miércoles, 2 de marzo de 2016

Ciclo de Krebs desde diversos puntos de vista.


Ciclo de Krebs, el musical:





Ignoramos qué opinión le habrían merecido a este hombre estas versiones musicales tan peculiares sobre la obra de su vida. En todo caso, pueden resultar buenos y divertidos trucos mnemotécticos para afianzar los pormenores del ciclo bioquímico más famoso.

 De forma algo más seria, esta animación que viene a continuación ilustra bastante bien los procesos de glucolisis, descarboxilación oxidativa del piruvato y Ciclo de Krebs



El proceso  también puede visualizarse con buen nivel de detalle en esta otra animación de  este otro enlace.

Como ideas básicas que conviene recordar, cito, literalmente, lo que en este apartado de la Wikipedia se expone:

  • El paso final es la oxidación del ciclo de Krebs, produciendo un oxaloacetato y dos CO2.
  • El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos), mediante una reacción de condensación.
  • A través de una serie de reacciones, el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato.
  • Durante estas reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos átomos de carbono se liberan en forma de CO2
  • El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2.
  • El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 ATP, 3 NADH +3H+, 1 FADH2, 2CO2.
  • Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 2,5 moléculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH2 dará lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7,5 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.
  • Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-COA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6 NADH + 6H +, 2 FADH2; total 36 ATP.

domingo, 14 de febrero de 2016

Herencia en la familia Skywalker

[Atención: Posibles Spoilers]

Que la Fuerza es particularmente intensa en algunas familias de cierta lejana Galaxia, se sabe desde tiempo inmemorial. Así, en la familia Skywalker sabemos que Anakin la tenía, pero no su madre, Shmi, como tampoco la que se convertiría en su esposa, la senadora Padmé Amidala.

Llegado el momento Luke, hijo de Anakin y de Padme,  manifestó la Fuerza, mientras que su hermana Leia, no lo hizo (al menos que se sepa).

De Han Solo, cuñado de Luke, se han dicho muchas cosas, pero una de las pocas que parece irrefutable es que nunca en él se manifestó la Fuerza. Sin embargo, en Kylo Ren, hijo de Han y de Leia, por tanto, nieto de Anakin y Padme, sí.
Recientemente ha aparecido un nuevo personaje de misterioso origen.

Se trata de la chatarrera espacial del alejado planeta Jakku, Rey. En ella la Fuerza se ha manifestado muy poderosamente y por ello hay muchos que piensan que en su origen debe estar implicada, de alguna manera, la familia Skywalker:
unos creen que pueda tratarse de la hija de Luke, mientras que otros, más osados, apuntan a que podría tratarse de una segunda hija del matrimonio Han-Leia.

¿Cómo podría explicarse este árbol genealógico con una cierta base genética?



Existen dos buenas posibilidades clásicas para explicar la transmisión de la Fuerza en la familia Skywalker:

herencia de tipo autosómica recesiva herencia ligada al sexo.

En la primera hipótesis, herencia de un alelo recesivo f que viaja en uno de los cromosomas no sexuales, la Fuerza se manifestará en aquellos que logren reunir en su genoma una pareja de alelos recesivos f, uno por parte de madre y otro por parte de padre. Empleando terminología genética, la Fuerza se manifiesta en los los homocigóticos recesivos, ff.  Para esta hipótesis suponemos que el alelo silvestre, F, resulta dominante sobre el alelo mutante, f, y por ello la Fuerza no se manifiesta ni en los homocigóticos dominantes, FF, ni en los heterocigóticos, Ff.

Partiendo de estas premisas podemos admitir que Anakin es ff porque hereda estos dos alelos de Shmi y de su padre. Según lo que cuentan las crónicas, debemos deducir que ambos son Ff, al no manifestar la Fuerza ninguno de ellos, aunque siempre nos puede quedar la duda de si el padre desconocido de Anakin podría haber sido ff, idea que no contradice la hipótesis general y que, como nos descuidemos, podría dar lugar a una interesante preprecuela.

