Category Archives: Química

Nobel 2011: Immunitat, l’expansió de l’Univers i quasicristalls

El desembre és un mes de tradicions. Sobretot cap a finals de mes, però les primeres setmanes no en són òrfenes del tot. Per exemple, a Suècia, tenen el costum d’organitzar una reunió per entregar els premis més prestigiosos de la ciència: els Nobel en Medicina o Fisiologia, Física i Química.

La medalla dels Nobel (Font: Wikimedia Commons)

Dissabte passat a la tarda —en una cerimònia que es va allargar des de quarts de cinc fins a les sis— Bruce Beutler, Jules Hoffmann, Saul Perlmutter, Brian Schmidt, Adam Riess i Dan Shechtman van rebre les medalles que els acrediten com a guardonats i van fer els discursos d’acceptació del premi. Aquest any, però, un element va afegir morbo a la cerimònia: es va entregar el premi de manera pòstuma a Ralph Steinman, que va morir sense saber que havia rebut el reconeixement d’un Nobel. De moment, però, centrem-nos en els premis.

Com s’engeguen les nostres defenses?

El 3 d’octubre, l’Assamblea Nobel de l’Institut Karolinska d’Estocolm va fer públic que els guardonats de 2011 en Medicina o Fisiologia eren Bruce Beutler i Jules Hoffmann, pels seus descobriments sobre l’activació de la immunitat innata, i Ralph Steinman, pel descobriment de les cèl·lules dendrítiques i el paper que juguen en la immunitat adaptativa.

Beutler, Hoffmann i Steinman, guanyadors del Nobel en Medicina o Fisiologia 2011

El sistema immunitari és el conjunt de cèl·lules i molècules que actuen com a mecanisme de protecció de l’organisme davant l’atac de microorganismes infecciosos. Tot i això, una activació errònia d’aquest sistema de defensa també pot provocar reaccions d’autoimmunitat —és a dir, l’atac contra el propi cos (com passa en la diabetis mellitus tipus 1 o la malaltia de Crohn)— o reaccions excessives com les que es donen en les al·lèrgies.

L’atac del sistema immunitari contra els agents infecciosos es descompon en dues fases: en primer lloc, actua la immunitat innata i, després, entra en acció la immunitat adaptativa. Les dues respostes són complementàries, però la segona afegeix un nou nivell de complexitat a les defenses del cos i és una innovació  evolutiva que es troba només en els vertebrats (i no en tots).

Quan es produeix una infecció, la resposta del cos es produeix en dues onades successives, cadascuna amb unes característiques concretes

La immunitat innata és la primera línia de defensa, encarregada d’aturar la invasió tan aviat com es detecta l’entrada de patògens. Apareix en pràcticament qualsevol tipus d’animals. De fet, Beuttler i Hoffmann han rebut el premi perquè van descobrir els mecanismes que activen aquesta primera fase de la defensa en animals molt diferents. Els treballs de Hoffmann, publicats el 1996, van identificar en Drosophila el receptor Toll, una peça essencial per a l’activació de les defenses de la petita mosca. Dos anys més tard, Beuttler localitzava en ratolins els parents de Toll en els mamífers, els Toll-like receptors (o TLR), amb una funció idèntica. Aquestes proteïnes es troben a la membrana de les cèl·lules responsables de la immunitat innata. Quan localitzen una molècula estranya al cos provinent d’algun microorganisme aliè, s’hi uneixen i desencadenen la primera gran reacció per aturar la infecció: la inflamació.

Un receptor Toll-like

Així doncs, en certa manera, els receptors Toll són les barreres que les patrulles de l’exèrcit del nostre cos utilitzen per controlar les fronteres.

La immunitat adaptativa és la segona gran línia de defensa dels vertebrats. Permet a l’organisme fer net de la infecció, a més de dotar-lo de memòria per enfrontar-se més ràpidament i fàcil a futures invasions de patògens ja coneguts. Steinman va descobrir el 1973 les cèl·lules dendrítiques, responsables de l’activació de tota la cascada de reaccions pròpia d’aquesta resposta secundària. Són aquestes cèl·lules les que presenten als limfòcits T els elements localitzats en l’etapa anterior amb els receptor Toll-like. Això provoca l’activació i multiplicació dels limfòcits, que acaba conduint a la producció d’anticossos i l’aparició de la memòria. El procés depèn de determinats senyals generats durant l’etapa innata que les cèl·lules dendrítiques detecten.

Una cèl·lula dendrítica (i limfòcits)

Per tant, les cèl·lules dendrítiques són els soldats que —enviats des de les fronteres— informen i aporten proves que s’ha produit una invasió, per tal que l’exèrcit es mobilitzi per eliminar l’enemic.

