El canal de potasio: un ejemplo de filtro de selectividad físico y termodinámico

La verdad es que entre tanto estoma (por lo del proyecto de técnicas de campo) necesito descongestionarme y como las otras asignaturas no se pueden dejar tampoco de lado.

Una de las cosas más curiosas que he estado estudiando estos días es la especificidad del canal de potasio. Este canal permite el paso de los iones potasio de un lado al otro de la membrana ya que la membrana tiene una permeabilidad limitada, sobretodo a iones cargados como es el caso del ión potasio que está cargado positivamente.

Si buscáis artículos acerca de este canal y de otros canales veréis como casi todos los canales mantienen una estructura común. Presentan simetría cuaternaria y tienen 5 segmentos transmembrana

Si nos centramos ya en el propio canal de potasio vemos que el camino a través del conducto tiene dos zonas claramente diferenciadas. En los primeros dos tercios del poro se inicia con unos 10 Armstrong de ancho que permiten la entrada de iones potasio con su capa de solvatación, es decir, rodeados de moléculas de agua. El siguiente tercio restante reduce su tamaño a 3 Armstrong, y es en este punto en donde nos encontramos el primer filtro, un filtro físico, ya que aquellos iones que sean más grandes que el potasio no van a poder pasar por el canal ya que no será suficientemente amplio (el símil sería el de un tamiz, las partículas más grandes quedan retenidas mientras que las más pequeñas lo traspasan). Y aquí es donde viene la pregunta. ¿Cómo se descartan aquellos iones que son más pequeños que el potasio? ¿Como por ejemplo el sodio? En este punto es donde entra en juego el segundo componente del filtro de selectividad del canal de potasio: la selectividad termodinámica.

Para que el ión potasio pase a través del canal ha de perder las moléculas de agua que lo rodean ya que es la única manera de que pase el ión a través del  filtro físico de los 3 Armstrong. Sin embargo la pérdida de la capa de solvatación no es un proceso espontáneo, al menos termodinámicamente hablando, y por tanto debe ser compensado por un proceso que sea termodinámicamente favorable. Aquí es donde entran en juego los residuos aminoacídicos de la parte más estrecha del poro . Esta región se encuentra en una conformación relativamente distendida y está orientada de tal forma que los residuos carbonilo del péptido se orientan hacia la luz del poro (átomos en rojo en el dibujo). Estos residuos carbonilo cargados de forma negativa interaccionan con el ión potasio compensando con creces la energía necesaria de la solvatación del ión.

Pero aún no hemos respondido el porqué el ión sodio, por ser más pequeño no pasa a través del canal. La clave está en su pequeño tamaño (comparado con el potasio) ya que al ser más pequeño no se pueden dar las interacciones con los residuos negativos de los iones carbonilo, las interacciones no sedan de forma correcta y no compensan la energía necesaria para eliminar la capa de solvatación del sodio y por eso mismo no puede pasar a través del canal.

Este mecanismo de selectividad es compartido en otros canales como el calcio, lo único que cambia es la orientación de los residuos carbonilo en la zona de los 3 Armstrong. 

Bienvenidos a pitarque

Aunque estos días he publicado una entrada realmente no estaba delante del ordenador, digamos que programé su publicación, ya que desde el jueves pasado hasta el domingo estuve haciendo las prácticas de la asignatura de Técnicas de Campo.

Esta asignatura es una de las troncales de cuarto el objetivo de la cual es ver y conocer el trabajo que realiza un biólogo en el campo, los materiales que utiliza y padecer muchos de los problemas que se dan al trabajar en un medio natural en dónde es imposible estandarizar todos los posibles parámetros que van a influir en el experimento, a diferencia de lo que ocurre en el laboratorio.

El sitio elegido para la práctica ha sido Pitarque, un pueblo de unos 60 habitantes en estas fechas situado en la provincia de Teruel y más concreto entre las paredes montañosas en la comarca del Maestrazgo, a unos 980 m sobre el nivel del mar.

En cuanto divisas las primeras casas sientes como el pueblo te abraza y te da la bienvenida.

Cuando llegamos, nos repartimos en tres casas rurales, en mi caso me tocó la casa rural Pakita. Nada más entrar a la casa pierdes la noción del tiempo. La gente, la decoración, la chimenea, las cabezas de jabalíes colgadas en las paredes…todo, parece que el tiempo se haya parado hace unos 70 años si no fuese por algunas comodidades que ofrece la casa como el televisor, o un portátil conectado a internet en donde puedes comprobar qué temperatura se espera para el día siguiente porque os aseguro que en estas fechas las oscilaciones de temperatura en ese pueblo pueden ser de un puñado de grados.






