Resumen  

Los virus están entre la frontera de la materia viva y no viva. Desde un punto de vista bioquímico los virus más sencillos son nanopartículas compuestas de proteínas y ácidos nucleicos. Las proteínas virales se auto-ensamblan de forma altamente afín y cooperativa alrededor de su genoma, formando nanoestructuras altamente organizadas con forma y tamaño regulares.  La necesidad de contar con sistemas virales con propiedades programables ha dado paso a la biomimética viral, la cual busca crear nuevas (bio)moléculas que imiten propiedades funcionales y estructurales de virus.  La pregunta fundamental que hace es: ¿podemos imitar a nivel molecular a los sistemas virales?   Previamente junto con otros colegas hemos reportado el diseño de polímeros de proteína tri-bloque como una estrategia sencilla y fructífera para imitar propiedades de proteínas virales.  Las proteínas miméticas virales diseñadas unen ADN y se auto-ensamblan espontáneamente a su alrededor, condensándolo en nanorodillos altamente organizados con forma y tamaño monodisperso dictado por el ADN. Varias familias de proteínas virales han sido desarrolladas y usadas para varias aplicaciones en ciencia de materiales y biotecnología. El desarrollo de estas proteínas es de gran importancia para entender el funcionamiento de máquinas bioquímicas virales, entender relaciones estructura-función de proteínas diseñadas modularmente y para la aplicación de nanopartículas virales miméticas con fines biomédicos y de ciencia de materiales.

 

La electrodinámica cuántica de cavidades (CQED por sus siglas en ingles) es un sistema cuántico abierto donde su dinámica se presta a estudios detallados. Consiste de un modo del campo electromagnético preferentemente acoplado a uno o varios átomos. Medimos la velocidad cuántica de la evolución del estado del campo eléctrico en un sistema CQED débilmente excitado. El sistema funciona en el régimen intermedio de la CQED donde la tasa de acoplamiento de dipolo de átomo al modo único de la cavidad es comparable a la tasa de decaimiento de la cavidad y la tasa de emisión espontánea. Consideramos el modo del campo electromagnético como el sistema cuántico de interés, con un acoplamiento preferencial a un ambiente sintonizable: los átomos. Al cambiar el número de átomos acoplados al modo de cavidad óptica, hemos realizado una aceleración en la velocidad para alcanzar el estado estable asistida por el medio ambiente: la velocidad cuántica de la repoblación de estado en la cavidad óptica aumenta con el acoplamiento entre el modo de cavidad óptica y este reservorio no -Markoviano (el número de átomos).

La Fuerza Débil es, como su nombre lo indica, muy pequeña y casi imperceptible en el ámbito de la física atómica, sin embargo su

presencia es fundamental para el funcionamiento del mundo de las partículas subatómicas. En esta plática presentaré algunos de los

ingeniosos caminos seguidos para entender mejor la fuerza débil usando herramientas de la física atómica.

La mecánica cuántica es uno de los pilares de la física contemporánea, es el lenguaje matemático que parece seguir la naturaleza microscópica. Los fundadores se dieron cuenta de que su formulación implica nuevas propiedades de la naturaleza que están lejos de ser intuitivas: por ejemplo, una clase especial de correlaciones que llamamos enredamiento. Entonces el control individual de un átomo o un electrón no era posible y los físicos utilizaron experimentos imaginarios cuya finalidad era demostrar los principios y las predicciones de la mecánica cuántica en el mundo microscópico. Esto cambió con el desarrollo de trampas para los electrones, iones y átomos individuales en los años setenta y ochenta. En los años noventa, con iones y átomos individuales, se hizo evidente que el enredamiento de la mecánica cuántica podría ser utilizado en el área de procesamiento de la información, motivando la información cuántica.

