Nobel de Química 2016 para los impulsores de las máquinas moleculares

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Jean-Pierre Sauvage, James Fraser Stoddart y Bernard Feringa han ganado el premio Nobel de Química 2016 por la investigación, diseño y síntesis de las máquinas moleculares, que son las máquinas más pequeñas que se conocen.

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Una máquina molecular, o nanomáquina, es un conjunto discreto de componentes moleculares que han sido diseñados para llevar a cabo movimientos cuasi-mecánicos en respuesta a determinados estímulos.

El nombre se aplica también a moléculas que simplemente “imitan” funciones que ocurren en el mundo macroscópico.

Se han propuesto muchas máquinas moleculares para construir ensambladores moleculares, que serían dispositivos capaces de guiar reacciones químicas posicionando moléculas con precisión atómica. En general, en nanotecnología es fundamental encontrar sistemas moleculares capaces de desplazar del equilibrio una reacción química o un proceso mecánico, ya que el gradiente generado sería capaz de producir trabajo útil.

Gran variedad

Existe una gran variedad de máquinas moleculares sintetizadas por los químicos. Algunas son moléculas simples; otras son verdaderas arquitecturas moleculares mecánicamente entrelazadas tales como los rotaxanos o los catenanos. Entre las máquinas moleculares más estudiadas están:

  • Motores moleculares: son moléculas capaces de hacer un movimiento de rotación unidireccional accionado por energía externa, ya sea procedente de luz o de reacciones con otras moléculas.
  • Hélices moleculares: son moléculas que pueden impulsar fluidos girando, debido a su forma especial, diseñada como las hélices macroscópicas. El llamado giróscopo molecular es análogo.
  • Interruptores moleculares: moléculas que pueden estar en dos o más estados estables respondiendo a cambios de pH, luz,  temperatura, corriente eléctrica o a la presencia de un ligando específico.
  • Lanzaderas moleculares: moléculas capaces de transportar a otras moléculas o iones de un lugar a otro.
  • Pinzas moleculares: moléculas capaces de “abrazar” a otras reteniéndolas mediante uniones no covalentes (enlaces de hidrógeno, enlaces coordinados, fuerzas hidrófobas, fuerzas de van der Waals, interacciones π-π, efectos electrostáticos. Unos tipos de pinzas moleculares son las “máquinas de ADN”.
  • Sensores moleculares: molécula que interactúa con un analito para producir un cambio que permita reconocerlo y cuantificarlo.
  • Puertas lógicas moleculares: son moléculas que realizan una operación lógica en una o más entradas lógicas y produce una única salida lógica. La puerta lógica molecular solo da salida cuando se produce una combinación particular de las entradas.

 

En Biología

En Biología se puede hablar de la existencia de máquinas biológicas, resultado de millones de años de evolución. Lo son, por ejemplo,  los ribosomas o los cilios. Un cilio, que es  el filamento vibrátil que recubre la membrana de algunos protozoos y otras células para desplazarse en un medio líquido y para otras funciones, puede considerarse una nanomáquina compuesta de más de 600 proteínas. Una de estas proteínas es la dineína, que también interviene en el movimiento de los flagelos. Otras proteínas motoras son la miosina, responsable de la contracción muscular, y la quinesina, que media el transporte intracelular anterógrado sobre los microtúbulos, que son componentes del citoesqueleto.

Las más prometedoras aplicaciones de estas máquinas biológicas estará, sin duda, en el campo de la nanomedicina. Por ejemplo, que podrían ser utilizadas para identificar y destruir células cancerosas.

Podrían fabricarse también ensambladores que ordenaran la materia biológica a escala molecular o atómica. Actuarían como nanorrobots que, introducidos en el cuerpo, detectarían y repararían daños, curarían infecciones, etc.

 

Los premiados

  • Jean-Pierre Sauvage, nacido en 1944 en París. Doctor en Filosofía, 1971, por la Universidad de Estrasburgo. Profesor Emérito de la Universidad de Estrasburgo y director de investigación emérito en el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS), Francia.
  • J. Fraser Stoddart, nacido en 1942 en Edimburgo, Reino Unido. Doctor en Filosofía, 1966, por la Universidad de Edimburgo. Profesor de química en la Universidad de Northwestern, en Evanston, EE.UU.
  • Bernard L. Feringa, nacido en 1951 en Barger-Compascuum, Países Bajos. Doctor en 1978 por la Universidad de Groninga, Holanda. Profesor de Química Orgánica en la Universidad de Groninga.

Un artículo de investigación sobre la construcción de un “nanovehículo” con ruedas esféricas de fulerenos, ejes de alquinos que pueden girar libremente y un chasis molecular.

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