 
Durante los 4 días que hemos estado en el pueblo hemos ido conociendo algunas de las técnicas y herramientas que se usan para realizar muestreos en  el campo. Desde coger macro y micro invertebrados en el lecho del río, medir los diversos factores abióticos de éste, calcular el cabal, y un largo etc. Por la noche pusimos trampas para micromamíferos e hicimos un seguimiento de las diversas especies de murciélagos que aparecen según la freqüencia del ultrasonido que emitían. Otro día se hizo un seguimiento de la buitrera y de las aves, así como anillamiento y colocación de fototrampas, y finalmente el último día llevamos a cabo nuestro propio proyecto que ya os contaré en otra entrada si sale como tiene que salir.

Sé que aun me quedo corto con todas las cosas que hemos hecho. Además de todo el trabajo académico la estancia en Pitarque me ha permitido convivir con mis compañeros y sobre todo con mis profesores que se alojaban en la misma casa rural que la que nos tocó a mi grupo. Es curioso conocer a los profesores fuera de las aulas y verlos como algo más que un simple personaje encima de una elevada tarima, echaré de menos las sobremesas con ellos…

Como habréis deducido por el contenido de mi blog, los que lo seguís, es que seré un futuro biólogo de bata, y me estoy especializando en asignaturas como genética molecular, bioquímica metabólica…sin embargo he de reconocer que estos cuatro días los he disfrutado y me han ayudado a valorar el trabajo en el campo, aunque seas un biólogo especializado en el área de la “bata” hay un mínimo de conocimientos que se deben adquirir si quieres ser realmente un biólogo.

En resumen, vale la pena pasarse por ese pueblo y disfrutar de las vistas y de la naturaleza en su pleno esplendor.







Hasta pronto Pitarque…

Se pilla antes a un borracho que a un cojo

En realidad la frase hecha es “se pilla antes a un mentiros que a un cojo” pero  en este caso es mucho más acertada la frase del título.

Hay personas que realmente están enfermas, son alcohólicos, beben todos los días y rara es la vez que no van ebrios. Los niveles de alcohol en sangre pueden alcanzar niveles inimaginables y el alcohol se convierte en un tóxico muy peligroso que el organismo debe eliminar.

De la destoxificación se produce mayoritariamente en el hígado, y uno de los signos de esta destoxificación son los altos niveles de gamma glutamil transferasa o GGT que se derivan del gran trabajo metabólico que están realizando los hepatocitos y todas las células que constituyen el árbol hepatobiliar.

Esta proteína es uno de los ensayos enzimáticos que se realizan a gente que padece esta patología para realizar un seguimiento de la misma. En un alcohólico los niveles en sangre de GGT son muy elevados. Cuando son sometidos a rehabilitación y por tanto a un periodo de abstinencia, de bebidas espirituosas, los niveles de GGT en sangre van disminuyendo progresivamente. Pero en el momento en que el paciente ingiera alcohol, por pequeña que sea la cantidad, estos valores se dispararán de nuevo.

Durante las terapias de rehabilitación esta técnica es muy utilizada ya que uno de los problemas principales es que el alcohólico miente, no quiere aceptar que ha tomado alcohol, y el análisis de la actividad enzimática de esta proteína desmorona por completo cualquier intento de engaño por parte del paciente, es una prueba irrefutable de la ingesta de alcohol durante el supuesto periodo de abstinencia y recuperación, de ahí el título de la entrada de hoy: Se pilla antes a un borracho que a un cojo.

Papel del factor sigma en las infecciones fágicas

Cuando se estudia la transcripción y se describen las diferencias existentes con la replicación una de las principales es que el la replicación la DNApolimerasa copia todo el DNA, mientras que la RNA polimerasa copia a RNA mensajero ciertas secuencias que posteriormente serán reconocidas por los ribosomas y traducidas a proteínas.

¿Pero cómo reconocen las RNA polimerasas qué debe transcribir y que no? Aquí es donde entra en juego el factor sigma en procariotas.

El factor sigma es una proteína que reconoce unas secuencias llamadas

promotores y que se encuentran corriente arriba del inicio de transcripción. El factor sigma aumenta la afinidad de la RNApol por una determinada región del DNA facilitando así la unión a esta y el inicio de la transcripción.

En el caso de E. coli se han encontrado hasta 6 factores sigma distintos y cada uno de ellos se encarga de unirse a un grupo de promotores concretos, por ejemplo, el más común es el sigma 70 se usa para la transcripción de la mayoría de genes de la célula en estado normal, como genes con promotores constitutivos, etc.. Pero por ejemplo cuando se someten las células a un choque térmico aparecen nuevos factores sigma como son el sigma 32 y el sigma E, estos se unen a promotores de genes que responden al choque térmico por calor, como por ejemplo la síntesis de Chaperonas que contribuyen al plegamiento de proteínas que se ve dificultado por el incremento de la temperatura.

