Trabajo sobre la optigenetica, relacionado a la Biofísica

1. Curso: Biofísica
Docente: Cortez Gutiérrez Hernán Oscar
Semestre: 2022 - A
Ciclo: II
Alumna: Elera Ríos Karen Alejandrina
Tema: Optogenética
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
ESCUELA PROFESIONAL DE ENFERMERÍA

2. Optogenética: Controlar el cerebro con luz
• ¿Te imaginas controlar el cerebro con luz? La Optogenética nos está permitiendo el
control discreto de circuitos neuronales específicos. En otras palabras, podemos
encender y apagar funciones en el cerebro con la sola exposición a rayos de luz. Esta
técnica nos trae un enfoque nuevo sobre la intervención de estimulación o inhibición
directa del cerebro. Su especificidad y lo novedoso de su enfoque hacen de esta una
tecnología con muchas promesas para el futuro. La idea de encender y apagar redes
neurales con solo un haz de luz, despierta la imaginación y la esperanza de tratamientos
para padecimientos sobre los que, hoy por hoy, tenemos poca influencia.
Fuente: https://neuro-class.com/optogenetica-controlar-el-cerebro-con-luz/

3. ¿Qué es la Optogenética?
• La Optogenética (OG) es una técnica que utiliza la bioingeniería para insertar información genética de
proteínas sensibles a la luz en las células cerebrales, generando así, cambios genéticos en las neuronas
que las hacen fotosensibles.
• Es decir, estas proteínas se insertan en los grupos de neuronas que conforman los circuitos objetivo,
con el fin de activar o inhibir la activación de estos a través de impulsos lumínicos (Cheng, Aswendt y
Steinberg, 2016).
• Ahora, para conseguir las proteínas de las que se obtendrá la información genética que hará
fotosensibles a las neuronas se utiliza, por ejemplo, la chlamydomonas, un alga común.
• Estas moléculas son implantadas en grupos de neuronas, dándoles la capacidad de procesar los
estímulos lumínicos y convertirlos en potenciales eléctricos. Esto es, son manipuladas genéricamente y
se activan ante estímulos luminosos.
• Y, para implantar a las neuronas se suele utilizar la proteína canalrodopsina (Gartner y Trauner, 2018).
Al proceso de asimilación de esta proteína y modificación genética de las células manipuladas se le
conoce como transfección.
Fuente: https://neuro-class.com/optogenetica-controlar-el-cerebro-con-luz/

4. Aplicaciones de la Optogenética
Esta tecnología puede ser utilizada para el tratamiento de padecimientos tanto
neurológicos como psicológicos o psiquiátricos.
De hecho, en relación a las aplicaciones conductuales, Stefanik y su equipo consiguieron
inhibir la conducta de adicción a la cocaína en ratas de laboratorio (Stefanik et al., 2012).
Como resultado, la técnica no solo se sirve de la transfección genética. Nuestro cuerpo
cuenta con sus propias células fotosensibles, las células de la retina.
Esto es, los conos y bastones, conectados directamente al nervio óptico, son los
encargados de recolectar la información lumínica y convertirla en información eléctrica.
En este sentido, Nirenberg y Pandarinath (2012) consiguieron, activando las células foto-
receptoras oculares, que ratas ciegas recuperasen la visión. Veamos más sobre cómo
controlar el cerebro con luz permite el tratamiento de ciertas patologías.
Fuente: https://neuro-class.com/optogenetica-controlar-el-cerebro-con-luz/

5. • https://www.elsevier.es/es-revista-revista-medicina-e-investigacion-
353-articulo-modelos-experimentales-optogenetica-su-aplicacion-
S221431061500045X