El premi a Steinman ha estat, de fet, un dels grans punts d’interés dels Nobel d’aquest any, ja que es tracta del primer guardonat pòstum des dels anys 70, quan es van modificar les bases del premi. L’anunci del premi es va produir un dilluns, i el científic canadenc havia mort el divendres anterior per culpa d’un càncer de pàncrees (que justament s’estava tractant amb una teràpia experimental basada en les “seves” cèl·lules dendrítiques). La Fundació Nobel, però, va acordar mantenir l’honor del premiat tot i la seva mort: aquest fet no es va saber fins després de produir-se l’anunci del premi, i es va considerar que aquesta situació encaixa amb la norma que permet guardonar algú que mor entre la comunicació de la decisió i l’entrega del premi. Així ho explicava un web canadenc, país d’origen d’Steinman.

→ Us aconsello fer un cop d’ull a aquest article de El País per completar la informació.

Cap a on va l’Univers?

El 4 d’octubre, la Reial Acadèmia de Ciències sueca va decidir concedir el Nobel en Física a Saul Perlmutter, Brian Schmidt i Adam Riess pel seu descobriment de l’expansió accelerada de l’Univers a través de l’observació de supernoves distants.

Perlmutter, Schmidt i Riess, guardonats amb el Nobel en Física 2011

El 1998, el món (bé, sobretot, el món dels cosmòlegs i astrofísics) va quedar sorprès davant de l’anunci que l’Univers no només s’estava expandint, sinó que ho feia de manera accelerada, cada cop més ràpida. Aquesta idea anava contra el que es podia esperar, ja que la lògica feia pensar que l’Univers s’havia d’expandir cada cop més lentament després de l’impuls inicial del Big Bang. Així, s’hauria arribat a un punt d’equilibri i, potser —per acció de l’atracció gravitatòria— l’Univers hauria començat a contraure’s fins a quedar concentrat novament en un punt, l’anomenat Big Crunch.

Els resultats, tot i que sorprenents, van quedar confirmats pel fet que la descoberta la van fer paral·lalment dos equips d’investigadors. El grup liderat per Perlmutter (el Supernova Cosmology Project) treballava en l’anàlisi de supernoves distants des de 1988, mentre que l’equip de Schmidt (el High-z Supernova Search Team), on es va integrar Riess, s’hi havia posat el 1994. El Huffington Post recollia així el premi a aquests dos equips, un americà i l’altre australià.

El punt brillant de baix a l'esquerra és la supernova de tipus 1a 1994D, fotografiada pel Hubble prop de la galàxia NGC 4526 (Font: Wikimedia Commons)

Una supernova (aquí teniu la completíssima entrada en anglès) és una explosió estel·lar que emet una gran quantitat de llum. Aquest fet convertia les supernoves en unes eines molt útils per estudiar la geometria de l’Univers, ja que fins i tot aquelles que es troben molt lluny (als límits propers al perímetre del cosmos) es poden arribar a veure per la seva enorme lluminositat. Tots dos grups van començar a treballar amb les supernoves de tipus 1a, que tenen una brillantor característica i molt semblant per a totes. En aquests estudis, es van trobar que la llum que en captaven era menor de l’esperada.

L'univers està en expansió accelerada (Font: http://bit.ly/hO4npc)

Això només podia voler dir que, de fet, aquestes supernoves eren a una distància més gran que la que es pensava i, per tant, que l’Univers premia l’accelerador en el seu creixement.

L’explicació del perquè d’aquest fenòmen és, encara avui, desconeguda. El que queda clar és que hi ha d’haver alguna força que impulsi l’Univers a continuar creixent, i a fer-ho cada cop més ràpid fins a arribar (en teoria) a un cosmos on tot serà tan lluny de qualsevol altra cosa que serà del tot gelat. Aquesta força, avui per avui, l’anomenem energia fosca. No sabem què la forma. No sabem com actua. Però sabem que és el motor de l’acceleració de l’Univers. No només això, sinó que aquesta energia fosca representa —per increïble que pugui semblar— el 73% de tot el que hi ha a l’Univers. Pel que fa a la resta de components, el 23% de l’espai és matèria fosca (que es pensa que inclou els forats negres, entre altres) i només el 4% (!) és matèria normal (o, dit correctíssimament, bariònica) com la de la pantalla on llegiu aquest post.

→ Aquest vídeo penjat a Microsiervos pot ser un bon complement per entendre el fenòmen de l’expansió accelerada, què és la matèria fosca i que Einstein es va equivocar (o no) amb la seva cosntant cosmològica. És en anglès, i els subtítols en portuguès, però deixa veure.

I la matèria… és com ens pensem?

El 5 d’octubre, era novament la Reial Acadèmia de Ciències de Suècia l’encarregada d’anunciar que el Nobel en Química corresponia a l’israelià Dan Schechtman pel descobriment dels quasicristalls.

Dan Schectman, Nobel 2011 en Química

El reconeixement li arriba a Schechtman 30 anys després de descobrir aquesta nova estructura de la matèria en analitzar al microscopi electrònic un nou al·liatge d’alumini i manganès. En general, els sòlids estan formats per cristalls, disposicions ordenades i —això és el més important— periòdiques (repetides idènticament en les tres dimensions) dels àtoms que els formen. Els quasicristalls també són estructures ordenades però, en canvi, no es repeteixen periòdicament: observant-ne una còpia desplaçada respecte a l’original no hi veurem mai una coincidència exacta.

El premi arriba trenta anys després que es veiessin per primer cop aquestes noves ordenacions atòmiques, observant al microscopi electrònic els patrons de difracció de raigs X de l’al·liatge que esmentàvem. Tan rares són aquestes estructures que, en teoria, no podien existir: qualsevol cristall havia de tenir la propietat de la simetria translacional, i els quasicristalls es sortien de la norma.

Els patrons de difracció d'un cristall i d'un quasicristall. En el primer, la imatge és idèntica sigui quin sigui el punt que prenem de referència; en el segon, el patró és ordenat però no idèntic per a qualsevol punt que usem com a centre (Fonts: http://bit.ly/vG766K i Wikimedia Commons)

La incredulitat de la comunitat investigadora va fer que Schectmans’hagués de sentir dir el nom del porc científicament (i no em refereixo a Sus scrofa domestica ;-)) i que fos expulsat del grup de recerca on treballava. Finalment, però, dos anys després de les primeres observacions i amb el suport d’altres científics, va aconseguir publicar el seu descobriment. I, de fet, ben aviat va trobar un suport afegit per a la nova estructura de la matèria que havia identificat, provinent d’un camp del tot inesperat: l’estudi dels mosaics.

Més concretament, es va poder aprofitar del mosaics aperiòdics. Justament com els quasicristalls, aquestes estructures es caracteritzen per la aperiodicitat (ja ho diu el nom). Aquests tipus de mosaics, tot i que estudiats a fons molt més tard, ja es poden trobar a l’Alhambra, on apareixen amb profusió per les limitacions a la representació de la figura humana que l’Islam imposa als creients. El físic i matemàtic Roger Penrose havia descobert poc abans de la troballa de Schectman que aquests dibuixos es podien obtenir amb la senzilla combinació de només dos tipus de llosetes: un rombe gras i un rombe prim. Quan altres investigadors es van plantejar què passaria si en cada intersecció del mosaic s’hi situés un àtom, la resposta va ser que s’obtenia un patró idèntic al dels quasicristalls.

Els mosaics aperiòdics de Penrose i de l'Alhambra (Font: Wikimedia Commons)

Amb els anys, s’ha rehabilitat la figura del descobridor dels quasicristalls. No només això, sinó que fins i tot s’ha acabat modificant la definició dels cristalls per incloure-hi aquelles organitzacions ordenades però no periòdiques. A més a més, l’anàlisi posterior de tots dos ha fet que els mosaics aperiòdics hagin conduït a un més bon coneixement dels quasicristalls. En tots dos, moltes de les relacions entre els seus elements s’expliquen gràcies al número auri (Φ).

Per les seves propietats úniques, els materials amb estructura qusicristal·lina —majoritàriament sintètics, però ja se n’han trobat de naturals a Rússia— s’estan començant a utilitzar com a materials d’alta resistència mecànica (és el cas de determinats tipus d’acer), com a aïllants tèrmics per a millorar l’eficiència dels motors o com a recobriments superficials antiadherents (molt útils, per exemple, en les paelles).

→ Aquest article de Público fa un bon resum del perquè del premi, a més de valorar la idoneïtat del Nobel en aquest moment, ja que potser hauria estat més adequat als anys 80.

 

El web dels Nobel (www.nobelprize.org) és la millor i més completa font d’informació per a posts com aquest. És ideal per perdre-s’hi unes quantes hores veient com expliquen aquells descobriments que han merescut un honor com el Nobel, en qualsevol dels seus camps: ho podeu veure amb la Medicina, la Física o la Química. Moltes de les imatges d’aquest post també vénen d’allà mateix, excepte aquelles on s’indica el contrari.

Sé que m’ha sortit un post llarg, però és que havia deixat acumular massa feina. Això sí, tant si us resulta curt com llarg, us convido a comentar-lo aquí sota mateix.

Anuncis

1 comentari

Filed under Física, Medicina, Notícies, Química

VdM – Poders del 10

Ja em disculpareu la traducció lliure del títol, però la veritat és que aquest em sembla més suggerent que no pas el més correcte de Potències de 10.

El que podeu veure en aquest post, avui que recupero la secció Vídeo del Mes (que, com vaig profetitzar, es convertirà aviat en Vídeo del Semestre), és un petit clàssic de la divulgació. Es tracta d’un curtmetratge documental de 1977, pensat i fet per dos dissenyadors nord-americans (Bernice “Ray” Eames i el seu marit Charles Eames), i narrat per Philip Morrison, professor emèrit de Física del Massachusetts Institute of Technology (més conegut com MIT o “em-ai-ti”, si sou molt anglòfils).

L’origen de la pel·lícula és un llibre il·lustrat de 1957, Cosmic View (“Visió còsmica”), de l’holandès Kees Boeke. Boeke va ser un educador que va crear aquest projecte en col·laboració amb els alumnes de l’escola que ell mateix va fundar a Bilthoven. Tenia la idea de mostrar que la Terra es troba immersa en un Univers inabastable, però després es va adonar que també podia mostrar les meravelles que es troben a una escala infinitament petita, al nostre interior. L’obra original completa es pot trobar a la pàgina de Mitchell Charity, i hi he arribat gràcies a aquesta entrada que Microsiervos va dedicar al llibre i les seves diverses derivades.

