La energía en la sociedad: 2ª Evaluación: Inés Arana Bachelis 1A Nª4

viernes, 17 de febrero de 2012

Y el brillo de una medusa... Inés Arana Bachelis

Recientemente (2008), un premio nobel de química fue destinado al científico japonés Osamu Shimomura, descubridor de la particularidad de esta, nuestra medusa Aequorea victoria:

"Green fluorescence protein"

Medusa "Aequorea victoria"

El mecanismo que utiliza nuestra medusa se basa en la fluorescencia, una propiedad de las sustancias para emitir energía en forma de luz cuando son expuestas a la luz o a radiaciones electromagnéticas. La radiaciones absorbidas son transformadas en luz de una longitud de onda mayor a la percibida.

¿Cómo relacionamos este proceso con nuestra medusa?

Imaginemos que la figura redonda es nuestra medusa:

La medusa Aequorea victoria es un organismo bioluminiscente, es decir, es capaz de emitir luz mediante la transformación de energía química procedente de la interacción del ión positivo calcio (Ca+2) con la fotoproteína aecuorina. Esa fluorescencia que emite la medusa torna a color verde (descubriéndose así la proteína GFP, “green fluorescence protein” o proteína fluoróforo) cuando es alcanzada por una luz azul.

Antes de comenzar con la múltiples aplicaciones de esta gen revolucionario , hagamos una pequeña reseña a su descubrimiento:

• Osamu Shimomura: como hemos dicho antes, este científico ganador del premio nobel de química, descubrió la fluorescencia de esta medusa al ser iluminada con luz azul, y dicha proteína “fluoróforo” es la responsable de la capacidad de la medusa de absorber y emitir luz.

"Macacos modificados para expresar GFP junto al gen que produce
la enfermedad de Hungtinton". Se observa claramente como emiten
energía de fluorescencia.

• Martin Chalfie (EEUU): demostró que la proteína del GFP puede ser introducida en otros organismos sin perder la luminiscencia, siendo de gran utilidad utilizar esta proteína como marcador tanto de células individuales como de organismos enteros. La proteína podría introducirse en un organismo junto a un gen extraño, cuando el embrión fuese adulto este gen emitiría energía de fluorescencia permitiendo ver por dónde se ha extendido dicho gen (para ello es necesario iluminar el organismo con una luz ultravioleta).

Derivados de colores de la GFP.

• Roger Y. Tsien (EEUU): con sus estudios, describió como se forma la proteína fluorofóro y contribuyó a la determinación de su estructura tridimensional, con ello consiguió diseñar variantes de la GFP que cubren una gran gama de colores, junto a eso podría haber una gran variedad de marcadores, que se han utilizado, por ejemplo, en el estudio del cerebro.

"Brainbow": parte del cerebro de un ratón.
Gracias a la proteína GFP podemos diferenciar
las neuronas y los axones que las componen.
Sirve para el estudio de la sinapsis .

Cortex cerebral de un ratón. "Es difícil
de creer pero en los cerebros esta parte suele
ser de color gris, dando nombre a la "grey matter"
o materia gris".

Larvas de Drosophila melanogaster.
Expresan la GFP.

Después de toda esta pequeña introducción, nos hemos quedado con ganas de saber cuáles son las aplicaciones de la GFP :
Esta proteína puede servir como biocombustible para aparatos de nanotecnología

El método que se utiliza consiste en licuar esta medusa (aequorea victoria) para obtener así su proteína fluorescente verde (GFP) y crear celdas de biocombustible en miniatura, que generarán pequeñas cantidades de energía.

Riñón humano, expresa el gen.

Estas mini-celdas de biocombustible proporcionan energía suficiente para hacer funcionar los nano-dispositivos microscópicos que pueden trabajar de forma independiente en el interior del cuerpo humano en misiones como revertir la ceguera o combatir tumores, además debido a la luminiscencia que emite resulta mucho más fácil seguir los nano-dispositivos en su recorrido.

Muy ligado a esta aplicación tenemos el láser biológico, es decir, a partir de células vivas (en el caso de los humanos se utilizaron células procedentes del riñón) a las que se incorpora la proteína verde que emite su energía de fluorescencia. Estos láseres "vivos" se insertarían cerca de, por ejemplo, un tumor , destruyendo las células cancerígenas con un daño mínimo para el resto del cuerpo.

Láser biológico que ilumina una proteína verde. La proteína se haya entre dos nanoespejos que aliniarán y concentrarán
los fotones emitidos por la "green fluorescence protein".

