeno más antiguos del Sistema Solar.

Teniendo en cuenta que las antiguas edades de estos meteoritos –denominados eucritas— y su similitud con las relaciones isotópicas de hidrógeno, carbono y nitrógeno de la Tierra, los científicos revelaron que estos compuestos volátiles se pudieron haber añadido tempranamente a la Tierra, en lugar haber sido adquiridos en un evento de acreción tardía como se pensaba anteriormente.

Si bien los resultados de este estudio no se oponen totalmente a la adición tardía de agua en la Tierra, los investigadores muestran que una buena cantidad del agua estuvo presente en una fase muy temprana de la formación de nuestro planeta, lo que significa que probablemente los otros planetas internos, es decir aquellos más cercanos al Sol, también pudieron haber estado previamente húmedos, permitiendo la evolución de alguna forma de vida antes de que se desarrollaran los ambientes hostiles que tienen actualmente.


 

Con información de artículos publicados en Nature 7524, del 30 de octubre de 2014 y Science 6209, del 31 de octubre de 2014.

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