Tres etapes de referència als viatges per les potències de 10 que ens proposen Cosmic View i Powers of Ten: el nucli atòmic, la visió familiar d'una persona i la immensitat de l'Univers

El que més m’agrada del llibre i del documental dels Eames, i que sobretot aquest últim reflecteix particularment bé, és la idea de la continuïtat entre el més microscòpic (del que encara no ho sabem tot) i el més macroscòpic (del que tampoc ho sabem tot) dels móns.

Gràcies al vídeo (tot i alguns mínims errors que podeu trobar a l’entrada a la Wiki), fem un viatge a través de 40 (!) ordres de magnitud: la diferència d’augment entre els extrems és de 10.000 sexilions (una paraula que no he pogut confirmar si existeix). O dit d’una altra manera, la diferència és de

10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

de vegades. Passem, com es veu, dels 10^-16 m (0,000001 ångstroms) del nucli atòmic als 10^24 m (100 milions d’anys llum), proper al límit de la vastitud de l’Univers que podem veure.

Tot plegat són xifres que maregen, però que queden perfectament ben lligades gràcies a l’escala humana, que coneixem perfectament bé.

Espero que en gaudiu, que al·lucineu amb com en som alhora de grans i de petits i, sobretot, que no us talleu per comentar qualsevol cosa que us cridi l’atenció de tot plegat!

Via el Tumblr de Josep Maria Ganyet (@ganyet)

Deixa un comentari

Filed under Astronomia, General, Química, Vídeo del Mes (VdM), Visions

La NASA ens canvia la Vida

Aquest 2 de desembre de 2010 serà recordat com el dia en què ha caigut un dogma de la Biologia.

La revista Science (permeteu-me que em salti el clàssic adjectiu “prestigiosa”) publica al número d’aquesta setmana un article que suposa una revolució per a la bioquímica. Investigadors de la NASA ho han anunciat aquesta tarda en una conferència de premsa a la seu de l’agència espacial. Podeu veure més detalls del comunicat oficial de l’organisme en aquest enllaç.

La seva recerca suposa un canvi de paradigma pel que fa al que sempre havíem pensat sobre la vida. Fins ara, tots (i ho remarco, TOTS) els éssers vius que coneixem presenten els mateixos components bàsics: carboni (C), hidrogen (H), oxigen (O), nitrogen (N), sofre (S) i fósfor (P). Doncs bé, l’equip dirigit per Felisa Wolfe-Simon ha identificat un bacteri que no necessita el fósfor per a sobreviure, sinó que el pot substituir per arsènic (As).

El llac Mono, a Califòrnia. (Matt Frederick, Wikimedia)

El plantejament de base de l’equip que ha fet la descoberta era justament aquest: intentem identificar alguna forma de vida que suposi una excepció a la regla, que pugui funcionar d’una manera diferent a com ho fa tota la resta d’éssers vius. El lloc ideal per anar a buscar aquest ésser era el llac Mono, que es troba a l’est de l’estat de Califòrnia. Aquest llac presenta un ambient molt bàsic, i recull grans quantitats d’arsènic de les muntanyes del voltant. L’alta disponibilitat d’aquest element en lloc del fósfor va fer pensar als científics que potser alguns dels seus éssers vius  podien utilitzar-lo com a susbstitut.

Una molècula de DNA. Els fosfats del seu "esquelet" apareixen en color crema (P) i vermell (O)

Un cop recollides les mostres in situ, van introduir-les en un medi de cultiu que reproduïa les condicions del llac al laboratori. Hi havia, doncs, riquesa d’arsènic i disponibilitat de tot tipus de nutrients. Excepte un: el fósfor. Van comprovar llavors que en aquest ambient hostil per a qualsevol altre organisme, alguna cosa hi podia crèixer. Una anàlisi més a fons va permetre comprovar que realment la soca GFAJ-1 (així s’anomena el bacteri en qüestió, de la família Halomonadaceae) absorbia l’arsènic del medi. A més, gràcies al marcatge radioactiu d’aquest element, es va veure que s’associava al DNA genòmic. Allà, l’arsènic hi feia la mateixa funció que el fósfor: actuava com una peça essencial de l'”esquelet” de la doble hèlix del DNA, com es veu a la figura.

La raó per la qual aquesta substitució és possible és senzilla: l’arsènic i el fósfor són dos àtoms molt semblants. De fet, formen part del mateix grup (la mateixa columna) de la taula periòdica, fet que ens indica que comparteixen moltes característiques. Són d’una mida força semblant, de manera que poden ser difícils de distingir per part de les cèl·lules. Aquesta semblança també explica perquè l’arsènic resulta tòxic per a la majoria d’organismes.