Esta proteína ha supuesto un hecho revolucionario en el campo de la medicina y de la genética debido a su energía de fluorescencia, que permite ver procesos que antes eran invisibles, es decir, seguir la expresión de genes dentro de un organismo:

Gato con gen verde (emite energia de fluorescencia)
que desarrolla resistencia contra
el SIDA felino.

Permite ver el desarrollo de las células nerviosas en el cerebro y observar el proceso de desarrollo de un cáncer su extensión por metástasis.
Permite distinguir los movimientos, posiciones e interacciones de las proteínas y así revelar problemas de su mal funcionamiento que deriven en enfermedades. Esto ha sido muy útil a la hora de estudiar enfermedades como el Huntington o el mal de Alzheimer.
La GFP se ha utilizado en muchas aplicaciones médicas como curar la sordera o la primera modificación genética de un primate. (Imagen de los "macacos").

Ratón con cáncer de próstata. La GFP sirve como
marcador biológico.

Una nueva camada de gatos verdes fluorescentes son los primeros en su tipo para crear gatos resistentes contra el virus del Síndrome de Inmunodeficiencia Felino (FIV) conocido también como SIDA Felino, y que también podría dar nuevas pistas para la lucha contra las infecciones de VIH en la gente.

Otras aplicaciones prácticas del gen que podemos tener en cuenta son, por ejemplo, al añadir esta proteína al agua como marcador encontrar la presencia de arsénico, cloro o incluso cromo, buscar agentes biológicos o tóxicos de un ataque terrorista, o cualquier otra cosa que se nos ocurra.
Aquí os dejo un vídeo que es un resumen de todo lo que hemos visto, como por ejemplo, las aplicaciones de la GFP, por qué es un gen revolucionario en el mundo de la biología... etc. Lo más interesante de este vídeo, es que podemos ver como los científicos extraen dicha proteína de las medusas y como la manipulan. La lástima, como en mi anterior entrada, es que hay que saber inglés.

Para finalizar, cabe decir que el descubrimiento del GFP es todavía muy reciente, por ello, aunque se le ha encontrado muchas aplicaciones útiles es posible encontrar más. ¿Me hechas una mano?

Bibliografía:

domingo, 29 de enero de 2012

Azul, ¿dulce o salado?

Azul, ¿dulce o salado?

¿Blanco o negro? ¿Sol o luna? ¿Lleno o vacío? ¿Positivo o negativo? [...]

Los átomos, cuando están separados, no se influyen mutuamente, cuando se aproximan llegan a un punto en el que se produce un enlace entre átomos y éstos desprenden energía. Entonces, ¿qué pasaría si mezclamos el agua dulce de los ríos, con el agua salada de los mares? Se produce energía, concretamente la energía azul.

¿Qué es energía azul?

Como hemos dicho anteriormente, cuando el agua dulce de un río se mezcla con el agua salada del mar, se produce este tipo de energía. La energía azul u osmótica es la energía obtenida por la diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua de río, utilizando para ello la ósmosis con membranas de iones específicos. Para entender el proceso de ósmosis observemos el siguiente dibujo:

En la imagen número uno observamos dos soluciones de agua, una pura (que en el caso del agua de río llamaremos “dulce”) y otra salada separadas por un membrana, como hemos dicho antes de iones específicos.

Si ponemos en contacto, a través de una membrana, agua salada y agua dulce obtendremos un equilibrio entre ambas. El agua que atraviesa la membrana es "empujada" por la presión osmótica del agua salada, teóricamente muy alta, que puede utilizarse para mover una turbina y generar electricidad.
Para invertir el proceso (ósmosis inversa) basta con vencer la fuerza de presión.

El tanque con agua verde corresponde al agua salada ( agua + NaCl ). El tanque con agua azul corresponde al agua dulce.

Ambos tanques se encuentran en el interior de la central. El agua salada de mar entra por el filtro verde. El agua dulce de

río entra por el filtro azul. Los dos tanques se encuentran separados por una membrana. Se produce el proceso de

ósmosis. La energía generada mueve la turbina y genera a su vez electricidad. Dicha electricidad se acumula

y es enviada a la red eléctrica.

Este proceso de ósmosis se denomina más técnicamente “PRO” (Presión Retardada por Ósmosis).

Ha quedado claro qué es la energía azul pero… ¿qué aplicaciones puede tener? ¿Es beneficioso usarla? ¿Puede influir en el medioambiente? Procedamos a analizar esta energía:

Aplicaciones de la energía azul y beneficios.

