La vida y la ciencia básica en los premios 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

Es evidente que la vida y los seres vivos generan una gran curiosidad. Y esta curiosidad se refleja cada año en los premios Nobel. La edición de este año no será una excepción, dos de los tres premios de la ciencia tienen que ver con la fisiología.

Por un lado, a través del Premio Nobel de Medicina o Fisiología, han querido homenajear a aquellos que investigaron el funcionamiento del olfato. En este trabajo se ha analizado la comunicación entre nariz y cerebro, lo que significa que los investigadores han tenido que analizar la coordinación entre sistemas muy diversos. El sistema nasal está basado en el funcionamiento de los receptores, en definitiva, de las proteínas. Es decir, es una investigación de moléculas. Por el contrario, para entender el sistema cerebral, han tenido que analizar la organización de todo el órgano para saber cómo fijamos los olores en la memoria.

Por otro lado, a través de la Novela de Química, se premiará una investigación de amplio campo. En el estudio se explicó cómo se produce la degradación controlada de las proteínas. Y la investigación es amplia porque todas las proteínas intracelulares se degradan a través de este proceso.

Para satisfacer las necesidades de la célula se necesitan unas proteínas, no cualquier proteína, sino una proteína concreta en cada caso. Cuando esta necesidad de célula está saturada, las proteínas sobran y hay que eliminarlas, pero sólo las que sobran. Esta eliminación selectiva es un proceso muy importante dentro de la célula, ya que si las proteínas no se eliminan correctamente, siguen trabajando cuando no son necesarias. Por eso, la Fundación Nobel quiere premiar a los que investigaron todo esto.

Pero los premios Nobel de este año no premiarán sólo a la vida. En el ámbito de la física, han recordado la investigación básica de la ciencia. Quizá no tenga sentido preguntarse para qué sirve esta investigación. No todas las investigaciones tienen aplicación directa. ¿Para qué son? Simplemente para saberlo. Y no es poco. Para tranquilizar a los amantes de las aplicaciones, se puede decir que dentro de cincuenta años pueden buscar algún uso. Pero si eso no ocurre, merece la pena premiar. Saber siempre es beneficioso.

De hecho, los ganadores del premio Nobel de Física de este año analizaron la fuerza nuclear violenta desde un punto de vista teórico. Esta fuerza tiene mayor influencia en el quarke, es decir, en las partículas elementales de la materia. ¿Para qué sirve investigar? Pues simplemente para recibir el premio Nobel.

Premio Nobel de Química: degradación de proteínas

Por estudiar el ciclo de la ubiquitina en degradación controlada de proteínas

La célula continúa sintetizando y eliminando proteínas y estos dos procesos se producen a gran velocidad. Son procesos muy controlados: la célula sintetiza sólo las proteínas necesarias y elimina sólo aquellas que no las necesitan. La síntesis de proteínas suscitó gran interés en los bioquímicos desde el principio, pero la eliminación de proteínas no fue estudiada por muchos. El premio Nobel de Química de este año será concedido a quienes descubrieron cómo se produce la eliminación.

La eliminación de proteínas se produce a través de un ciclo molecular. Esta molécula es también una proteína de pequeño tamaño que puede ser marina para cualquier otra proteína: la ubiquitina. Y es el truco que utiliza la célula para marcar las proteínas a eliminar: cualquier proteína que tenga la ubiquitina adherida reducirá la célula.

Para ello introduce la proteosoma en una estructura denominada proteosoma. El proteosoma es una estructura compuesta por muchas otras proteínas, dentro de la cual se dan dos procesos: por un lado, la célula reduce la proteína marcada y por otro, recupera la ubiquitina adherida. La célula recupera la ubiquitina para su reutilización como marcador. De esta forma se cierra el ciclo.

El funcionamiento de este ciclo es fundamental para la célula. Hay que tener en cuenta que mediante la degradación de la proteína se obtienen aminoácidos que pueden ser utilizados en otros procesos. Por tanto, la célula también recicla aminoácidos.

En definitiva, el funcionamiento de la célula es una cadena de ciclos. Por ejemplo, si falla la producción y eliminación de proteínas, el equilibrio puede romperse y pueden aparecer enfermedades graves. En algunos casos también se ha producido cáncer por problemas en el ciclo de la ubiquitina.

Premio Nobel de Física: el mundo de los quarks más cerca

Por proponer la teoría de la libertad asintótica de la fuerza nuclear violenta

No es cualquier destreza el trabajo realizado por los tres investigadores. El jurado ha señalado que ha sido fundamental para entender una de las fuerzas más importantes de la naturaleza: la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza mantiene la convergencia de los quarks en partículas subatómicas y no estaba claro por qué no se alejan.

