Resúmenes de articulos

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Calorimetría y termodinámica de los sistemas vivos

Lamprecht-Ingolf. “Calorimetry and thermodynamic of living systems”. Thermochimica acta. 2003. Vol.405. p.1-13.

Se muestran seis ejemplos desde el punto de vista calorimétrico y termodinámico de sistemas vivos. Anteriormente filósofos se dieron cuenta que los animales no podían sobrevivir en una atmósfera donde no existiera una flama.Los organismos vivos son sistemas abiertos en constante intercambio de materia, energía entropía e información con su ambiente que mueren cuando son aislados en un sistema cerrado aproximado a un equilibrio térmico.
Los organismos degradan glucosa anaeróbicamente para obtener moléculas de ATP.Queda claro que la producción bioenergética de calor permanece estable cuando la radiación y la evaporación disminuyen radicalmente.Un ejemplo de la termodinámica en seres vivos son los enjambres de abejas, una abeja sola a 20°C tiene una masa térmica de 208mWg-1 pero este rango disminuye hiperbólicamente cuando aumenta el número de abejas, Los músculos de vuelo tienen el mayor cambio energético, existen abejas con un sistema de defensa muy peculiar, cuando una avispase acerca al panal recibe advertencias inútiles de las abejas, es entonces cuando un grupo de 400 abejas se lanza sobre la avispa formando una esfera alrededor de ella, generando en el centro temperaturas de 46°C, debido a la tasa metabólica de las abejas, quemando prácticamente a la avispa. La energía consumida por las abejas es de 9kj, que equivale a 0.6g de miel, lo que hace a este sistema muy efectivo.El uso de la relación entre la respiración y la producción de calor puede ser correlacionado con la salud y con distorsiones de esta relación puede ser relacionadas con enfermedades o debilidad, siendo de gran utilidad en el diagnostico o supervisión.
El balance energético puede ser encontrado en el desarrollo de algunos escarabajos e insectos donde el estado larval necesita recolectar la mayor cantidad de energía para el estado de pupa.

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El primer proceso celular bioenergetico. Generación primitiva de una fuerza protón motriz

Koch-Arthur L, Schmidt-Thomas M. “The first cellular bioenergetic process: primitive generation of a proton motive force”. Journal of molecular evolution. 1991Vol.33 p.297-304.

Propone que la primer transducción de energía se dio a partir de la oxidación de sulfuro de hidrogeno, y sulfuro férrico a pirita y dos protones, resultando en un gradiente de protones a través de la membrana, que permitiría una fuerza protón motriz.La vida tiene dos características clave, la propagación de información y la transducción de energía.
Los reactivos originales presentes en dentro y fuera de la célula primitiva reaccionaron con un complejo metálico asociado a la membrana de la célula, similar a lo que sucede con las células de hoy en día, los electrones son transmitidos por compuestos organometalicos liposolubles.
Posiblemente estén involucrados metales en transición y compuestos iónicos de sulfuro, similares a las ferrodoxinas y CO reductasas, así como ATPasas generando compuestos fosforilados con la fuerza protón motriz.
Como los compuestos reductores abundarían y debido a las condiciones ambientales, la energía libre estándar seria negativa.
Un árbol filogenético confirma las divisiones monofileticas entre eucariontes, procariontes y arqueobacterias establecidas por RNAs.
Una estructura membranal cerrado es importante, así como la reacción de formación de pirita o fuentes de protones y e- se realizarían fuera de la célula.
Cada organismo vivo podría contener remanentes de los procesos energéticos más primitivos, pues todos generan fuerza protón motriz a través de una cadena de electrones.
Debido al enfriamiento de la tierra, donde el agua líquida seria abundante, la reducción de CO y CO2 con reductores más fuertes que H2, sería posible en un ambiente liquido.

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Los primeros sistemas vivos, una perspectiva bioenergética

Deamer-David W. “The first living systems: a bioenergetic perspective ”. Microbiology and molecular biology reviews. 1997. Vol.61-2. p.239-261.