Prototipo de central osmótica Statkraft (Noruega)

El mundo sigue avanzando, y con él, el ser humano intenta descubrir nuevas fuentes de energía que le permitan satisfacer sus necesidades y a la vez convivir en armonía con el medio ambiente.

Recientemente (27 de febrero de 2009) y tras diez años de investigación, el ser humano por fin ha conseguido controlar un nuevo tipo de energía competitiva y respetable con la naturaleza. Bien, la mayor compañía de energías renovables del mundo (Statkraft) ha abierto en Noruega el primer prototipo de energía osmótica (energía azul) del mundo.

La principal utilidad de la energía azul es conseguir electricidad mediante un proceso denominado ósmosis que no produce CO2 (no se quema combustible) y por ello no perjudica a la atmósfera. La energía osmótica es una fuente de energía limpia, conseguida de manera natural que se puede encontrar en todo punto donde el agua dulce entra en contacto con el mar. No produce ruido (uno de los inconvenientes de la energía eólica, por ejemplo) y podría integrarse en zonas industriales existentes (las plantas de energía azul pueden ser construidas bajo tierra sin afectar el entorno local).

Uno de los puntos fuertes de este tipo de energía es su gran potencial: aproximadamente la mitad de la energía teórica puede ser transformada en energía eléctrica, haciendo de la energía azul una nueva fuente de energía renovable.

Allí donde el agua dulce de un rio se encuentre con el mar,
puede instalarse esta central.

Según estudios comprobados, esta energía tiene un potencial increíble, capaz de proporcionarnos en un futuro el equivalente a 1600 TWh anuales, esto es, la energía que China consumió durante todo el año 2002, y el 50% del consumo de la Unión Europea. Si tomamos como ejemplo la central de energía azul de Noruega, cabe decir que solamente con esta energía se puede cubrir hasta un 10% de las necesidades energéticas de toda Noruega, y si tomamos como ejemplo la central de energía azul de Holanda, es capaz de proporcionar sin problemas, energía para 650.000 hogares.

En resumen, y respondiendo a las dos primeras preguntas que planteo, el respeto por el medio ambiente y el beneficio que produce la energía azul es sorprendente, a través del agua dulce del río en su desembocadura en el mar, ahora podrá ser aprovechada por instalaciones de plantas de energía salina, usando un proceso natural por el cual se generará energía, siempre respetando el entorno, sin impactos medioambientales.

Inconvenientes de la energía azul.

No todo son alabanzas para este tipo de energía, como veremos a continuación también presenta ciertos inconvenientes que es necesario comentar. Sin embargo, ha quedado claro que los beneficios que produce son bastante mayores a los inconvenientes, además, es una energía limpia y renovable y en países con acceso al mar, fácilmente supera al resto de energías… pero bueno, veamos más detalladamente sus inconvenientes:

- El elevado costo de la membrana utilizada en el proceso de ósmosis es un obstáculo considerable.

· Una membrana nueva, barata, basada en un plástico eléctricamente modificado del polietileno, le ha dado una nueva oportunidad a esta energía.

- Desviar el caudal fluvial hacia una planta de energía azul podría alterar rutas de navegación, además se produce un impacto ambiental negativo en la entrada y salida del agua salada sobre el entorno.

· Los posibles impactos negativos sobre el entorno pueden ser compensados por una combinación de los requisitos de flujo del entorno para el rio y la planta de energía azul y un estudio medioambiental sobre el impacto de la entrada y salinidad del agua salada sobre el entorno.

· La gestión del agua asociada al funcionamiento de la planta puede ser diseñada de forma que los biotipos del rio, estuario y océano sean mantenidos en buen estado.

- El principal inconveniente que presenta es que hoy en día solo contemplamos un prototipo de este tipo de energía, habría que esperar hasta por lo menos el 2015 para ver los “auténticos” resultados.

Futuro de la energía azul.

Actualmente las centrales de energía azul son solo un prototipo, como hemos comentado, no conoceremos el verdadero potencial de esta energía hasta 2015-2016. El área clave actualmente es el desarrollo de membranas más eficientes, capaces de producir una cantidad mayor de energía. La empresa Statkraft planea contruir una planta piloto (en el que se comprobaran las nuevas membranas) para construir definitivamente una planta osmótica a gran escala.

Para finalizar con la explicación de la energía azul u osmótica, os dejo un vídeo que explica muy bien el proceso de ósmosis. Es prácticamente un resumen de todo lo que hemos visto hasta ahora. La lástima es que está en ingles, sin embargo se entiende de maravilla: