Química para Escritores

Fuente: Genome News

 

Ningún ser humano hasta ahora ha sido capaz de ver una molécula o el salto de los electrones. Todo lo que sabíamos acerca de reacciones químicas o de moléculas son elucubraciones teóricas inferidas a partir de métodos de medición muy indirectos. Esa fue una de mis decepciones temporales cuando estudiaba ciencias en la universidad, las moléculas eran figuras geométricas del libro de consulta. En la vida real, por ejemplo, una molécula de glucosa se convertía en un ideal platónico y a lo sumo un cambio en la luminosidad del tubo de prueba que no era detectado por nuestros ojos sino por el espectrofotómetro.

Aquellos dibujos de los libros de biología o de química eran recreaciones que intentaban explicar una realidad que no podíamos ver. Por esa razón, el aproximarnos a “ver” las moléculas, entender su conformación espacial (tridimensional) es un triunfo para el entendimiento de las reacciones que llamamos vida.

Ahora es posible tener esa aproximación gracias al trabajo de Martin Karplus (Harvard University y la  Université de Strasbourg en Francia), Michael Levitt (Stanford University School of Medicine) y Arieh Warshel (University of Southern California) quienes obtuvieron el Nobel de Química 2013 por hacernos 'ver' aquellas reacciones a través de un modelo computacional.  Desde finales de los años 60, estos tres científicos se movieron en las grandes ligas universitarias trabajando con tremendos armatostes como la IBM FORTRAN II, que ocupaban un cuarto completo, para entender la estructura de los elementos y la naturaleza de las reacciones químicas simples, aquellas que se aprenden desde el colegio. Pero en los últimos 40 años la computación avanzó enormemente.

A otro nivel, se juntaron la biología y la química para crear la bioquímica, el área de la estructura y función de los componentes de los seres vivos: proteínas, grasas y carbohidratos Las reacciones de tales moléculas son promovidas por unas proteínas especiales llamadas Enzimas y la reacción se llama Catalizar. De este modo decimos: una enzima cataliza una reacción, que puede ser la formación de nuevos genes, de hormonas o de simplemente componentes estructurales de los tejidos o materiales de desecho. Ahora sabemos que una enzima es una proteína con una conformación tridimensional parecida a un arbusto, con un sitio particular que realiza la catalización, y para trabajar debe cambiar de conformación espacial.

Las reacciones bioquímicas por décadas se limitaban a complejas fórmulas matemáticas,  curvas trazadas por una máquina detectora sobre el papel y mucho de disquisición teórica.

Nuestro cuerpo a nivel molecular, es una serie de explosiones de energía que se transfieren de una molécula a otra. Esto permite a los seres vivos a ejecutar todas sus funciones, desde las más arcaicas, como comer y reproducirse, hasta las más complejas, como el pensamiento y el lenguaje. Todos en el planeta somos la suma y la resta acumuladas de nuestras reacciones químicas.

Los ganadores del Nobel 2013 lograron desarrollar un modelo computacional que permite "ver" la estructura tridimensional de las enzimas y cómo reaccionarían 'en vivo'. Para ello juntaron los modelos teóricos con modernas técnicas que escudriñan de manera indirecta las reacciones químicas, como la espectrometría con rayos X o la resonancia magnética, que emiten señales digitales. Toda esta información entonces es transferida a un lenguaje computacional que crea un modelo de animación tridimensional, permitiendo  apreciar la estructura y conformación de diversas reacciones moleculares  y en el caso de las enzimas, determinar cuál es su sitio activo y como se producen las reacciones químicas en su interior.

Una extraordinaria combinación de las leyes de la mecánica clásica con las de la física cuántica (sí, aquella que tortura a muchos estudiantes de física).

Actualmente, gracias a este modelo, algunas compañías farmacéuticas ya han desarrollado medicamentos “por diseño”, es decir creando moléculas teóricas que desactivan el núcleo catalítico de algunas enzimas de gérmenes patógenos o de otras moléculas que modifican la función de ciertas proteínas propias cuya alteración es la causa de algunas enfermedades.

Asimismo, otros científicos usan estos modelos para descifrar los secretos de la fotosíntesis, la estupenda  reacción por la cual las plantas obtienen energía a partir de la luz solar y que fue acaso una de las reacciones determinantes para llegar a la vida tal como la conocemos: Luz + H₂0 + CO₂ = energía vital.

Mientras tanto, ya sabemos ahora que las reacciones moleculares no son solo ininteligibles fórmulas y dibujos en la pizarra como en The Bing Bang Theory sino que tenemos la capacidad de verlas casi “en vivo”.

En la Foto: Estructura tridimensional de las enzimas Hexaminidasa y Neuraminidasa pertencientes al agresivo virus de la Inlfluenza