La pregunta es ¿el estado vivo surge necesariamente de estructuras celulares preexistentes que requirió para capturar energía para procesos de crecimiento? . Se han encontrado meteoritos de la corteza marciana con inclusiones de carbonato, siendo interpretado como un origen bioenergético.
Probablemente la materia orgánica haya sido traída a la superficie terrestre desde un meteorito. La materia orgánica ha ido desapareciendo a diferentes ritmos, por una serie de reacciones como la hidrólisis y pirolisis.
Por el contrario parece ser que los sistemas vivos se desarrollaron en soluciones diluidas de algunos sustratos como aminoácidos, carbohidratos, y bases puricas. Considerando que la forma más simple de captura de energía fue por sistemas moleculares de distintas formas, como la condensación por deshidratación. Una segunda forma de captura es por reacciones de oxido reducción, teniendo a gradientes iónicos como fuentes potenciales de energía.
Los hidrocarburos y sus derivados estuvieron presentes en la reserva orgánica de la tierra primitiva, permitiendo la formación de membranas por organismos primitivos.

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¿Que es la vida?

Recordando el libro de Erwin Schrödinger, 60 años después

Castro-Jorge A. “¿Que es la vida?, Recordando el libro de Erwin Schrödinger, 60 años después”.

Erwin Schrödinger en una conferencia pregunta ¿por qué los átomos son tan pequeños?, Los procesos físicos y químicos básicos para el funcionamiento de un organismo requieren la participación de grandes cantidades de átomos para realzarse de modo seguro y previsible, por lo que una estructura con pocos átomos no podría permitir procesos biológicos elementales.

Un organismo vivo se mantiene ordenado a pesar de la agitación térmica y otros comportamientos que tienden a desordenar cualquier estructura constituida por muchas partículas, si es así, ¿por qué se puede crear y mantener el orden de un ser vivo?

Erwin Schrödinger responde de dos maneras, orden a partir del desorden y orden a partir del orden, la primera explica que un organismo se ordena por una pérdida del orden del ambiente, la según que el orden se transmite genéticamente; el ADN almacena información y se mantiene estable.

Max Delbrück, describe que moléculas grandes formadas por uniones covalentes tienen suficiente estabilidad como para almacenar información genética.

Finalmente opina que la vida es un proceso diferente único que será explicado por las leyes físicas.

La biología será útil a la física permitiendo descubrir nuevas leyes, y también la física a la biología ofreciendo una explicación unificada de la vida

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Radicales libres derivados del oxigeno

McCord JM. “Oxygen-derived free radicals”. New Horiz. 1993 Feb; Vol.1(1) p.70-76.

Un radical libre es cualquier molécula que posea un solo electrón desapareado.
El proceso de tomar electrones de otros átomos se llama oxidación, la sustancia que toma los electrones se reduce.
El resultado de la oxidación d de un electrón del oxigeno es el radical superóxido O_2^(∙-) , si dos electrones se transfieren el producto es peróxido de hidrogeno, H2O2, que no es un radical, el oxido ferroso es capaz de transferir un tercer electrón al H2O2 produciendo la lisis del enlace O-O, una parte se reduce a agua y la otra es el radical hidroxilo, HO∙ un oxidante muy poderoso, que incluso puede ser agente bactericida, la única enzima que produce este radical intencionalmente es la nicotinamina ADP oxidasa que se encuentra en los neutrofilos.
El radical hidroxilo puede desencadenar la peroxidación e lípidos e incluso atacar y romper al ADN.
Se demuestra que el hierro acelera el estrés oxidativo, indicando que los hombres acumulan hierro casi linealmente desde la pubertad, al contrario de las mujeres que están protegidas hasta la menopausia, sin embargo no existe un mecanismo para eliminar el exceso de hierro.
Las vitaminas antioxidantes, E y C, ayudan a terminar la peroxidación en cadena de lípidos.

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El olfato y sus receptores historia de un nobel

J Mullol, I Miret. “El olfato y sus receptores historia de un nobel”. Acta Otorrinolaringol. 2004, Vol.55 p.452-456.

El olfato junto a otros sentidos vela por nosotros dando a nuestro cerebro la información necesaria para movernos en el mundo que nos rodea. El olfato es el sentido más primitivo y el primero en aparecer en la escala evolutiva, tras aparecer en los peces el olfato se separa anatómicamente del gusto en los anfibios, hace 400 millones de años.
Las plantas utilizan el olor para atraer insectos, los insectos como las hormigas reconocen y se orientan por el olor y los mosquitos seleccionan a sus presas también por el olor.los machos de algunas mariposas perciben el olor de las hembras a kilómetros, y otros animales utilizan el olfato para reconocer lugares, localizar presas o incluso a sus depredadores.
Las principales causas de pérdida del olfato son el resfriado, inflamación de la mucosa, traumatismos craneofaciales, tabaquismo y enfermedades neurodegenerativas.
La historia del nobel
Linda Buck y Richard Axel observaron que el ARN obtenido del epitelio olfativo de rata contenía una gran familia de genes entre 70 y 200, después secuenciaron las proteínas de estos genes , obteniendo una serie de proteínas con 7 dominios transmembranales. Estas proteínas tenían una estructura 7-transmebrana y la activación de estas producía una cascada de eventos desde la activación de proteínas g generando un aumento en AMPc y así activar a neuronas olfativas. Recibiendo el premio nobel de medicina o fisiología en 2004.

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Los sistemas del gusto y del olfato

Macías J. “Los sistemas del gusto y del olfato”. Ingeniería Neurosensorial. p.1-28

Olfato y gusto son parte de sistema sensorial químico, permiten la interpretación de olores y sabores, determinan la supervivencia diaria de muchas especies.
Desarrollar un olfato artificial es fundamental, para que permita detectar y cuantificar olores de forma analítica y con precisión al igual que un sentido del gusto.

Olores son mezcla de multitud de moléculas, la relación es entre estructura molecular y olor
Los más olorosos son sustancias con estructuras en anillo con electrones no localizados, estructuras “aromáticas”.
Tiene una estimulación exclusiva a través de moléculas olorosas, que llegan a un epitelio olfativo que tiene una capa mucosa con neuronas olfativas ciliadas.
En los cilios comienza la transducción, moléculas olorosas se “acoplan” a proteínas receptoras tipo G, que activa a la adenilato ciclasa catalizando la formación de AMPc, logrando una apertura en canales de Na+, despolarizando la membrana, llevándose una amplificación de la señal.
A grandes rasgos podemos distinguir entre dos tipos de información, las que van a zonas superiores de procesamiento olfativo y aquellas que van a estructuras límbicas, las primeras relacionadas con el reconocimiento consciente de olores y la segunda con las respuestas subconscientes a olores y la relación con emociones.
El epitelio olfativo no tiene zonas definidas para un cierto tipo de molécula olorosa.
Si un glomérulo recibe la información de células que poseen un cierto receptor entonces el glomérulo situado en la misma posición en el bulbo del otro lado también recibirá la misma información. Localizando en los distintos animales la posición especifica conservada.
El gusto.
La lengua es el principal órgano gustativo del cuerpo humano, recu8bierto por papilas de cuatro tipos: fungiformes, circunvaladas, foliadas, y filiformes.
Las patologías del gusto y el olfato se clasifican en tres:
Anosmia, se pierde la capacidad de detectar sabores u olores, hiposmiala capacidad de detectar olores o sabores de un tipo se ve afectada, y trastornos de la percepción donde se perciben olores o sabores que no existen en realidad.
Sin embargo no has trabajos que permitan un tratamiento a estas patologías.
El olfato artificial.
Definición:
Una nariz electrónica es un instrumento que consiste en un conjunto de sensores electroquímicos con una especificidad parcial y un sistema adecuado de reconocimiento de patrones, capaz de reconocer olores simples o complejos.
Nada antes de 1920. En 1920 se postularon primeras teorías y a mediados de los 60 aparecen sensores de conductividad.
Una nariz electrónica es un sistema que consiste en: un suministro de la muestra o material oloroso, una cámara con un arreglo de sensores, un sistema de procesamiento de las señales, un sistema conversor A/D, un sistema de análisis y un sistema de visualización de resultados.
Las aplicaciones para la nariz electrónica son varias, automoción, salud, control de entorno, sector farmacéutico, perfumería, seguridad y aplicaciones similares.
Gusto artificial
La lengua artificial es un instrumento analítico que reproduce de forma artificial la sensación del sabor. Constan de un muestreador, un conjunto de sensores químicos un instrumento para adquirir la señal, y el software para procesar la información. Funciona similar a la nariz electrónica, pero le medio de detección es liquido.