P i As comparteixen grup a la taula periòdica, juntament amb nitrogen (N), antimoni (Sb) i bismut (Bi)

Perquè tot i que en el cas del proteobacteri GFAJ-1 la substitució dels fosfats del DNA no en suposa la mort, l’ocupació per part de l’As d’aquesta posició suposa debilitar l’estructura de la molècula, fent-la mes fràgil (tal i com ha explicat aquest vespre el químic orgànic Steve Benner). I ja us podeu imaginar que un DNA fràgil no contribueix precisament a garantir la supervivència del seu hoste…

Aquesta fragilitat, però, s’ha comprovat en temperatures pròpies del nostre planeta. Aquesta delicadesa probablement es reduiria a temperatures molt inferiors, com les que es poden trobar a Tità, el satèl·lit de Saturn les característiques del qual han fet pensar sovint en la possibilitat que pugui allotjar vida.

I així s’explica també que aquesta recerca s’hagi dut a terme a la secció d’Astrobiologia de la NASA, dedicada a intentar localitzar pistes de l’existència de vida extraterrestre. Tot i que investigacions com la que avui us porto estiguin aparentment desconnectades d’aquest objectiu, cal tenir en compte que el primer pas per saber si hi ha vida “allà fora” és entendre a fons la vida “aquí dins”. Això inclou, per exemple, entendre’n l’origen, però també identificar possibles variants del que avui coneixem com a vida. Entre altres conseqüències,  la possibilitat que el DNA (i altres molècules com l’ATP, responsable de l’emmagatzematge d’energia) es basi en l’arsènic ja es comença a considerar un element a tenir en compte a les escales d’habitabilitat que la NASA desenvolupa (com detallava aquesta tarda Pamela Conrad).

 

Una micrografia de la soca GFAJ-1

  • Aquí hi trobareu l’article original a Science (només per a ordinadors amb accés).
  • Nature també ha publicat ja la notícia (i aquí teniu la seva traducció al castellà a Ciencia Kanija), on detalla més el conjunt de proves que han dut els investigadors a pensar que realment som davant d’una autèntica novetat.
  • Us deixo també l’article del Pepquímic, que ha començat la feina abans i tot que acabés la conferència de premsa, que es podia seguir en streaming.
  • I aquí teniu les visions de dos del blogs de la secció de Ciència de l’Ara: Centpeus i Laetoli (actualització).

I com que cal ser justos, donem crèdit a en José Manuel Goig (@jmgoig a Twitter) per avisar-nos de la conferència, i a en Javier del Campo (@fonamental) per posar-me sobre la pista de quin seria l’anunci concret que s’hi faria.

El proteobacteri GFAJ-1 és, ja us ho podeu ben creure, un element que esmicola bona part del que consideràvem segur, i que obre la porta a una redefinició—si més no parcial—de la VIDA.

9 comentaris

Filed under Astronomia, Biologia, Notícies, Química, Recerca

El liti, una pista a seguir

O més ben dit, la manca de liti pot ser la que es converteixi en un indici molt fiable d’estrelles que tenen planetes orbitant al seu voltant. Recordareu que fa unes setmanes ja havíem parlat dels esforços que s’estan fent per localitzar planetes extrasolars potencialment habitables. Fa uns quants dies, es va donar un nou pas en aquesta direcció.

Formació d'una estrella. La pols al seu voltant (disc protoplanetari) s'anirà aglomerant per, potser, donar lloc a nous planetes

Fins ara, s’havien utilitzat diversos mètodes per a la identificació d’estrelles amb planetes. Tots ells són indirectes, i aquest cas no n’és una excepció. Bona part d’ells, com aquest cas que tractem avui, es basen en l’espectrografia, l’anàlisi dels espectres d’emissió de lla llum provinent d’aquestes estrelles, i com els planetes poden alterar aquestes lectures. Abans de parlar del liti, en fem un breu repàs. Podeu ampliar la informació al Hazael’s Weblog:

  • Velocitats radials: la presència de planetes, per la seva atracció gravitatòria, pot modificar els moviments de l’estrella fent-la endavant i endarrere respecte de la Terra; això es reflecteix en el canvi en les emissions (desplaçament al blau i al vermell)
  • Astrometria: prèviament a l’anàlisi de les velocitats radials, aquest mètode intenta definir exactament la posició de l’estrella, de manera que els seus moviments siguin més fàcilment detectables
  • Trànsits: es basa en la reducció de la brillantor de l’estrella en passar-li per davant algun planeta
  • Microlents gravitacionals: la presència d’una estrella i d’algun planeta al seu voltant modifica la recepció de la llum d’una segona estrella
  • Pertorbacions gravitacionals dels discs de pols: els planetes poden exercir efectes gravitatoris sobre les partícules dels núvols de pols situats al voltant d’una estrella naixent

Ara, tal i com podem llegir en aquest article d’El País, s’ha comprovat que en estrelles de característiques similars a les del nostre Sol, aquelles amb planetes al seu entorn presenten una menor concentració de liti que les més solitàries. Els científics de l’Institut Astrofísic de Canàries han participat en aquesta recerca des de l’Observatori de Roque de los Muchachos (en una localització privilegiada, com es veu a la foto), on hi ha instal·lat el Gran Telescopio Canarias (GTC), una obra d’enginyeria impressionant amb un mirall de 10,4 metres de diàmetre. En aquest cas, però, l’eina utilitzada per a la recerca ha estat el Telescopio Nazionale Galileo (TNG), ubicat a les Canàries però depenent dels organismes de recerca italians.