Resumen:

El área de especialidad, y donde se ha enfocado el desarrollo académico de nuestro
Grupo de Investigación en la Biología Estructural. En este sentido, la descripción y comprensión
del funcionamiento a nivel atómico, tanto catalítico como en su caso alostérico, de distintas
proteínas, precisa de un acercamiento multidisciplinario en el cual el conocimiento de la
estructura 3D es importante pero no suficiente. En los años 80 del siglo pasado surgió la idea de
que la descripción 3D de una proteína era suficiente para describir y comprender el mecanismo
catalítico y las implicaciones del mismo. Si bien, se presentaron varios casos con resultados
funcionales, existen multitud de ejemplos en que la mera descripción 3D fue insuficiente para
describir cabalmente el proceso enzimático, y más aún cuando esta descripción 3D se basa
solamente en datos de difracción de rayos X de cristales, es decir, la razón principal de estos
fracasos se debe al uso de una sola técnica durante el proceso descriptivo. Por esta razón, en el
Grupo utilizamos un enfoque integrativo de diversas técnicas con el fin de desentrañar el
comportamiento enzimático y de otras proteínas a nivel atómico, y en algunos casos incluso a
nivel subatómico. El uso de técnicas de Biología Molecular, Microbiología, Purificación y
Química de Proteínas, Cristalogénesis, Difracción de Rayos X, RMN, microPIXE, EPR,
Espectroscopia UV-Visible, RAMAN, CD, SAXS, entre otros, es común dentro del grupo,
generando resultados detallados y a niveles incluso subatómicos, en diversos sistemas proteicos,
sobre todo en aquellos donde la presencia de centros metálicos. En una primera etapa este tipo de
aproximación se utilizó en enzimas con Fe y/o Cu (lacasas y peroxidasas), sin embargo, este
enfoque se ha y seguirá siendo ampliado en concordancia con el desarrollo de los proyectos del
grupo, tanto en metaloenzimas como en otro tipo de enzimas. El desarrollo del grupo ha dado
lugar a una expansión de las líneas de investigación y como resultado de esto actualmente se
estudia la función y características de inhibidores de proteasas; las relaciones estructurales entre
venenos y anticuerpos; las características estructurales que confieren resistencia a altas dosis de
radiación ionizante a ciertos microorganismos; las características estructurales de enzimas que
confieren resistencia frente a antibióticos a microorganismos resistentes; las características
prolongan la vida útil de cristales proteicos con el fin de disminuir los daños intrínsecos de la
exposición a rayos X; las relaciones estructurales en proteínas implicadas en procesos de
biomineralización; los determinantes estructurales que confieren la característica de
biofluorescencia a varias proteínas similares a la proteína verde fluorescente; los mecanismos de
transporte de metales en microorganismos y el estudio estructural de las proteínas que les
permiten a varias especies de camarones el sobrevivir en hábitats altamente contaminados. Todos
estos enfoques tienen un eje en común, el estudio y consolidación de la Bioquímica Estructural
como un área directriz de aproximaciones modernas para resolver problemas desde básicos hasta
aplicados en ciencias bioquímicas. El desarrollo de esta área de Bioquímica Estructural nos ha
permitido alcanzar un reconocimiento local e internacional, con un amplio número de estudiantes
de posgrado y siendo a la fecha el grupo latinoamericano con las estructuras cristalográficas
determinadas y depositadas en el PDB (112 hasta diciembre de 2017).

Resumen.

De manera similar a cómo el modelo cuántico del átomo permite resolver la
inestabilidad del correspondiente modelo clásico se considera que posibles aspectos
cuánticos del espacio tiempo podrían permitir la evasión de las limitaciones de la
relatividad general clásica asociadas con la imposibilidad de continuar la dinámica de
modelos del cosmos o de agujeros negros más allá de las denominadas singularidades.
En esta plática discutiremos de manera introductoria parte de las motivaciones para
estudiar una teoría cuántica de la gravedad, codificada en la estructura del espacio
tiempo de acuerdo a la relatividad general. Usaremos un modelo mecánico análogo
primero y después uno gravitacional para ilustrar el formalismo de la gravedad
cuántica por lazos. Finalmente comentaremos algunas de las expectativas
fenomenológicas.