La evolución ha dado lugar a que algunos fagos que infectan bacterias como los de la serie T-par aprovechen este mecanismo para hacer más eficiente su infección. Estos fagos poseen DNA de doble cadena. Cuando se inicia la infección con la inserción del DNA comienzan a transcribirse inmediatamente los genes tempranos ya que poseen promotores reconocidos por el factor sigma 70, el más común en E.coli. Pero entre estos genes tempranos se transcribe uno que da lugar a un factor sigma propio del fago, y que además tiene mayor afinidad por la RNApol que el propio factor sigma 70 de manera que la maquinaria genética de la célula bacteriana queda desplazada hacia la traducción de proteínas del fago, la sustitución del sigma 70 por este nuevo factor sigma del fago da lugar a una nueva etapa de transcripción de los genes del fago, los genes intermedios, a su vez se traduce un nuevo factor sigma afín a los promotores de genes tardíos que darán lugar a las proteínas necesarias para que se produzca el empaquetamiento de las nuevas partículas víricas.

Como veis es una gran estrategia para optimizar al máximo el uso de la maquinaria genética del hospedador.

Las famosas transaminasas

   Cuantas veces ha venido nuestro abuelo con la la hoja de su último análisis de sangre en mano…Coges la hoja del análisis y ves una serie de nombres raros, de numerajos y algún que otro (o muchos) asteriscos, o estrellitas.

Muchos de esos nombres suenan a chino y entre tanto nombre nos encontramos con las transaminasas.

Las transaminasas son una familia de enzimas que se encargan de parte del metabolismo de los aminoácidos. Cuando hay un exceso de aminoácidos, por las razones que sean, estos son metabolizados y pueden ser metabolizados como azúcares, previa eliminación del grupo amino, o bien convertirse en otros aminoácidos y aquí es donde entran en juego las aminotranferasas.

El papel de estas enzimas es catalizar la transferencia de un grupo amino de un aminoácido a un cetoácido para convertirlo en aminoácido.

Hay muchas transaminasas en nuestro cuerpo, pero tan solo dos tienen interés clínico en los análisis de muestras de suero sanguíneo, son la  aspartato – aminotranferasa y la alanina –aminotransferasa.

En el primer paso el aminoácido del aspartato pasa al alfa-cetoglutarato dando lugar a glutamato y oxalacetato, y en el segundo caso la alanina cede el grupo amino al alfa-cetoglutarato para dar lugar a piruvato y al aminoácido glutamato.

Tienen interés clínico porque los dos enzimas, las dos transaminasas, no se distribuyen de forma homogénea a lo largo de nuestro organismo. El contenido de aspartato transaminasa es elevado por ejemplo en las células del músculo cardíaco, mientras que la alanina-aminotranferasa se encuentra en grandes cantidades (con diferencia al resto de tejidos) en el hígado.

Las proteínas presentes en el plasma son el reflejo de lo que hay en los tejidos, si las concentraciones son altas en las células lo más común es que esto también se refleje en una mayor concentración en el plasma sanguíneo o en el suero que se está analizando, otras veces pueden estar presentes por el propio daño tisular, por la lisis del tejido…

Por eso estas dos transaminasas son tan importantes ya que son signos de una posible patología, elevados niveles de aspartato – aminotransferasa pueden revelar problemas cardíacos como un infarto de miocardio, en cambio los niveles altos de alanina – aminotransferasa son claros indicadores de un problema hepático, ya sea una hepatitis vírica, cirrosis…etc..

Por lo menos ya le podéis explicar a vuestro abuelo, padre, tío, tía…alguna de esas palabras extrañas de la hoja de los resultados de los análisis.

La Biología de la creencia

Por si aún no os lo he contado mis horarios son bastante “infernales” este año porque tengo un montón de horas muertas entre clase y clase, no obstante no tengo bastante tiempo como para poder ir en ese intervalo al laboratorio y poder hacer algo de utilidad, así que me toca ir a la biblioteca y aprovechar el tiempo lo mejor que puedo.

Uno de esos días que estaba en la biblioteca, harto ya de mis apuntes, me dediqué a merodear por las estanterías, y entre innumerables manuales de texto encontré este libro, La Biología de la Creencia del Dr. Bruce H. Lipton.

No voy a entrar en si comparto las ideas que el autor expone en este libro, cada uno que opine lo que quiera, lo que si que puedo haceros es una pequeña reseña del libro y vosotros decidís si vale o no la pena.

Bruce Lipton es un conocido biólogo molecular con estudios acreditados en el campo de la clonación de células. En este libro cuenta cómo sufre una serie de acontecimientos en su vida que lo obligan a abandonar una vida acomodada con un puesto fijo de profesor  e investigador en la Facultad de Medicina en Wisconsin.