Si Luke ha manifestado la Fuerza es porque también su madre, Padme, debía portar el alelo f en heterocigosis (Ff). Eso explica también que su hermana Leia no manifieste la Fuerza por ser heterocigota, Ff, pero sí transmisora, de manera que su hijo, el sobrino de Luke, puede heredar de su madre el alelo f. Hay que admitir, evidentemente, que Han Solo también es Ff para que así Kylo pueda acceder a la Nueva Academia Jedi de su tío Luke. Kylo es ff por herencia materna y paterna, como debe ser.
¿Cómo encaja Rey en esta hipótesis?
Por cómo se ha manifestado tan intensamente la Fuerza en Rey, ella es necesariamente ff. Ahora bien, su posición en el árbol familiar no está del todo clara en el supuesto que manejamos.

Podría ser hija de Luke, asumiendo que la esposa desconocida de Luke, supuesta madre de Rey, fuera portadora (Ff) o, incluso, quién sabe, que se tratara de una Jedi oculta (ff). Caben ambas posibilidades sobre este personaje del que ignoramos todo, incluso su propia existencia.
¿Podría ser Rey hermana de Kylo? Sí, por supuesto. La hipótesis genética que barajamos no se opone a esta idea. Rey podría haber recibido un alelo f de Leia y otro de Han, como su supuesto hermano Kylo.

Esa era la primera opción. Sin embargo hay otro modelo explicativo.
Podemos suponer que el alelo de la Fuerza está ligado al cromosoma X y que, como el caso anterior, f es recesivo frente al alelo silvestre F. Con estas premisas, la Fuerza debe manifestarse más frecuentemente en varones que en mujeres, como parece suceder en esta familia. En este supuesto las mujeres cuentan con tres posibilidades genotípicas (y dos fenotípicas):

  • pueden manifestar la Fuerza, en el caso de ser genéticamente XfXf
  • pueden no manifestarla pero sí transmitirla, siendo su constitución genética del tipo XfXF, y 
  • no la manifiestan ni son portadoras, en caso de ser XFXF.


En el caso de los varones sólo caben dos opciones genotípicas (y dos fenotípicas):

  • no manifestarla, porque tienen un alelo F en su único cromosoma X, es decir, son XFY, o 
  • manifestarla, porque su cromosoma X lleva el alelo de la fuerza, f, siendo XfY.

Según lo anterior, Anakin, Luke y Kylo manifietan la Fuerza porque genéticamente son XfY y para ello debemos suponer que sus madres portan el alelo f en uno de sus cromosomas X, aunque ninguna de ellas (ni Shmi, ni Padme, ni Leia) ha manifiestado la Fuerza (estamos en la segunda posibilidad que mencionábamos un poco más arriba, XfXF). Es interesante resaltar que, en esta hipótesis genética, Luke hereda la Fuerza no de su padre, el poderoso Darth Vader, sino de la gentil Padme, mientras que Leia transmite la Fuerza a Ren necesariamente gracias al cromosoma X y el alelo f que hereda de su padre Anakin/Darth ¿Quizás por ahí pueda encontrarse alguna explicación a la variante lado oscuro/lado luminoso?  Dejémoslo por ahora como posibilidad para otro artículo y sugerencia para un sorprendente giro argumental en otra entrega de la Saga.


Queda por ver el posible parentesco de Rey en este asunto.
Rey podría ser hija de Luke y heredar de él un cromosoma Xf y de su desconocida madre el otro (esta última, a su vez podría ser sólo portadora o manifestar plenamente la Fuerza, no lo podemos asegurar con certeza). En esta hipótesis genética, Rey puede ser prima de Kylo, pero si pensamos un poco más, jamás su hermana. Para serlo debería portar dos cromosomas Xf, uno de los cuales le tendría que haber venido por herencia materna (bien se lo podría haber legado Leia, sí) pero el otro cromosoma X, con su alelo recesivo f, le tendría que haber venido por herencia paterna, y sabemos que eso es imposible ya que Han Solo no es XfY, puesto que en él jamás se ha manifestado la Fuerza.

