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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Esto es para comer madera

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Un nuevo procedimiento permite convertir la incomestible celulosa en rico almidón

Para mí, uno de los hechos más fascinantes descubiertos por la ciencia de la bioquímica es que diferentes modos de unión química entre las moléculas, y modificaciones mínimas en algunas de ellas, producen materiales con propiedades radicalmente diferentes. Un ejemplo de lo que quiero decir lo encontramos en las moléculas de almidón y glucógeno, por un lado, y de celulosa y de quitina, por el otro.

El almidón y el glucógeno, componentes muy importantes de los alimentos que ingerimos, están formados por la unión de miles de moléculas de glucosa, el azúcar más común. La diferencia entre los dos es simplemente la frecuencia con la que, del tronco inicial formado por la unión lineal de miles de moléculas de glucosa, surgen ramificaciones que permiten unir más moléculas. Digamos, para visualizarlo, que el almidón y el glucógeno son “árboles” formados por glucosa que solo se diferencian en la distinta frondosidad de sus ramas.

La manera en que las moléculas de glucosa se unen para formar glucógeno o almidón involucra a un determinado tipo de enlace que se produce cuando la glucosa se encuentra en una forma concreta. Resulta que la glucosa puede adquirir dos conformaciones diferentes en el espacio, que colocan al átomo de oxígeno que participa en el enlace por arriba o por debajo de un plano. Es una situación similar a que nosotros, para dar la mano a alguien, la extendiéramos por debajo o por arriba del plano de los hombros. Sin duda dar la mano resulta más cómodo manteniéndola por debajo de los hombros, que es como normalmente la mantenemos para saludar. Pero sería posible darse un apretón de manos levantándolas por encima de los hombros, aunque sería más incómodo.

DOS CONFORMACIONES

Y bien, para unirse entre sí, las moléculas de glucosa “se dan la mano” en dos conformaciones diferentes. En una de ellas, el átomo involucrado en el enlace se sitúa por encima de un plano; en la otra, por debajo. Cuando las moléculas se unen en la primera conformación, se genera almidón o glucógeno, que podemos digerir; cuando se unen en la segunda, se genera celulosa, que no es digerible por nuestro sistema digestivo. La celulosa es un material muy diferente del almidón, muy resistente, insoluble, que las plantas utilizan como material de soporte. Una pequeña modificación química de la celulosa, que añade a las moléculas de glucosa un átomo de nitrógeno unido a los átomos que forman el vinagre, la convierte en quitina, la cual forma la coraza de los insectos y crustáceos, tan asquerosos los unos como sabrosos los otros. Lo sorprendente es que todos esos materiales están formados principalmente por moléculas de glucosa (o un derivado) unidos de dos formas diferentes.

La glucosa es, como sabemos, la principal fuente de energía en forma de carbohidrato. Las neuronas, por ejemplo, obtienen su energía casi exclusivamente de la glucosa y, por ello, podemos decir que el trasporte de glucosa desde la sangre al cerebro es fundamental para el mantenimiento de la civilización. La cantidad de glucosa que las plantas generan cada año en forma de celulosa se estima en unas ciento ochenta mil millones de toneladas. Evidentemente, toda esa glucosa no puede ser aprovechada para la alimentación, pero, ¿podríamos hacer algo para transformar la celulosa en almidón? Conseguir esta transformación supondría dar un paso importante para, si no eliminar, al menos reducir el hambre en el mundo y, al mismo tiempo, generar materia prima para la fabricación de biocombustible.

DULCE BIOQUÍMICA

Un grupo de investigadores chinos y estadounidenses abordan esta cuestión y han diseñado una manera de transformar celulosa en almidón que, por el momento, no es demasiado eficaz, pero que puede mejorar mucho en el futuro. La idea básica consiste en lo siguiente: Utilizando técnicas de biología molecular, los investigadores introducen una serie de genes en la bacteria Escherichia coli, vieja conocida de los laboratorios de todo el mundo. Uno de estos genes produce un enzima capaz de disgregar a la celulosa y romperla en fragmentos de dos moléculas de glucosa, fragmentos que, no obstante, siguen siendo indigeribles.

Otro de los genes produce un enzima que es capaz ahora de separar esas dos moléculas de glucosa en moléculas individuales. Finalmente, esas moléculas de glucosa individuales pueden ser utilizadas por un tercer enzima, que las une ahora de la forma adecuada para formar almidón. Extractos de estas bacterias son capaces de transformar celulosa en almidón. Estos estudios han sido publicados en la revista Proceedings (PNAS) de la academia de ciencias estadounidense.

Aunque el procedimiento funciona, por el momento resulta muy caro. Costaría un millón de dólares convertir 200 kilos de celulosa en 20 kilos de almidón, lo que solo cubriría las necesidades energéticas de una persona por 80 días. Resulta más barato ir a comer a un buen restaurante. Sin embargo, los investigadores creen que cuando el procedimiento se mejore, el precio podría bajar hasta los 50 céntimos de dólar por persona y día.

Estas interesantes propuestas podrían, en efecto, ayudar a combatir el hambre en el mundo. No obstante, el hambre podría también eliminarse mediante una política racional y global de control de la natalidad, que conduciría a aumentar la riqueza de todos, disminuiría la presión que el ser humano ejerce sobre el medio ambiente y su influencia sobre el cambio climático y, probablemente, aumentaría también el nivel global de felicidad de las personas.

OBRAS DE JORGE LABORDA.

Una Luna, una civilización. Por qué la Luna nos dice que estamos solos en el Universo

One Moon one civilization why the Moon tells us we are alone in the universe

Adenio Fidelio

El embudo de la inteligencia y otros ensayos


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