miércoles, 9 de julio de 2008
1. Identificar un candidato a problema importante (para el estudiante) para el cual hay acceso a fuentes de información acerca de teorías propuestas
Desnaturalización de las proteínas
Justificación
Se ha elegido este segmento de la tesis por una serie de motivos de gran importancia:
-El primero de ellos es porque es un tema poco abordado en la tesis y es de suma importancia conocer uno de los procesos mas perjudicial a nivel molecular como lo es la desnaturación de una biomolécula, en este caso Las Proteínas.
-El segundo motivo va directamente ligado al primero y es que se a elegido este tema, como una forma de dar a entender y conocer al curso lo importante de estas biomoleculas y lo fundamental que son para la vida tanto animal como vegetal, constituyendo la base sustancial de la vida .
-Este punto va enlazado con lo medular de este trabajo investigativo, y es que se debió escoger un problema para luego ser desarrollado aplicando una serie de pasos investigativos como la teoría de sistemas, o la aplicación de la observación participante, por lo que el grupo asumió que la desnaturalización podía encajar dentro de los estándares requeridos para dicho trabajo, pues al ser un problema en si debía tener causas y efectos que podrían relacionarse con las variables buscadas en dicha investigación.
-Por fin el último argumento es más bien personal, ya que al ser bioinformáticos nos permite relacionarlo con áreas inherentes a esta disciplina, tales como:
La visualización tridimensional de las proteínas.
La función biológica de las proteínas relacionada con sus estructuras.
La secuenciación y comparación aminoacidica. Entre otros.
¿Cuál es la pregunta central a responder?
¿Cuáles son las principales causas y efectos de la desnaturalización de las proteínas?
4. Identificar las variables implicadas en el mapa cognitivo y los vínculos causales entre ellas.
Desnaturalización de las proteínas.
Pregúntese cuales son las variables que influyen a esta variable; la misma pregunta se aplica a cada respuesta, hasta haber articulado todas las variables estipuladas por las fuentes de información.
Todas las variables importantes deben ser endógenas, es decir, influenciable dentro del modelo. Si el diagrama causal resultante de las fuentes de información parece incompleto, puede añadir más variables.
Debe indicar la polaridad de cada vínculo causal e identificar cada bucle junto con su respectiva polaridad. Sobre este tema, consulte el glosario en línea o el libro de referencia.
Diagrama de bucle causal:
La polaridad (+) significa que ambas variables son directamente proporcionales, es decir, que ambas crecen o decrecen en la misma dirección.
La polaridad (-) significa que ambas variables son inversamente proporcionales, es decir, que mientras una variable crece, la otra decrece.
En tanto que el sentido de las flechas verticales indicas si la variable crece o decrece.
Variable: Desnaturalización Proteica.
Justificación:
Esta es una variable de Control y es la variable de mayor importancia dentro de la investigación, pues, es la base sustancial del problema central de dicha investigación.
También es aquí en la desnaturalización que empieza el bucle causal. Y al ser una variable de control se aprecia que el resto de las variables están directamente relacionadas con ella.
Depende de (lista de variables):
Los agentes desnaturalizantes (temperatura, pH, solventes del tipo apolar)
La proteína que afecta.
Influye a (lista de variables):
La precipitación de la proteína.
Las estructuras de orden superior de la proteína (secundaria, terciaria y cuaternaria si es que la posee)
Descripción de las variables
Variable: Agentes Desnaturalizantes
Justificación:
Esta es una variable de flujo, pues describe el movimiento (incremento o decremento) de la variable de control (la desnaturalización), estos agentes están vinculados con el problema central de la investigación de tal manera que si estos llegasen a faltar no seria posible investigar dicho problema, porque bueno ya no seria un problema. Lógicamente a través del nombre se puede intuir los efectos produce en la variable de control, es por ello que cae dentro de las variables de flujo entrante, en otras palabras son la causa del problema en la investigación.
La concentración y cantidad de ellos mismos.
La proteína que afecten
Influye a (lista de variables):
Las proteínas
Las estructuras de orden mayor.
El poder renaturalizante de la proteína.