En todo caso, esperaremos a más entregas de la Saga a ver si estas explicaciones genéticas clásicas se mantienen o los guionistas optan por los misteriosos midiclorianos para justificar la manifestación de la Fuerza en esta galáctica familia.


(Nota: los personajes e imágenes utilizados en este artículo son propiedad de sus legítimos creadores, por supuesto, Lukas Films, Disney y demás. Me he tomado la sana libertad de utilizarlos meramente con propósitos lúdicos, didácticos y divulgativos.)



lunes, 18 de enero de 2016

Explicación molecular a la enigmática enfermedad de dos hermanos


La cuestión dice así:

Dos hermanos estuvieron en tratamiento médico por esterilidad. El análisis de su semen indicó que los espermatozoides no se movían. Estos hermanos también padecían bronquitis crónica y otros problemas debidos a la inmovilidad de los cilios del aparato respiratorio. 
¿Existe una explicación que relacione estos dos problemas médicos de estos dos hermanos?.

Bien, hagámonos algunas preguntas y elaboremos nuestras primeras deducciones.
En primer lugar, el hecho de que estas dolencias aquejen a dos hermanos (creo recordar que gemelos en otro enunciado similar) sugiere una afección de naturaleza genética (y esto ya nos debería hacer pensar en proteínas defectuosas).
En segundo lugar, la inmovilidad de los flagelos de los espermatozoides y de los cilios de las células del tracto respiratorio nos debe sugerir algún tipo de problema que interfiera en la estructura y/o en la actividad de los centriolos o quizás de los microtúbulos, componentes ambos de estos sistemas de motilidad celular.
Sin embargo, no parecen verse afectados otros procesos celulares en los cuales están implicados microtúbulos o centriolos. Baste recordar a este respecto que el desarrollo correcto de la mitosis, imprescindible para el crecimiento y regeneración de los tejidos, necesita de la formación y buen funcionamiento de los microtúbulos del huso acromático, por poner un ejemplo. Del mismo modo, el transporte de vesículas en el citoplasma también se debería ver afectado si el problema se centrara en la formación (polimerización) de microtúbulos.

Así pues, recapitulando, hemos de pensar en un factor genético que afecte más bien a las proteínas acompañantes de microtúbulos de los cilios y flagelos (nexina, dineína ...) y no a las proteínas puramente estructurales de los mismos (tubulinas).

Sección transversal del flagelo mostrando el axonema. 1-doblete externo de microtúbulos, 2-doblete interno de microtúbulos, 3-dos brazos de dineína, uno interno y otro externo, 4-radio, 5-puente de nexina, 6-membrana plasmática.Alexei Kouprianov - Wikimedia- Trabajo propio, based on the descriptions and diagrams published in the textbooks of Cytology.

Falta ver si nuestras conclusiones pueden tener alguna base bibliográfica.
Rebuscando un poco en internet podemos encontrar esta base documental.

Existe una enfermedad, denominada disquinesia ciliar primaria (DCP) o síndrome de Kartagener, que resulta ser un trastorno congénito que afecta a la estructura de cilios y flagelos. Los defectos de la ultraestructura de los cilios pueden ser variados, pudiendo afectar a los brazos de dineína, a las proteínas radiales (ausencia o alteraciones), alterar el número de microtúbulos o a su disposición en el axonema.

La DCP conlleva una alteración del transporte mucociliar en el tracto respiratorio, del mismo modo que puede afectar, anulándolo, a la movilidad de los flagelos de los espermatozoides, produciendo infertilidad en los hombres. Debido a la variedad de proteínas involucradas en el trastorno ciliar los genes responsables del cuadro clínico de la DCP son también variados y parecen encuentrarse en diferentes cromosomas. Aunque no tenga un interés directo con el tema que nos ocupa, puede ser interesante saber que las referencias indican que la DCP se transmite siguiendo un modelo genético mendeliano del tipo autosómico recesivo.



Fuentes consultadas:



Vinca

Vinca major. Vinca, Vicapervinca, Hierba doncella...