L'observatori de Roque de los Muchachos. El GTC és l'edifici de més a l'esquerra

Després d’analitzar unes 500 estrelles semblants al Sol amb l’instrumental (concretament, l’espectrògraf HARPS) d’aquest telescopi, una setantena de les quals amb el privilegi de tenir veïns planetaris, van comprovar que en aquestes darreres la presència de liti arribava només al 10% de les que no presenten planetes. Aquest també és el cas del Sol, evidentment, la escassa quantitat de liti del qual ja s’havia detectat feia temps.

L'estructura del Sol. Els corrents de convecció dels seus materials tenen lloc entre la superfície i el nucli

Tot i aquests avenços, encara no s’ha pogut donar una explicació exacta del perquè del fenomen. Des d’aquest moment, és feina dels teòrics intentar trobar-la. Les primeres hipòtesis que s’han aventurat es basen en l’efecte que l’atracció gravitatòria dels planetes pot exercir sobre els corrents de convecció de l’estrella. Aquests corrents es generen entre la superfície i el nucli per les diferències de temperatura (com passa a la zona del mantell a la Terra). La presència dels planetes podria, per tant, modificar-los d’alguna manera: per exemple, podria fer que s’enfonsessin més cap al nucli. Això permetria que el liti, a major temperatura, fos destruït.

Les teories actuals diuen que les estrelles són grans “centrals” de fusió nuclear, que utilitzen l’hidrogen com a combustible. La fusió dels nuclis d’hidrogen és capaç de generar heli. A partir d’aquí, fusions successives—que només es donen a les altes temperatures de les estrelles—poden donar lloc a tots els elements coneguts (que només representen un 2% de tots els àtoms de l’Univers!). Sembla, però, que d’aquesta manera només es poden generar àtoms pesants, com els de ferro o més que aquests. Els metalls lleugers com el liti, en canvi, s’haurien format en algun moment molt proper al Big Bang i des de llavors no se n’hauria “creat” més. Des d’aquell instant, el liti només pot ser destruit (i amb certa facilitat) dins de les estrelles.

Mineral de liti

Bé, abans d’acabar, parlem una mica del protagonista de la història, no us sembla? El liti (Li) és un metall alcalí lleuger, amb nombre atòmic 3, de color platejat. Es tracta d’un material amb una densitat que no arriba a la meitat de la de l’aigua. Per la seva alta reactivitat (semblant a la del sodi amb el que està emparentat), no apareix lliure, sinó que a la Natura es troba en forma de diversos minerals. No se li coneix cap funció biològica, tot i que s’aplica en tractaments contra la depressió o el trastorn bipolar. A banda d’això, tots el coneixem per la seva aplicació en les bateries de portàtils i telèfons mòbils.

Aquest és l’element que ens pot aportar noves pistes en la recerca de nous móns. Llàstima que n’hi hagi tan poc, sobretot aquí al Sistema Solar.

1 comentari

Filed under Astronomia, Notícies, Química

Premi Nobel de Química’09: La fàbrica de la vida

Un cop més, tal com sembla que és la tendència aquest any, tres han estat els guardonats amb el Nobel de Química. Tots tres, una dona i dos homes, han tingut un paper essencial en l’estudi d’un dels orgànuls cel·lulars més destacats, el ribosoma. Tal com es pot llegir al comunicat oficial de la Fundació Nobel, Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz i Ada E. Yonath han estat distingits pels seus estudis de l’estructura i la funció del ribosoma.

Els tres guardonats. D'esquerra a dreta: Ramakrishnan, Yonath i Boyle

Els tres guardonats. D'esquerra a dreta: Ramakrishnan, Yonath i Steitz

Venkatraman Ramakrishnan (Wiki) va nèixer el 1952 a Chindambaram (Índia). El 1971, va llicenciar-se en Física a la Universitat Maharaja Sayajirao de Baroda. Un cop finalitzada la llicenciatura, va traslladar-se a la Universitat d’Ohio, on va aconseguir el doctorat en Física cinc anys més tard. Després d’aquesta fase, va començar a interessar-se per la Biologia, que va estudiar a San Diego. Fruit d’aquest interès, va iniciar la seva recerca sobre els ribosomes a la Universitat de Yale, una tasca que encara continua actualment al Laboratori de Biologia Molecular de Cambridge (Anglaterra). També s’ha interessat per les histones i la cromatina.

Thomas Steitz (Wiki) va nèixer a Wisconsin l’agost de 1940. Tota la seva educació va tenir lloc al mateix estat, on va obtenir la llicenciatura a la Universitat Lawrence. El 1966, ja a la Universitat de Harvard, va doctorar-se en Bioquímica i Biologia Molecular. Després d’un temps a Cambridge i Göttingen (Alemanya), des del 1986 està vinculat a la Universitat de Yale com a investigador i professor al Howard Hugues Medical Institute.