Descripción de las variables
Variable: Precipitación.
Justificación:
Esta es una variable de flujo saliente, lo que significa que es el efecto de la desnaturalización, dentro de la investigación se aprecia que esta variable en particular afecta a varias variables auxiliares nombradas posteriormente, pues al ser efecto del problema, produce “ella” efecto en la composición química de la proteína, pues al evidenciar una precipitación proteica se estará creando otras propiedades fisicoquímicas.
El nivel de desnaturalización de la proteína.
La concentración de los agentes desnaturalizantes.
Influye a (lista de variables):
La solubilidad de la proteína
La viscosidad de la proteína
El coeficiente de difusión en la proteína
Descripción de las variables
Variable: Estructura tridimensional
Justificación:
Esta es la otra gran variable de flujo saliente, por tanto es el otro efecto producido por la desnaturalización, esta variable describe dos elementos de suma importancia en la investigación; el primero apunta a la pérdida de la función biológica, que desempeñaba la proteína antes de la desnaturalización, y la inestabilidad funcional después de dicho proceso. El segundo elemento va a depender del nivel de transformación que halla sufrido la estructura tridimensional y la directa relación con la probabilidad de renaturalizarse.
El nivel de desnaturalización de la proteína.
La concentración de los agentes desnaturalizantes.
Influye a (lista de variables):
La pérdida de la función biológica de la proteína.
La probabilidad de renaturalización proteica.
Variables mediadas de acuerdo al incremento de agentes desnaturalizantes en la proteína.
5. Clasificar las variables según su naturaleza (acumulación, flujo, auxiliar) y elaborar el diagrama de acumuladores y flujos.
7. Elaborar un comentario acerca de “lo que comprendemos y lo que no comprendemos”
1- La Teoría de sistemas y series temporales.
Lo que comprendemos:
Comprendemos cuales son los tipos de variables que necesitamos cuando vamos a realizar una investigación cualitativa.
Se entiende que para existir una variable X, debe estar direcatamente relacionada con el tiempo, pues es este el que le da la condición de variable, ya va a variar de acuerdo al transcurso del tiempo.
Se entiende que una variable aleatoria, no se puede predecir en el tiempo pues al tener condición de aleatoriedad va a variar sin tener un patrón regular que se pueda medir concretamente, por lo que en muchas ciencias se ocupa el análisis probabilístico, para calcular una aproximación de esta variable, como por ejemplo en la cantidad de días que va a llover este invierno.
Se entiende que un proceso estacionario no va variar a lo largo del tiempo por ser estadísticamente equilibrado, por lo que no va a poseer tendencias, sino va a conservar cierto patrón repetitivo de algún intervalo de tiempo.
Se entiende que una variable crítica es la variable más importante del sistema, por ser la causante del problema investigado, y donde se reúnen las demás variables. mientras que las variables de flujo describen el crecimiento o decrecimiento de la variable acumuladora.
Lo que no comprendemos:
No se entiende como llevar a cabo un seguimiento o análisis de series temporales, de manera de ejecutar un control de procesos o peor una simulación de estos mismos en una investigación de análisis solo cualitativo.
2- La desnaturalización de las proteínas.
3- La Teoría de sistemas y series temporales relacionadas con la investigación realizada por el grupo.
Lo que comprendemos:
sabemos como aplicar varios de los métodos investigativos presentados en los textos que salían de la bibliografía entregada en clase. Como la investigación participante, entre tantos otros.
Sabemos como aplicar los conceptos claves a la investigación. Lo que ayuda de sobre manera a la organización del trabajo investigativo. Y los principales factores incidentes en el problema a investigar.
Comprendemos que el bucle causal engloba tanto las causas, como los efectos del problema investigado, incluyendo las principales variables que inciden en el tema, haciendo un sistema cerrado de “causas y efectos” provocando un efecto domino en las variable lo que hace mas fácil el detectar la respuesta a la pregunta planteada al comienzo del trabajo investigativo.
Lo que no comprendemos:
no sabemos como implementar el uso de gráficos (variable vs. tiempo) en variables que no se ajustan con la descripción de variables temporales sin que influya una tercera variable en el sistema. Ejemplo de ello es la desnaturalización que si bien se puede medir en el tiempo, solo es posible si interacciona con otra variable como un agente desnaturalizador.
Ejemplo formal:
1- sistema grafico (variable vs. tiempo) pero con una constante aplicación de un agente desnaturalizador, lo que implica en una momento dado (tiempo) que por mas que se aplique el agente, la desnaturalización no será posible ya que toda la proteína será desnaturalizada. Adoptando el gráfico una serie hiperbólica en función del tiempo
2- sistema grafico (variable vs. tiempo) pero con concentración ínfima de un agente desnaturalizador, lo que implica que en un momento dado (tiempo) este agente se termine, produciendo en la proteína una renaturalizacion. Adoptando el sistema una grafica de parábola negativa.
no sabemos como implementar el uso de fórmulas en variables que describen propiedades cualitativas en el sistema. Como el caso de la solubilidad que es solo una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. y no se puede medir cuantitativamente por medio de fórmulas.
8. Diseñar un plan de investigación
Los objetivos deben tener una clara relación con el propósito del estudio y las incógnitas del modelo formulado.
Descubrir analíticamente por medio de investigación bibliográfica y referencial las principales causas del proceso de desnaturalización sufrido a una proteína X.
Descubrir analíticamente por medio de investigación bibliográfica y referencial los principales efectos del proceso de desnaturalización sufrido a una proteína X.
Analizar bibliográficamente el proceso de renaturalización en una proteína y establecer el porque dicho proceso no es factible para todas las proteínas ni para todas las desnaturalizaciones.
Conocer en pleno las principales reacciones de dicho proceso.
Encontrar una serie de variables críticas relacionadas con el tema y que sirvan para orientar la investigación en función del modelo de serie temporales.
Analizar si luego de una renaturalización proteica, se puede crear una nueva función biológica, diferente a la original, y si es que ocurre, comprobar que dicha función puede ser utilizada por el organismo dueño de dicha proteína.
Descubrir por estudios evolutivos si la renaturalizacion tentativa generó en algún momento una función biológica adoptada por alguna forma de vida en el presente.
Analizar referencialmente a que temperatura una proteína alcanza su punto de desnaturalización mínimo.
8.2 Hipótesis
Si su trabajo incluye hipótesis derivadas del modelo, explíquelos aquí. Deberán ser relacionadas con los objetivos
Si a una proteína X se le agregase un agente desnaturalizante entonces, esta macromolécula sufriría una alteración a nivel estructural cambiando su conformación química pasando por estados de alta energía, lo que produciría un cambio sustancial en la función biológica que desempeñaba antes del trabajo.
Si luego de ocurrido el proceso de desnaturalización en una proteína X se le quitasen los agentes desnaturalizantes entonces, el proceso desnaturalizante seria revertido provocando el reestablecimiento de sus estructuras de orden mayor, lo que provocaría por ende la reincorporación de la función biológica de dicha proteína.
Si luego de ocurrida una renaturalización proteica, se obtiene parcialmente su función biológica, entonces es posible que esta función no desempeñe ningún papel en la célula, por lo que la renaturalización fue defectuosa.
Si el proceso de renaturalización es posible en alguna proteína X quien fuera desnaturalizada antes por un agente W, y si lograse parcialmente el proceso de renaturalización, sin embargo, por una pequeña diferencia en su estructura cambiase su función biológica (renaturalizacion tentativa.) entonces, es posible especular que en algún momento de la historia evolutiva de la vida esa función pudo ser mas eficiente que otra preexistente en el organismo de vida Z. por lo que Z adoptó esa nueva función en su organismo.
Si a una proteína X se le somete a una temperatura constante, entonces esta proteína alcanzara su primer punto de desnaturalización a un punto exacto
8.3 Metodología
Para esta investigación se utilizaran técnicas predictivas acerca de lo que ocurrirá con las variables criticas, sin embargo la principal estrategia investigativa será el análisis bibliográfico de libros y e-Books especializados en el tema de la desnaturalización proteica. Esta información ira en ayuda de la investigación a medida que el grupo de trabajo se valla interiorizando con los detalles mas complejos de este tema.