La Vinca o hierba doncella (Vinca major, Fam. Apocynaceae) es una especie autóctona de la región mediterránea que podemos encontrar de modo natural en nuestros bosques aunque nos será más fácil verla como especie tapizante en cualquier jardín ya que se ha venido empleando desde tiempo inmemorial en jardinería.

Algunas variedades ornamentales presentan hojas verdiblancas, variegadas, como el ejemplar de la foto que abre este post, Vinca major var. variegata. Esto, unido al evidente atractivo de sus flores azules, su rusticidad y su carácter tapizante las convierte en una interesante elección para jardines que precisen poco cuidado. Eso sí, le gusta estar sombreada bajo los árboles.

Vinca major var. variegata
Esta especie es, además, rica en determinados alcaloides que se han utilizado en investigación básica celular y algunos se emplean en Medicina. El más conocido de estos alcaloides es la vinblastina, una droga antimitótica, que entorpece la despolimerización del huso acromático y por ello no resulta raro que se emplee en algunos tratamientos de Quimioterapia contra el cáncer.

Interacción entre vinblastina (en amarillo) y tubulinas.
  Fuente: Takuma-sa, vía Wikimedia. Imagen creada a partir del archivo  PDB = 1Z2B

La vinblastina, no obstante, se extrae de una especie similar en la que está más concentrada esta sustancia. Se trata de una pariente malgache (Catharanthus roseus),  que también empleamos en jardinería en nuestra región.

«Catharanthus roseus kz1».Kenraiz, disponible bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.


miércoles, 21 de octubre de 2015

Modelos de ADN en origami

Origami ADN, es una interesante página web  donde pueden encontrarse plantillas de modelos de la doble hélice ADN en color y en blanco y negro (este último con características de "modelo mudo", por lo que puede resultar más interesante y más barato) y hojas con las instrucciones de construcción correspondientes.

La página incluye un vídeo explicativo en donde se indican los pasos para llevar a buen término la construcción de los modelos, además de enlaces para descargar las plantillas.




La construcción de otro modelo similar al anterior puede seguirse en este otro vídeo:

 

Otra variación sobre el mismo tema, esta vez en portugués puede consultarse en Pensarte e... Sandra Gobbert


Hay otras páginas de donde se pueden descargar más modelos de la doble hélice de ADN utilizando el papel como materia prima, como la que traigo a continuación:
PDB (Protein Data Base), sección Educational Resources/Paper Models.

En la página hay disponible plantilla con las instrucciones para construir dos modelos distintos (  en español, todo un detalle, y, lógicamente, en inglés), uno más sencillito y otro más detallado.
Sin abandonar esta página, también podemos encontrar  un buen texto explicativo sobre la estructura en doble hélice del ADN (en versión española y versión inglesa).

Y, como en las citas anteriores, cuenta con un buen vídeo demostrativo alojado en Youtube:





Por último, como postre, he encontrado esta propuesta que a más de uno/a le encantará:

Cómo construir un modelo del ADN usando materiales comunes

Actualización 24.10.15:
Para el caso de las proteínas he encontrado unas plantillas que permiten construir las estructuras secundarias en Alfa-hélice y Beta-hoja plegada. En Simbiontes (una página francamente recomendable), justamente en este enlace.

lunes, 19 de octubre de 2015

Amanitinas y faloidinas

No hace falta ser una gran y sofisticada proteína para cumplir una función en los organismos. A veces, pequeñas asociaciones de aminoácidos (péptidos) son capaces de producir grandes efectos, bien sea sobre el propio organismo, bien sobre organismos ajenos.

Este último caso es, por ejemplo,  el de las amatoxinas y falotoxinas. Son, en dosis mínimas,  capaces de tumbar para siempre (literalmente) al más grande y poderoso de los hombres.

Faloidina
Amanitina
Las amanitinas, dentro del grupo de las amatoxinas, son péptidos constituidos por tan solo 8 unidades; las faloidinas (las más conocidas del grupo de las falotoxinas) constan tan solo de siete aminoácidos. 

Ambas presentan una configuración cíclica, como se muestra en las  las imágenes que acompañan a este texto.

Su modo de acción y toxicidad son, sin embargo, distintas.

