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Experimento: Oxígeno y Spikes - Backyard Brains
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Experimento: Oxígeno y Spikes

Antecedentes

Recordemos un experimento anterior,donde hablamos acerca de la energía que las neuronas necesitan para continuar generando espigas, y específicamente acerca de la energía necesaria para hacer funcionar la bomba de sodio-potasio. Esta energía es proporcionada por la adenosina trifosfato (ATP), que se generada en mayormente a partir los alimentos que consumes. Sin embargo, el alimento es sólo una de las cosas que tu cuerpo necesita para mantenerse con vida. ¿Qué cosa es invisible, insípida, sin forma, pero sin embargo fundamental para la vida?

Exp10 oxygen.jpg

¡El oxígeno! El oxígeno es un "oxidante", lo que significa que es ávido de electrones. El oxígeno elemental, puro, gaseoso es tan ávido de electrones que era un veneno para la mayoría de los seres vivos de la Tierra miles de millones de años atrás. De hecho, los únicos elementos más hambrientos de electrones son el flúor y el cloro, ambos muy venenosos en su forma elemental gaseosa. Una vez que las formas de vida evolucionaron para aprovechar la naturaleza oxidante de oxígeno, las criaturas aeróbicas (que respiran oxígeno) comenzaron a colonizar la Tierra.

Todos los animales, incluyendo insectos, peces, pájaros, perros, y tú mismo, necesitan oxígeno además de alimento para generar suficiente ATP para seguir con vida. Pero, ¿cómo? ¿Y por qué? Es hora de un poco de bioquímica. Por ejemplo, aquí te mostramos cómo el cuerpo descompone la glucosa del azúcar:

Exp10 metabolism.jpg

Esta compleja reacción química tiene docenas de pasos estrictamente controlados que se clasifican en tres vías diferentes, empezando por 1) la glucólisis (la descomposición del azúcar de 6 carbonos a piruvato (de 3 carbonos)); 2) El ciclo Krebs (o del ácido cítrico) que genera moléculas ricas en electrones, con nombres divertidos como NADH y FADH; y finalmente 3) la vía de la fosforilación oxidativa donde los electrones del NADH y FADH se transfieren a través de múltiples moléculas (con nombres aún más divertidos, como la coenzima Q y el complejo IV) antes de llegar al aceptor final de electrones, el oxígeno. El oxígeno se convierte en H2O (agua) en el proceso.

Como estos electrones (que comenzaron con el NADH y FADH) se mueven a través de propietarios sucesivos (como la coenzima Q, el complejo IV, y el oxígeno) en la vía de la fosforilación oxidativa, el movimiento crea energía que se utiliza para generar un exceso de iones de hidrógeno (protones) fuera del membrana de la mitocondria de la célula. La mitocondria es el organelo celular donde ocurre la vía de fosforilación oxidativa. El desequilibrio iónico, como podrías suponer, se utiliza para alimentar una enzima muy especial, la ATP sintasa. Los iones de hidrógeno en exceso viajan de vuelta hacia la mitocondria a través de la ATP sintasa, lo que hace que la sintasa "rote", y esto genera el trabajo que convierte, a través de química de proteínas, el ADP en ATP.

Exp10 ATPsynthase NEW.jpg

Volvamos a pensar en nuestra humilde amiga, la cucaracha, y su pata donada. . Si bien la pata “desconectada” tiene suficiente alimento almacenado en su interior para sobrevivir como máximo un par de días, la pata no tiene suficiente oxígeno para sobrevivir por ese tiempo. Por ejemplo, ¿cuánto tiempo puedes estar sin comer? ¿Y sin respirar?

Veamos si podemos investigar la dependencia de oxígeno de las espigas en la preparación de una pata de cucaracha. Hay dos maneras para poder hacerlo:

A. La Forma Difícil Coloca la pata y el SpikerBox en un contenedor con flujo de aire positivo. Compra un tanque de oxígeno y un tanque de argón (normalmente se utiliza como gas inerte), unos reguladores, un poco de tubería, y conecta los tanques de tal manera de poder disminuir poco a poco el porcentaje de oxígeno en el contenedor para ver el efecto sobre la actividad de las espigas en la pata.

Exp10 HardWay.jpg

B. La Forma Fácil Ya que la pata de la cucaracha obtiene todo su oxígeno a través de la herida abierta (descubrimos esto cuando visitamos a nuestro amigo microscopista electrónico), es posible privarla de oxígeno simplemente revistiendo la pata con vaselina.

Exp10 Easyway1.jpg

Vamos a centrarnos en el camino más fácil. Aquí hay un video que describe el experimento:


Procedimientos

Para este experimento necesitas:

  1. Dos patas de cucarachas
  2. Dos electrodos de registro
  3. Un SpikerBox (aunque este experimento sería más fácil con dos)
  4. Vaselina
  5. Mondadientes
  6. Cronómetro

Y las instrucciones:

  1. Procede a anestesiar una cucaracha en agua con hielo, cortado dos patas, y conecta cada pata a tu SpikerBox como lo hiciste en el Experimento 1 para comprobar si se pueden escuchar espigas. Ten en cuenta que no necesitas dos SpikerBox para hacer este experimento, simplemente puedes intercambiar los electrodos de una pata a la otra.
  2. Recubre una pata (la "pata experimental") con vaselina usando un mondadientes, y comienza a cronometrar.
  3. Cada 10-15 minutos, manipula ambas patas (experimental y control) tocando las púas con un mondadientes para ver si puedes generar espigas.
  4. Después de un tiempo, la pata experimental debiera dejar de espigar. (si la pata experimental no deja de espigar, no pusiste suficiente vaselina en la pata para sellarla correctamente) Anota el tiempo al que esto ocurre.
  5. Con una servilleta o toalla de papel, retira cuidadosamente la vaselina. Reinicia el cronómetro. Cada 10-15 minutos, toca las púas de ambas patas para tratar de provocar espigas. Eventualmente debieran reaparecer. ) Anota el tiempo al que esto ocurre. Comprueba si el control sigue generando espigas.
  6. Repite los pasos 2-5, por todo el tiempo posible Y por el tiempo que la pata siga generando espigas. Nota: ¿Por qué es tan importante monitorear el control?
  7. Repetir el experimento en un par de patas más para ver si puedes encontrar un "tiempo promedio para hacer desaparecer las espigas" y un "tiempo promedio para hacerlas reaparecer". Estos tiempos, ¿Son diferentes o iguales? ¿Por qué? Utiliza la siguiente tabla como guía.
Exp10 spiketable.jpg

Algunas preguntas de discusión:

1) Es fácil entender por qué las espigas eventualmente desaparecen al privar a la pata de oxígeno, pero ¿por qué las espigas reaparecen? ¿Cuánto tiempo puede permanecer la pata recubierta con vaselina antes de que las espigas desaparezcan de forma permanente?

2) Probablemente ya te has dado cuenta que la pata eventualmente muere por desecación. ¿Hay alguna manera de mantener la pierna húmeda y al mismo tiempo permitir el paso de oxígeno? ¿Existe algún material permeable al aire, pero no al agua?

Esta página fue modificada por última vez el 26 jun 2012, a las 00:21.