Otra forma de investigación será la interpretación de tablas estadísticas y entrevistas a académicos relacionados con el tema, como los profesores de la escuela de Ingeniería de bioinformática, y los alumnos de cursos superiores.
Para el desarrollo de los objetivos más generales se usaran técnicas de laboratorio para medir la desnaturalización, sin embargo para los objetivos específicos (e) donde se concentra gran parte del tiempo requerido la investigación será de cómo se dijo anteriormente de asimilación predictiva, por no disponer del tiempo real para ejecutar dichas técnicas investigativas.
Otro método será revisar constantemente el software computacional relacionado con el tema como el proteína data bank (PDB) que consiste en una base de datos de millones de proteínas investigadas hasta el momento
8.4 Plan de trabajo
El plan de trabajo consistirá en un análisis comparativo de la mayor cantidad de información bibliográfica y referencial que se pueda recopilar acerca del proceso de desnaturalización proteica. Dicho plan refutará si las hipótesis estaban en lo correcto a distaban en exceso de la realidad. Recordando que los objetivos principales están directamente relacionados con las incógnitas del sistema estudiado, por lo que, entre mayor sea el tiempo de investigación mejor será la aproximación a estas incógnitas y por lo tanto mejor comprensión de la variable critica.
El tiempo estimado para esta investigación tendrá un plazo máximo de un semestre para investigar los principales efectos de la desnaturalización a nivel químico, a que temperatura una proteína alcanza el grado mínimo de desnaturalización, y como meta ultima analizar a través de un muestreo evolutivo si la renaturalización tentativa a lo largo de la historia produjo una nueva función biológica adoptada por alguna especie en particular.
En este plan los miembros del grupo se reunirán 3 veces por semana a discutir las nuevas referencias que cada individuo del grupo haya recopilado, dichos personajes desempeñaran funciones diferentes en la investigación, donde dos de ellos estarán encargados de la información bibliográfica, en tanto otro se encargara del entrevistar a expertos en el tema y registrar la información en una tabla que describa totalmente lo avanzado en cada punto de los objetivos, cabe destacar que las entrevistas serán tanto presenciales como por entrevistas on line, por ultimo el otro integrante del grupo se encargará de desarrollar nuevas estrategias en la predicción de los datos y del análisis de software relacionados con el tema de la proteínas.
10. Analizar y describir las consecuencias que tendrían estos datos (aproximados) para el comportamiento del sistema y la solución del problema
Para comenzar es preciso señalar las principales características de las proteínas, con el fin de contextualizar meramente el proceso bioquímico de la desnaturalización. En primer lugar:
Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. Las proteínas desempeñan un papel fundamental en los seres vivos y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan la enzimática, hormonal, transportadora (hemoglobina), defensiva (anticuerpos), estructural (colágeno), etc. Las proteínas de todo ser vivo están determinadas genéticamente, es decir, la información genética (genes) determinan qué proteínas tendrá un individuo. La estructura de las proteínas es como se organiza una proteína para adquirir cierta forma, esta comprende cuatro niveles de organización, aunque el cuarto no siempre esta presente. Presentan una disposición característica en condiciones ambientales, si se cambian estas condiciones como temperatura, pH, etc. pierde la conformación y su función, proceso el cual se denomina desnaturalización. La función depende de la conformación y ésta viene determinada por la secuencia de aminoácidos. Los niveles de estructuras son estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria. Estructura cuaternaria.
Las propiedades de las proteínas son:
Solubilidad: Se mantiene siempre y cuando los enlaces fuertes y débiles estén presentes. Si se aumenta la temperatura y el pH, se pierde la solubilidad.
Capacidad Electrolítica: Se determina a través de la electrólisis, en la cual si las proteínas se trasladan al polo positivo es porque su radical tiene carga negativa y viceversa.
Especificidad: Cada proteína tiene una función específica que está determinada por su estructura primaria.