Ada Yonath (Wiki) és nascuda el 1939 a Jerusalem. El 1962 va llicenciar-se en Química a la Universitat Hebrea de Jerusalem. Sis anys més tard, va assolir el grau de doctora a l’Institut de Ciència Weitzmann, amb una tesi centrada en la cristal·lografia de raigs X. Després de diverses estades a centres nord-americans (Carnegie Mellon, MIT i Chicago) i alemanys (Instituts Max Planck de Berlín i Hamburg), va tornar al Weitzmann, entitat a la qual encara continua vinculada.

Els ribosomes—com aquest que podeu veure a sota—són una peça essencial per a la química de la vida. Evidentment, qualsevol dels orgànuls de les cèl·lules tenen una funció primordial per al seu funcionament, i tota alteració resulta perjudicial. El ribosoma (els milers de ribosomes de cada cèl·lula), però, juga un paper especialment important: la seva funció és la de “construir” totes les proteïnes cel·lulars. Com sabeu, les proteïnes són un dels quatre tipus bàsics de molècules orgàniques de tot organisme viu, juntament amb glúcids (sucres), lípids (greixos) i àcids nucleics (ADN i el menys conegut ARN). Estan implicades en tot tipus de processos i funcions del cos, però citarem només un parell d’exemples de la seva tasca: 1) els músculs es flexionen i estenen gràcies a l’actina i la miosina que els formen, 2) els enzims, la maquinària responsable de totes les reaccions químiques cel·lulars, són un tipus específic de proteïna.

Representació idealitzada d'un ribosoma en plena activitat

Representació idealitzada d'un ribosoma en plena activitat

El paper dels ribosomes en aquesta síntesi de les proteïnes és el de TRADUIR les instruccions escrites a l’ADN cel·lular. És a dir, tornant a l’analogia que representa l’ADN com l’alfabet en què està escrit el “llibre de la vida”, els ribosomes són un traductor a un llenguatge que permet a les cèl·lules utilitzar aquestes instruccions. Per tal de fer-ho, però, cal passar per un estadi intermedi: l’ARN, més concretament l’ARN missatger (o mRNA). AIxí doncs, el que ocorre és el següent:

  1. Al nucli cel·lular, l’ADN d’un gen concret es transcriu a mRNA, gràcies a l’acció d’un enzim específic (RNA polimerasa II).
  2. L’mRNA abandona el nucli i es desplaça cap al citoplasma. Allà hi ha multitud de ribosomes, tant sencers (i actius) com separats en les seves dues subunitats.
  3. La subunitat petita del ribosoma “atrapa” l’mRNA i recluta una subunitat gran. Així es forma un ribosoma complet actiu.
  4. La traducció per part del ribosoma es fa corrent sobre la seqüència de mRNA: cada codó—grup de 3 lletres de l’mRNA—suposa l’entrada d’un aminoàcid de la proteïna (seguint el codi genètic universal), aportat per una molècula d’ARN de transferència (o tRNA).

Per tal de poder complir aquesta funció, els ribosomes són estructures complexíssimes. La seva composició és lleugerament diferent en procariotes (els bacteris) i eucariotes (pràcticament la resta d’éssers vius, inclosos nosaltres), però les seves semblances ens permeten assegurar que tenen un origen evolutiu comú per a tots dos grups. Tots dos tipus es componen de les dues subunitats que hem mencionat, i també en tots dos casos hi apareixen tant proteïnes com ARN ribosòmic (o rRNA). Com a demostració de la complexitat d’aquest orgànul, esmentarem només els components que trobem en els eucariotes: la subunitat petita es compon d’una sola molècula de rRNA i al voltant de 32 proteïnes; la subunitat gran està formada per tres molècules de rRNA i unes 49 proteïnes (el nombre de components proteics encara no es coneix amb seguretat). Trobareu més informació dels ribosomes i els processos en què participen aquí, aquí i també aquí.

La cursa per a desxifrar aquesta laberint tan embolicat la va iniciar Ada Yonath a finals dels anys 70. Va ser en aquell moment quan es va fixar l’objectiu de reconstruir l’estructura del ribosoma emprant la tècnica que va dominar durant la seva tesi doctoral: la cristal·lografia de raigs X. Es tracta d’una eina habitual en la descripció de les estructures biològiques, ja que pemet fer un “mapa” de cadascun dels àtoms d’una molècula. La seva importància ja va ser reconeguda pels Nobel l’any 1962, en què es va premiar la descripció de l’estructura de l’ADN aconseguida el 1954 amb aquesta mateixa tècnica. El seu fonament és la difracció (o desviament) que pateixen els raigs X en impactar contra una cristall. En el cas de la biologia, aquests cristalls es construeixen al voltant de la molècula que es vol analitzar; un feix de raigs X travessa llavors el cristall i s’escindeix. El patró resultant es recull amb un sensor CCD (el recordeu, del Nobel de Física?) i, de la seva interpretació, en resulta la localització dels àtoms de la molècula cristal·litzada. Podeu trobar més informació d’aquesta tècnica a la Wiki (amb un amplíssim article en anglès) i en aquesta pàgina especialitzada.

