La vida i la ciència bàsica en els premis Nobel

2004/11/01 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia | Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia | Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Anatomia/Fisiologia
• Medikuntza
• Fisika
• Kimika
• Sariak

És evident que la vida i els éssers vius generen una gran curiositat. I aquesta curiositat es reflecteix cada any en els premis Nobel. L'edició d'enguany no serà una excepció, dues dels tres premis de la ciència tenen a veure amb la fisiologia.

D'una banda, a través del Premi Nobel de Medicina o Fisiologia, han volgut homenatjar a aquells que van investigar el funcionament de l'olfacte. En aquest treball s'ha analitzat la comunicació entre nas i cervell, la qual cosa significa que els investigadors han hagut d'analitzar la coordinació entre sistemes molt diversos. El sistema nasal està basat en el funcionament dels receptors, en definitiva, de les proteïnes. És a dir, és una recerca de molècules. Per contra, per a entendre el sistema cerebral, han hagut d'analitzar l'organització de tot l'òrgan per a saber com fixem les olors en la memòria.

D'altra banda, a través de la Novel·la de Química, es premiarà una recerca d'ampli camp. En l'estudi es va explicar com es produeix la degradació controlada de les proteïnes. I la recerca és àmplia perquè totes les proteïnes intracel·lulars es degraden a través d'aquest procés.

Per a satisfer les necessitats de la cèl·lula es necessiten unes proteïnes, no qualsevol proteïna, sinó una proteïna concreta en cada cas. Quan aquesta necessitat de cèl·lula està saturada, les proteïnes sobren i cal eliminar-les, però només les que sobren. Aquesta eliminació selectiva és un procés molt important dins de la cèl·lula, ja que si les proteïnes no s'eliminen correctament, continuen treballant quan no són necessàries. Per això, la Fundació Nobel vol premiar als que van investigar tot això.

Però els premis Nobel d'enguany no premiaran només a la vida. En l'àmbit de la física, han recordat la recerca bàsica de la ciència. Potser no té sentit preguntar-se per a què serveix aquesta recerca. No totes les recerques tenen aplicació directa. Per a què són? Simplement per a saber-ho. I no és poc. Per a tranquil·litzar als amants de les aplicacions, es pot dir que dins de cinquanta anys poden buscar algun ús. Però si això no ocorre, val la pena premiar. Saber sempre és beneficiós.

De fet, els guanyadors del premi Nobel de Física d'enguany van analitzar la força nuclear violenta des d'un punt de vista teòric. Aquesta força té major influència en el quarke, és a dir, en les partícules elementals de la matèria. Per a què serveix investigar? Doncs simplement per a rebre el premi Nobel.

Premi Nobel de Química: degradació de proteïnes

Per estudiar el cicle de la ubiquitina en degradació controlada de proteïnes

La cèl·lula continua sintetitzant i eliminant proteïnes i aquests dos processos es produeixen a gran velocitat. Són processos molt controlats: la cèl·lula sintetitza només les proteïnes necessàries i elimina només aquelles que no les necessiten. La síntesi de proteïnes va suscitar gran interès en els bioquímicos des del principi, però l'eliminació de proteïnes no va ser estudiada per molts. El premi Nobel de Química d'enguany serà concedit als qui van descobrir com es produeix l'eliminació.

L'eliminació de proteïnes es produeix a través d'un cicle molecular. Aquesta molècula és també una proteïna de petita grandària que pot ser marina per a qualsevol altra proteïna: la ubiquitina. I és el truc que utilitza la cèl·lula per a marcar les proteïnes a eliminar: qualsevol proteïna que tingui la ubiquitina adherida reduirà la cèl·lula.

Per a això introdueix la proteosoma en una estructura denominada proteosoma. El proteosoma és una estructura composta per moltes altres proteïnes, dins de la qual es donen dos processos: d'una banda, la cèl·lula redueix la proteïna marcada i per un altre, recupera la ubiquitina adherida. La cèl·lula recupera la ubiquitina per a la seva reutilització com a marcador. D'aquesta forma es tanca el cicle.

El funcionament d'aquest cicle és fonamental per a la cèl·lula. Cal tenir en compte que mitjançant la degradació de la proteïna s'obtenen aminoàcids que poden ser utilitzats en altres processos. Per tant, la cèl·lula també recicla aminoàcids.

En definitiva, el funcionament de la cèl·lula és una cadena de cicles. Per exemple, si falla la producció i eliminació de proteïnes, l'equilibri pot trencar-se i poden aparèixer malalties greus. En alguns casos també s'ha produït càncer per problemes en el cicle de la ubiquitina.