Procedencia: Facultad de Ciencias, UNAM.
Resumen:
El trabajo de científicos que incluyen a Nernst, Planck, Goldman, Hodgkin, Huxley,
y Katz, nos ha permitido entender los mecanismos de movimiento de iones y otras
moléculas a través  de membranas celulares a través de distintos modelos. Sin
embargo, hasta hace poco no existía un esquema general que permitiera unificar
los distintos modelos, y explicar por qué algunos modelos que parecen erróneos
funcionan para describir corrientes transmembranales. En esta plática hablaremos
de un modelo termodinámico que describe distintos tipos de transporte
transmembranal de manera general, y también explica por qué el modelo de
Hodgkin y Huxley funciona a pesar de una serie de limitaciones conceptuales y
matemáticas. Una vez definido el modelo, presentaré algunos ejemplos de
aplicación en células excitables (neuronas, cardiocitos) y algunas consecuencias
de utilizar estos modelos para el estudio de tejidos excitables en general.

 

Abstract.
We focus on dynamical descriptions of short-term synaptic plasticity. Instead of focusing on the molecular machinery that has been reviewed recently by several authors, we concentrate on the dynamics and functional significance of synaptic plasticity, and review some mathematical models that reproduce different properties of the dynamics of short term synaptic plasticity that have been observed experimentally. The complexity and shortcomings of these models point to the need of simple, yet physiologically meaningful models. We propose a simplified model to be tested in synapses displaying different types of short-term plasticity.

En Biología Molecular, una de las funciones bioquímicas más relevantes llevadas a cabo es la catálisis (aceleración o decremento
de la velocidad de reacción) a través de enzimas biológicas conocidas como proteínas. Uno de los mecanismos más usuales para
activar el proceso de catálisis en macromoléculas biológicas es el enlace (binding) de dos o más macromoléculas a través de los

llamados sitios activos (active sites) de la proteína, los cuales son
aminoácidos ubicados en posiciones específicas dentro la molécula
que permiten su ligamiento a otros compuestos. En esta charla,
presentaremos un formalismo físico matemático basado en Procesos
Estocásticos, Cadenas de Markov y Teoría de Gráficos para modelar
una macromolécula biológica como una red compleja de nodos
(aminoácidos) y conexiones entre ellos (puentes de hidrógeno y
enlaces covalentes). Mediante este formalismo, analizaremos las
propiedades de transmisión y recepción de información de cada uno
de los aminoácidos dentro de la red y mostraremos que los sitios
activos pueden asociarse con puntos extremales (máximos o mínimos)
en funcionales de la Teoría de Gráficos y  Cadenas de Markov.

Resumen: 

En experimentos relacionados con enfriamiento y atrapamiento de átomos con láser, como relojes de fuente de cesio, redes ópticas y condensación de Bose-Einstein, la temperatura se mide típicamente utilizando la distribución de velocidad del átomo. Particularmente, en los estándares de frecuencia de fuente de cesio, el método de tiempo de vuelo (TOF) es ampliamente utilizado para mediciones de temperatura. En este método, se supone una distribución de Maxwell Boltzmann para las velocidades del átomo. Sin embargo, en este trabajo demostramos que bajo ciertas condiciones, una función gaussiana podría no ser la mejor alternativa para ajustarse a la distribución de velocidad del átomo con el objetivo de calcular la temperatura del sistema. Demostramos experimentalmente que el concepto de temperatura de los sistemas de átomos ultrafríos debe tratarse con cuidado debido a que el concepto de temperatura puede no estar bien definido. En caso de que insistamos en asignar una temperatura a una nube de átomos fríos, demostramos que usar una distribución gaussiana puede resultar con un error de más del 10%. Sin embargo, al usar nuestro método para calcular la distribución de velocidad de los átomos y luego ajustarlo a dos distribuciones de Gauss, encontramos una mejor temperatura del sistema. Demostramos que los sistemas de átomos ultrafríos están fuera de equilibrio térmico y que están compuestos por dos subconjuntos de átomos, cada uno de ellos en equilibrio térmico sin transporte de calor entre ellos. Afirmamos que estamos introduciendo un método más preciso para medir la temperatura de los sistemas de átomos ultrafríos que permite una mejor comprensión de la termodinámica de estos sistemas. Finalmente, destacamos que este enfoque está estrechamente relacionado con la definición probablemente nueva del kelvin del Sistema Internacional (SI) en términos del valor numérico de la constante de Boltzmann (k_B) que se adoptará durante el 2018.