Los quarks son partículas elementales de la materia, constituidos por cualquier objeto de la naturaleza, así como protones dentro del núcleo. A pesar de su abundancia, resultaba difícil comprender la interacción entre quarks. En los años 70 David Gross, David Politzer y Frank Wilcz dieron una explicación teórica a este problema: los quarks se quedan encerrados en espacios diminutos porque la fuerza que les une no les permite alejarse.

Según los cálculos matemáticos de los tres investigadores, a medida que aumenta la distancia entre quarks, la interacción entre ellos también se hace evidente. En un principio parecía una contradicción, ya que era de esperar que la interacción en pequeñas distancias fuera más fácil, pero los investigadores galardonados señalaron que lo contrario: cuanto más se acerque, más libres son los quarks. Por tanto, en casos muy cercanos la interacción es prácticamente inapreciable, se comportan como si fueran libres.

Por ello, el fenómeno se denominó "libertad asintótica" y ha supuesto un paso muy importante para el proyecto más antiguo de la física: unificar todo tipo de fuerzas de la naturaleza en un único sistema de ecuaciones. Cinco son las fuerzas básicas de la naturaleza: eléctrica, magnética, gravitacional y débil y violenta fuerza nuclear. Cada uno de ellos influye en un determinado nivel de materia. Si se lograse unificar todas las fuerzas y expresarlas con un único sistema de ecuaciones, podríamos entender la naturaleza con un lenguaje más simple.

Lo más evidente para nosotros es la gravedad. Los planetas y las propias galaxias se mueven por esa fuerza y, cómo no, por los objetos macroscópicos de nuestro entorno. Pero el resto de fuerzas se distinguen en los niveles más básicos de la materia. Por ejemplo, la fuerza eléctrica interviene en la interacción entre los electrones y los protones dentro del átomo, por lo que canaliza las reacciones entre los átomos y las moléculas.

Las investigaciones premiadas este año con la Novela han analizado las fuerzas que se manifiestan en niveles aún más reducidos, y han sido necesarias en este proyecto de unificación de todo tipo de fuerzas naturales.

Novela médica por iluminar el camino en el laberinto del olfato

Por trabajos de investigación sobre receptores olfativos y organización del sistema olfativo

A pesar de haber realizado muchos estudios previos sobre el olfato, todavía no sabían cómo distinguimos y recordamos 10.000 olores. Axel y Buck han trabajado en ello y han visto que una familia de genes de alrededor de mil genes codifica otros tantos tipos de receptores olfativos. Además, han descubierto que las células que contienen estos receptores se encuentran en la parte superior del epitelio nasal y que son las que detectan las moléculas olorosas inhaladas.

Cada célula olfativa tiene un único tipo de receptor de olor y cada receptor sólo puede detectar ciertas sustancias olorosas. Por tanto, las células olfativas son específicas para unos pocos olores. Una vez detectado el olor, las señales nerviosas son enviadas a microzonas concretas, glomerulares. Estos glomerulos se encuentran en el bulbo olfativo del cerebro, que es el núcleo principal asociado al olfato.

De los glomérulos, la información se extrae a otros lugares del cerebro, donde se recoge la información de diferentes receptores olfativos y se genera un modelo. Esto nos permite recordar el olor de una flor aromada en primavera en cualquier otra época.

Modelo de cada olor

Conocer cuál es el mecanismo del sistema olfativo es el coste de muchos años de trabajo. Richard Axel y Linda Buck publicaron conjuntamente en su investigación básica la familia de genes que codifica los receptores olfativos. Año 1991. Desde entonces, cada uno ha trabajado por su cuenta en investigaciones paralelas y han resuelto varios misterios del olfato, tanto a nivel molecular como en la organización celular.

El sistema olfativo es el primer sentido iluminado mediante técnicas moleculares. Estas técnicas han demostrado que cada receptor olfativo activado por una molécula olorosa activa activa una proteína G en el cerebro. La proteína G genera una molécula mensajera cAMP que abre los canales de iones de las células cerebrales. Por tanto, la célula se activa.

Los receptores olfativos son proteínas, todas similares, pero con detalles que los diferencian. Esto explica por qué se activan unas con moléculas olorosas y otras con otras. Cada receptor está formado por una cadena de aminoácidos que se compone de siete ‘puntadas’ a la membrana celular. De este modo, forma un bolsillo en el que entra la molécula olorosa. Cuando esto ocurre, el aspecto del receptor cambia, por lo que se activa la proteína G.