Premi Nobel de Física: el món dels quarks més a prop

Per proposar la teoria de la llibertat asimptòtica de la força nuclear violenta

No és qualsevol destresa el treball realitzat pels tres investigadors. El jurat ha assenyalat que ha estat fonamental per a entendre una de les forces més importants de la naturalesa: la força nuclear forta. Aquesta força manté la convergència dels quarks en partícules subatòmiques i no era clar per què no s'allunyen.

Els quarks són partícules elementals de la matèria, constituïts per qualsevol objecte de la naturalesa, així com protons dins del nucli. Malgrat la seva abundància, resultava difícil comprendre la interacció entre quarks. En els anys 70 David Gross, David Politzer i Frank Wilcz van donar una explicació teòrica a aquest problema: els quarks es queden tancats en espais diminuts perquè la força que els uneix no els permet allunyar-se.

Segons els càlculs matemàtics dels tres investigadors, a mesura que augmenta la distància entre quarks, la interacció entre ells també es fa evident. Al principi semblava una contradicció, ja que era d'esperar que la interacció en petites distàncies fos més fàcil, però els investigadors guardonats van assenyalar que el contrari: com més s'acosti, més lliures són els quarks. Per tant, en casos molt pròxims la interacció és pràcticament inapreciable, es comporten com si fossin lliures.

Per això, el fenomen es va denominar "llibertat asimptòtica" i ha suposat un pas molt important per al projecte més antic de la física: unificar tot tipus de forces de la naturalesa en un únic sistema d'equacions. Cinc són les forces bàsiques de la naturalesa: elèctrica, magnètica, gravitacional i feble i violenta força nuclear. Cadascun d'ells influeix en un determinat nivell de matèria. Si s'aconseguís unificar totes les forces i expressar-les amb un únic sistema d'equacions, podríem entendre la naturalesa amb un llenguatge més simple.

El més evident per a nosaltres és la gravetat. Els planetes i les pròpies galàxies es mouen per aquesta força i, com no, pels objectes macroscòpics del nostre entorn. Però la resta de forces es distingeixen en els nivells més bàsics de la matèria. Per exemple, la força elèctrica intervé en la interacció entre els electrons i els protons dins de l'àtom, per la qual cosa canalitza les reaccions entre els àtoms i les molècules.

Les recerques premiades enguany amb la Novel·la han analitzat les forces que es manifesten en nivells encara més reduïts, i han estat necessàries en aquest projecte d'unificació de tota mena de forces naturals.

Novel·la mèdica per il·luminar el camí en el laberint de l'olfacte

Per treballs de recerca sobre receptors olfactoris i organització del sistema olfactori

Malgrat haver realitzat molts estudis previs sobre l'olfacte, encara no sabien com distingim i recordem 10.000 olors. Axel i Buck han treballat en això i han vist que una família de gens d'al voltant de mil gens codifica sengles tipus de receptors olfactoris. A més, han descobert que les cèl·lules que contenen aquests receptors es troben en la part superior de l'epiteli nasal i que són les que detecten les molècules oloroses inhalades.

Cada cèl·lula olfactòria té un únic tipus de receptor d'olor i cada receptor només pot detectar certes substàncies oloroses. Per tant, les cèl·lules olfactòries són específiques per a unes poques olors. Una vegada detectat l'olor, els senyals nerviosos són enviades a microzonas concretes, glomerulars. Aquests glomerulos es troben en el bulb olfactori del cervell, que és el nucli principal associat a l'olfacte.

Dels glomérulos, la informació s'extreu a altres llocs del cervell, on es recull la informació de diferents receptors olfactoris i es genera un model. Això ens permet recordar l'olor d'una flor aromada a la primavera en qualsevol altra època.

Model de cada olor

Conèixer quin és el mecanisme del sistema olfactori és el cost de molts anys de treball. Richard Axel i Linda Buck van publicar conjuntament en la seva recerca bàsica la família de gens que codifica els receptors olfactoris. Any 1991. Des de llavors, cadascun ha treballat pel seu compte en recerques paral·leles i han resolt diversos misteris de l'olfacte, tant a nivell molecular com en l'organització cel·lular.

El sistema olfactori és el primer sentit il·luminat mitjançant tècniques moleculars. Aquestes tècniques han demostrat que cada receptor olfactori activat per una molècula olorosa activa activa una proteïna G en el cervell. La proteïna G genera una molècula missatgera cAMP que obre els canals d'ions de les cèl·lules cerebrals. Per tant, la cèl·lula s'activa.

Els receptors olfactoris són proteïnes, totes similars, però amb detalls que els diferencien. Això explica per què s'activen unes amb molècules oloroses i unes altres amb unes altres. Cada receptor està format per una cadena d'aminoàcids que es compon de set ‘puntadas’ a la membrana cel·lular. D'aquesta manera, forma una butxaca en el qual entra la molècula olorosa. Quan això ocorre, l'aspecte del receptor canvia, per la qual cosa s'activa la proteïna G.