Amortiguador de pH: (conocido como efecto tampón) Actúan como amortiguadores de pH debido a su carácter anfótero, es decir, pueden comportarse como ácidos (soltando electrones (e-)) o como bases (tomando electrones).
Ahora empezamos a describir las principales consecuencias del proceso de desnaturalización, Las proteínas pueden desnaturalizarse al perder todas sus estructuras menos la primaria. Al comenzar la desnaturalización la proteína precipita mas allá de su estado de precipitación normal provocando una desestabilización en su estructura tridimensional, alterando sus propiedades físicas:
1. Disminuye el Coeficiente de difusión: ya que al ser sometido a un agente desnaturalizante como el pH o un solvente poco polar altera las fuerzas de van der Waals o interacciones dipolo-dipolo inducido, provocando que las interacciones hidrofobicas entren en contacto con el solvente, lo que genera una alteración en la función biológica, que no se podrá reponer sino hasta la renaturalzación, y eso si es que pasa.
2. Disminuye la solubilidad: Esto provoca que la proteína precipite perdiendo también la función biológica.
La solución para revertir el proceso de desnaturalización es quitar los agentes desnaturalizantes lo que provocará un proceso conocido como renaturalización que consiste básicamente en el reestablecimiento de las estructuras tridimensionales y por ende la función biológica. Existe un problema para la renaturalización y es que puede (en el peor de los casos) generar una estructura tridimensional completamente diferente de la original.
Indicadores de logro del trabajo
Indicadores de logros del trabajo:
- Confirmar en que pH exacto se desnaturaliza una proteína muscular.
- Descubrir a que temperatura se desnaturaliza una proteína muscular.
- Averiguar cual de los 3 agentes desnaturalizantes (pH, Tº y solventes polares) desnaturaliza más rápidamente una proteína muscular.
- De un universo de 50 proteínas musculares, conocer el porcentaje de estas proteínas que se desnaturaliza por completo al someterlas a 0.01 mililitros de acetona.
Estrategias de Intervencion
Estrategias de intervención para indicadores de logro del trabajo.
- Descubrir en que pH exacto se desnaturaliza una proteína estomacal
- Averiguar la tempera exacta en que se desnaturaliza una proteína estomacal.
- Conocer cual de los 3 agentes desnaturalizantes provoca una desnaturalización más rápida en una proteína estomacal.
- De un universo de 50 proteínas estomacales, conocer el porcentaje de estas proteínas que se desnaturaliza por completo al someterlas a 0.01 mililitros de entanol.
Estrategias de intervención para indicadores de logro del grupo.
- Si no se confirma a que pH exacto en que se desnaturaliza una proteína muscular, tendríamos que simular virtualmente la desnaturalización de una proteína muscular por alzas y bajas del pH de esta, así podríamos encontrar cual es o son los pH exactos donde una proteína muscular se desnaturaliza
- Si no logramos encontrar a que temperatura exacta se desnaturaliza una proteína muscular, nuestro plan a seguir seria ir a pedir ayuda a la escuela de Ingeniería en Bioinformática, donde con ayuda del Sr. Mauricio Arenas, podamos simular la desnaturalización de una proteína muscular y así saber a que temperatura ocurre esto.
- Si no descubrimos que agente desnaturaliza mas rápido la proteína, tendríamos que realizar un estudio comparativo entre distintas investigación ya realizadas con proteínas musculares y agentes desnaturalizantes, en donde se muestren los resultados de tiempos de de desnaturalizaciones.
- Si no se descubre el porcentaje de proteínas pepsinas desnaturalizadas, nuevamente se tendría que experimentar en el laboratorio, esta vez se le aplicaría a pequeños trozos de carne unos 5 ml de acetona, a cada trozo por separado, luego que ocurra las reacción es indicadas se observarán las proteínas desnaturalizadas y se obtendrá el porcentaje a través de técnicas matemáticas.
Indicadores de logro del grupo
Indicadores de logros del grupo:
- Se someterá a dos trozos de carne de vacuno, en un principio a un pH neutro, luego cada pH de los distintos trozos de carne variaran, de forma que uno ascienda a un pH básico y el otro disminuya a un pH ácido, en el momento en que se desnaturalicen las proteínas de los trozos de carne se anotará el pH en el que se encontraban y estos serán los pH desnaturalizantes. Todos estos pH serán medidos con el pHmetro.