 

 

Todas estas circunstancias lo llevan a la apertura de nuevos horizontes en la biología, a abandonar en parte las verdades dogmáticas y a ser más flexible en otros aspectos, cosa que no hubiese sido posible sin el abandono de su puesto fijo y su traslado a una facultad del Caribe, fuera del alcance de los grilletes dogmáticos que caracterizaban la facultad en donde él trabajaba.

En el libro se pone en tela de juicio mucho de los aspectos que hoy se consideran dogmas en la biología, desde la corriente neodarwinista en que los genes controlan y dirigen los seres vivos casi sin ningún tipo de flexibilidad, la falsa idea (para el autor) de que el núcleo equivale al cerebro de la célula y un largo etcétera.

También es interesante la forma en la que el autor simplifica los mecanismos y estructuras celulares facilitando la comprensión del libro a cualquier nivel con el uso de símiles que todo el mundo puede entender.

Desde mi punto de vista no os voy a contar que ideas comparto ni que ideas no comparto con el autor, pero sinceramente me ha parecido un libro entretenido del cual se puede extraer muchas cosas útiles y otras que por lo menos te hacen recapacitar y reflexionar acerca de muchos conceptos que parecían grabados a fuego y que, como demuestra el autor, no tienen porqué estar reñidos con otros conceptos más alternativos, aunque no estén considerados como dogmáticos.

En el blog de neurociencia-neurocultura tenéis otra reseña mucho más completa del libro, yo he preferido no describir tantas cosas y animaros simplemente a que lo leáis.

PREMIO NOBEL DE MEDICINA 2009

Si bien es cierto que no existe un premio nobel en bilogía los biólogos, y los futuros biólogos siempre tenemos la opción de optar al de medicina y fisiología o al de química.

Este año el premio nobel de medicina ha ido dirigido a tres mentes realmente brillantes, dos mujeres, Elizabeth H. Blackbun y Carol W. Creider, y un hombre, Jack W. Szostak (enhorabuena por este gran galardón). Su mérito fue descubrir los telómeros y la telomerasa.

Para aquellos que no estén al corriente o no sepan que son los telómeros, o la telomerasa, voy a hacer un breve resumen, algo muy escueto y que sea fácil de entender para todos. 

Los cromosomas de las células eucariotas (incluidos los nuestros) son de tipo lineal. Debido a la naturaleza del enzima que se encarga de replicarlos esta información sólo se puede copiar en una dirección, de manera que en el DNA que es de doble cadena, una de las cadenas tiene que sintetizarse de forma discontinua en lo que se conoce como fragmentos de Okazaki. Para que el enzima pueda elongar la cadena de DNA y así realizar una copia tiene que haber un cebador, el problema es que el cebador es de RNA y debe ser eliminado y sustituido por DNA. Si nos desplazamos al extremo del cromosoma en una de las cadenas el cebador de RNA podrá ser eliminado, pero no habrá ningún cebador para añadir el hueco que queda con DNA de manera que replicación tras replicación el cromosoma se va acortando. Si la región que se acorta codificara genes estaríamos perdiendo información genética que afectaría al funcionamiento del organismo, pero este fenómeno no ocurre, al menos de forma inmediata gracias a los telómeros.

Los telómeros son superestructuras que se encuentran en los extremos de los cromosomas lineales que están compuestos por una repetición de secuencia no codificante (no traduce para ningún tipo de proteína) y proteínas estructurales asociadas. Aunque después de cada replicación no se copie uno de los fragmentos extremos del cromosoma no pasa nada ya que estas secuencias repetitivas no codifican para ninguna proteína y no tienen ningún efecto sobre el organismo. No obstante estas secuencias tienen una longitud limitada y si se quiere prolongar los ciclos de replicación hay que alargar esas secuencias repetitivas para garantizar que los genes, la parte codificante, no va a quedar dañada, aquí es donde entra en juego la telomerasa que es el enzima que permite  reparar los telómeros para garantizar así que prosiga la replicación del DNA.

Los telómeros y la telomerasa son realmente importantes porque son una especie de reloj del envejecimiento celular que va a marcar el momento de senescencia de la célula (cuando los telómeros sean cortos) o pueden explicar el origen de algunos tumores (ya que un exceso de telomerasa puede permitir que las células se dividan de forma imparable). 

Todo lo que he comentado anteriormente es una descripción bastante superficial de lo que son los telómeros y en qué consisten (hay mucha información en la red y en libros especializados), pero esta bien estar al día en estas cosas en un mundo en que cualquier famosillo recibe más atención que estas noticias, que estos verdaderos ídolos.