Las amanitinas, las más peligrosas, bloquean la acción de la enzima ARN polimerasa, la encargada de pasar (transcribir) el mensaje de ADN a forma de ARN mensajero para que después este último sintetice proteínas. Interrumpido este paso crucial el organismo pierde la capacidad de fabricar proteínas esenciales para su existencia. Aunque el órgano más afectado sea el hígado el fallo multiorgánico está servido si no se actúa a tiempo.  La dosis mortal se ha calculado en unos 0,1 mg/kg. Para entendernos, para una persona de 70 kg,  le bastaría la ingestión de 7 mg (0,07 g) de este compuesto para abandonar este mundo.

Las faloidinas son también compuestos altamente tóxicos. Su modo de actuación es diferente al anterior y actúan anulando el proceso de despolimerización de los microfilamenteos de actina de la célula, con lo cual se anulan todos los procesos en que estas proteínas se encuentren implicadas. Esta propiedad, sin embargo, las ha hecho útiles a la hora de "congelar" estos microfilamentos de manera que su estructura sea más asequible a los investigadores (por ejemplo, empleando conjuntamente técnicas de inmunofluorescencia en observaciones microscópicas). Otro argumento en defensa de estos heptapéptidos cíclicos es que, aún reconociendo su potencial toxicidad para las células hepáticas, resulta que no son absorbidos por el intestino, por lo cual no van a ser responsables del envenenamiento por ingestión de estas sustancias.

Amanitinas y faloidinas se encuentran en algunas especies de setas, en especial en el grupo de las amanitas, y en particular en la Amanita phalloides (la oronja verde) y la A. virosa. La primera de ellas es considerada una de las setas más peligrosas y mortales. A los efectos perniciosos que hemos mencionado hay que añadir su carácter "disimulado", pues los efectos negativos críticos pueden no aparecer hasta mucho tiempo despues de la ingesta (se habla de entre 6 y 40 horas), de manera que cuando se descubre el envenenamiento el deterioro orgánico puede que sea ya irreversible. Este cuadro sintomático recibe el nombre de síndrome faloidiano.
Amanita phalloides (foto con flash). Oronja Verde.
Sombrerillo verde oliváceo característico.

A. phalloides (las dos mismas que la otra imagen; foto de larga exposición, sin flash). Visibles anillo y volva blancos, al igual que las láminas.
La "faloides" es una seta que sin ser abundante, puede llegar a ser frecuente en nuestros encinares o alcornocales y más vale reconocerla, no sea que se nos cuele sin querer en el canasto setero.
Se trata de una especie conocida desde antiguo y a la que se le han achacado ilustres asesinatos, hasta de un mismísimo (y dignísimo, si hacemos caso a Robert GravesEmperador romano.



martes, 13 de octubre de 2015

Así funciona Biodiversidad Virtual.

En esta sencilla presentación realizada en SlideShare podemos ver cómo funciona Biodiversidad Virtual, Plataforma que alberga una enorme y valiosísima base de datos de fotos digitales de cualquier aspecto relacionado con lo natural.
La presentación hace referencia al caso de los odonatos (libélulas y caballitos del diablo), pero es extensible al resto de invertebrados, vertebrados, briofitos, pteridofitos, gimnospermas, angiospermas, diatomeas, basidiomicetos, ascomicetos, ciliados, mixomicetos...
Además del valor intrínseco de todo este almacén de datos, que ya ha generado unos cuantos artículos científicos de interés, habría que recalcar el carácter ciudadano de la misma, ya que ese almacén se ha logrado sin ayuda institucional, nada más que con la aportación generosa de fotógrafos, naturalistas y especialistas en distintas materias naturales.
Animo desde aquí a cualquiera que tenga fotos de "bichos y plantas" y quiera conocer su nombre y apellidos a que se apunte a esta iniciativa.



La importancia de la fotografía como herramienta para conocer la distribución de los odonatos from Antonio Torralba Burrial

Sobre Odonatos (otros organismos quitinosos) también existe esta simpática página que conviene visitar si queremos conocer nuestros representantes serranos.