6. • https://ibecbarcelona.eu/wp-
content/uploads/2018/03/vision_farpe.pdf

7. • https://neuro-class.com/optogenetica-controlar-el-cerebro-con-luz/

8. CONVERSIONES: NANOMECANICA DE MOTORES
MOLECULARES
• Nanomecánica de motores moleculares
La mayoría de las enzimas se pueden considerar motores moleculares y en biofísica en primer lugar se considerará la quinesina, la dineína y
la miosina que son motores lineales. Los dos primeros se desplazan a lo largo de los filamentos que son microtúbulos, el tercero se desplaza
por la actina arrastrando macromoléculas o pequeñas vacuolas.
Los motores funcionan clínicamente y los cambios configuracionales principales del ciclo han sido identificados por medio de radiación
sincrotrón. Para expresar las distancias, velocidades, fuerzas y energías que intervienen en estos motores es conveniente utilizar los:
nanómetros (nm = 10-9 m) y piconewtón (pN = 10-12 N)
Además, aunque no sea una unidad estándar del sistema internacional, resulta útil expresar las energías en términos de la energía liberada
por la hidrolisis de una molécula de ATP, que vale aproximadamente (8,2 * 10-20 J), esto es un valor indicativo ya que estrictamente la energía
liberada depende de las concentraciones relativas de ATP, ADP y fosfato inorgánico, y de la distancia al equilibrio. No obstante, como los
motores que consideramos consumen ATP como combustible, es preferible usar esa magnitud como unidad energética metabólica.

9. La imagen muestra el motor molecular
Quinesina caminando por un microtúbulo

10. Ejercicio 1:
La fuerza típica que ejerce un motor de quinesina es de 8 pN, y su velocidad es de 800nm/s
Determinar la potencia: nanómetros (nm = 10-9 m) y piconewtón (pN = 10-12 N)
 TABLA DE CONVERSION:
 LONGITUD: metros
 FUERZA=masa x aceleración =KILOGRAMOS X metros/(seg*seg) = NEWTON
De lo anterior inferimos que:
1 nanómetros = 10-9 m
1 piconewtón = 10-12 N

11. Utilizando la siguiente fórmula:
Donde: P= potencia, F= fuerza , V= velocidad
Potencia = fuerza x velocidad
P= 8 pN x 800 nm/s
P= (8 N x 10−12 ) (800 m/s 𝑥 10−9 )
P= 6400 x 10−21
W
Respuesta: Potencia= 6,4 x 𝟏𝟎−𝟏𝟖
W

12. Ejercicio 2:
La presión venosa es de 16 mmHg determinar su equivalente en
Pascales.
1mmHg=133.32 Pa
Factor de conversión: (133.32 Pa/1mmHg)
16mmHg x (133.32 Pa/1mmHg) = 2,133.12 Pascales

13. Ejercicio 3:
Si 1 ATP equivale a 8.2x10-20 JOULES. Para una Potencia de 6,4 𝑥 10−18𝑊 Calcular el
número de ATP consumidas por segundo.
Usar la fórmula:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
=
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
8,2 𝑥 10−20𝐽/𝑎𝑡𝑝
Verificando:
•
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
=
6,4 𝑥10−18
8,2 𝑥 10−20
•
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
=
6,4 𝑥10−18𝑥1020
8,2
•
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
=
6,4 𝑥102
8,2
=
640
8,2
𝑪𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐
𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐
= 𝟕𝟖 𝒎𝒐𝒍é𝒄𝒖𝒍𝒂𝒔 𝒅𝒆 𝑨𝑻𝑷/𝒔
Recordemos que:
Potencia = Fuerza * Velocidad
Potencia = (8*10−12
𝑁) ∗ (800 ∗ 109
m/s)
Potencia = 6,4 *1018
W
El consumo de ATP por unidad de tiempo en el caso de rendimiento unidad
será:
Consumo / tiempo = (6,4 * 1018
W/8,2 * 1020
𝐽/𝑚ó𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎 ATP)
Consumo / tiempo = 78moléculas ATP/s

14. Ejercicio 4:
La fuerza típica máxima de un motor de miosina-actina de los que se encuentran en los músculos es 5 pN. ¿Cuántos
motores debe tener un músculo que puede levantar, como máximo, un peso de 50 kg?
Recuérdese que un peso de 50 kg corresponde a 50kg * 9,8m𝑠−2
= 500N.
El número de motores del músculo será entonces:
Número de motores = Peso máximo/(Fuerza máxima por motor)
Número de motores 500N/(5*10−12𝑁 por motor)
Número de motores = 1014
Este cálculo ayuda a hacernos una idea de los órdenes de magnitud del número de motores en los
músculos.