La idea de Yonath va ser considerada gairebé una bogeria en aquell moment, donada l’enorme complexitat del ribosoma. Tot i això, va aconseguir crear alguns cristalls de gran qualitat, que incloïen la subunitat petita del ribosoma d’un bacteri que sobreviu a altes temperatures (el que la feia molt més estable). Després d’aquests primers passos, diversos científics van orientar també els seus esforços a aquest objectiu; Ramakrishnan i Steitz van fer aportacions fonamentals per assolir-lo. Vint anys després de la idea original, el 1998, Steitz va aconseguir la primera estructura de la subunitat gran. Un parell d’anys més tard, ell mateix va publicar l’estructura més refinada de la subunitat gran del ribosoma del bacteri Haloarcula marismortui, mentre Yonath i Ramakrishnan mostraven al detall la subunitat petita de Thermus thermophilus. La tasca d’aquest darrer va permetre, a més, entendre el mecanisme ribosomal per no cometre errors a l’hora de sintetitzar proteïnes (equivalents a les mutacions de l’ADN). I aquest és el resultat de tots aquest esforços:

L'estructura detallada d'un ribosoma: la subunitat gran apareix en blau, la subunitat petita en groc. Les "boletes" són les proteïnes, mentre que els "bastonets" són molècules de rRNA

Estructura detallada d'un ribosoma: en blau, la subunitat gran; en groc, la subunitat petita. Les "boletes" són les proteïnes, mentre que els "bastonets" són molècules de rRNA

A més del que heu llegit, podeu complementar la informació sobre els ribosomes i la tasca de tots els investigadors implicats en esbrinar-ne l’estructura en aquest enllaç. A banda de la importància per a entendre el funcionament de la síntesi de les proteïnes, i totes les implicacions que té en el metabolisme cel·lular, aquesta recerca pot ajudar-nos també en la medicina. Concretament, els ribosomes són una diana essencial per als tractaments antibiòtics contra els bacteris: com és lògic, si es troben fàrmacs capaços de bloquejar un procès tan bàsic com aquest, els bacteris afectats tindran problemes seriosos per sobreviure.

I això és tot pel que fa al Nobel de Química. Com ja sabeu, podeu adreçar els precs i preguntes que us quedin als comentaris del peu de l’entrada. La sèrie dels Nobel no ha acabat encara, però ja queda poc: ja sabem els noms de tots els guanyadors, i en podrem fer doncs una valoració.

PS: Aquí teniu la notícia tal i com va aparèixer a El País, VilaWeb i l’israelià Globes (he estat incapaç de trobar-la al diari més famós d’allà, el Ha’aretz).

Deixa un comentari

Filed under Biologia, Notícies, Química

Una imatge mai vista

Una molècula de pentacé, vista al microscopi de forces atòmiques. Font: ElPaís

Estimats lectors, us presento la molècula de pentacè. Destaca, entre altres motius, per la seva regularitat, la seva simetria, el seu aspecte format per 5 anells perfectament alineats. A banda, però, i això és el més important, és la primera imatge d’una molècula que tenim veritablement a la nostra disposició, a la qual li podem veure absolutament tot… és a dir, tots els seus àtoms un per un.

La notícia la publicava fa un parell de dies El País, fent-se ressò dels resultats obtinguts per un equip d’investigadors del centre que IBM té a Zuric i publicats a Science. La imatge que encapçala el post es va obtenir gràcies a un microscopi de forces atòmiques, utilitzant-lo en condicions de buit molt elevat i temperatures baixíssimes per tal de reduir tant com fos possible la mobilitat de les molècules. L’ús d’aquesta tecnologia permet—a grans trets—veure les mostres amb una resolució de l’ordre de dècimes de nanòmetre. Això és unes 10.000 vegades més que la resolució que ens ofereix el microscopi òptic tradicional, que ens permet diferenciar punts separats una micra (una mil·lèsima de mil·límetre).

L’AFM (Atomic Force Microscope) no és de fet una eina òptica, si no òpticomecànica. El seu funcionament (que podeu veure explicat més a fons a la Wikipedia o a NanoScience Instruments) es basa en una “agulla” finíssima, la punta de la qual és de fet una única molècula. Aquesta agulla es fa passar molt a prop (infinitament a prop) de les molècules analitzades, de manera que les interaccions entre els àtoms de la mostra i els del cap de l’agulla provoquen lleugeres vibracions d’aquesta. Aquestes vibracions es registren i, amb les eines informàtiques pertinents, es transformen en una imatge en relleu de la molècula. Perquè ens entenguem, l’agulla és com els dits d’una persona cega resseguint les lletres en Braille que són cadascun dels àtoms.

Per acabar, us deixo un vídeo d’IBM on s’explica molt clarament tot el procés. Fixeu-vos sobretot en la comparació que fan entre les seves imatges i els models moleculars que estem acostumats a veure:

PS: Si teniu la base suficient en aquest camp i disposeu de subscripció a la revista, podeu consultar l’article de Science en aquest enllaç.

1 comentari

Filed under Notícies, Química, Recerca