- Sometemos nuevamente dos trozos de carne a una temperatura de 37º C, luego uno ira subiendo su temperatura hasta 100º y el otro ira disminuyendo su temperatura hasta los -100º, midiendo siempre con un termómetro digital, en el momento en que se desnaturalicen las proteínas de los trozos de carne se anotarán las temperaturas exactas en las que se encontrabas los trozos de carne, estas serán las Tº denaturalizantes.
- Se someterá a 3 trozos de carne de vacuno a distintos agentes denaturalizantes (pH acido, altas Tº y solventes polares), se tomara el tiempo segundo a segundo de este proceso hasta que cada agente desnaturalice las proteínas, finalmente se compararan los tiempos en que se demoraron en desnaturalizar y se seleccionará el desnaturalizante mas rápido.
- A través de una simulación molecular, se visualizara a 50 proteínas pepsina, para luego aplicar un solvente polar en cantidades de 0.01 mililitros de acetona, finalmente al termino de la simulación se obtendrá el porcentaje de proteínas desnaturalizadas.
Conclusiones
El hecho de construir un plan de investigación es uno de los procesos mas antiguos en la historia de la ciencia, así como el método científico, es un gran proceso que nos permite seguir pautas exactas elaboradas por los mismos investigadores para llegar a resultados precisos que puedan solucionar el problema en cuestión.
Para iniciar es conveniente mencionar que las investigaciones se tienen que iniciar siempre con una pregunta que englobe el problema de investigación.
Las variables son otro importante parámetro para seguir una correcta investigación, ya que nos permiten obtener los objetivos y las hipótesis.
Otro aspecto importante en un plan de investigación son las fuentes de investigación, ya que a través de estas obtenemos la información correspondiente y necesaria para complementar los datos que vamos obteniendo.
Los diagramas de flujo representan una forma exacta de relacionar las variables las cuales apoyan de manera implícita y explicita al desarrollo de proceso metacognitivos.
Las polaridades de las variables tienen como misión representar si la variable crítica y/o acumuladora se ve afectada positiva o negativamente por las variables de flujo y/o auxiliares.
Habilidades de autoregulacion no aplicables
Habilidades de autorregulación no aplicables a la investigación
- Análisis de imágenes: nuestro trabajo solo se representara de forma textual y no como imágenes, por lo tanto, no podremos hacer un analisis de imágenes, solo de datos y resultados
- Análisis oral: debido a que no vamos a presenciar ninguna exposición hablada sobre el tema
- Orden alfabético: los resultados no los ordenamos alfabéticamente porque no era necesario ya que la mayoría de los datos son datos matemáticos
- Representación gestual: no realizaremos ninguna representación gestual el trabajo solo sera expuesto en un blog
Habilidades de autoregulacion aplicables
Habilidades de autorregulación aplicables a la investigación
- Motivación: debido a que es necesario un esfuerzo personal por comprender lo que se está realizando.
- Descubrir: después de tener los resultados competentes acerca de la desnaturalización, es preciso una investigación mas a fondo para descubrir cuales son los agentes más desnaturalizantes y en que manera lo hacen.
- Hipotetizar: previo al trabajo realizado, es muy importante exponer nuestras hipótesis, que es una de las bases del método científico.
- Analizar: luego de exponer hipótesis de trabajo, realizar experimentos y obtener resultados, es preciso analizarlos de manera cualitativa y cuantitativamente para clarificar los resultados obtenidos.
- Criticar: dejar expuestos de manera clara y concisa los aspectos que creemos no son utilizables cuantitativamente hablando, debido a que los aspectos cualitativos de nuestro trabajo no nos sirven para lo que es autorregulación u otros.
- Comparar y contrastar: en el punto de estrategias de intervención, mencionamos que al no poder llegar a una solución concreta, recurriremos a un estudio comparativo para poder obtener una respuesta alternativa de manera aproximada.