13.12.2019 - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Usando láseres de sacacorchos para separar moléculas de espejo

Un enfoque innovador podría profundizar la comprensión de las misteriosas manos de la vida

Muchos de los componentes moleculares de la vida tienen dos versiones que son imágenes en espejo el uno del otro, conocidas como enantiómeros. Aunque aparentemente idénticos, los dos enantiómeros pueden tener un comportamiento químico completamente diferente - un hecho que tiene implicaciones importantes en nuestra vida diaria. Por ejemplo, mientras que una versión del compuesto orgánico carvone huele a menta verde, la forma de espejo huele a semilla de alcaravea. En farmacología y diseño de medicamentos puede ser esencial poder distinguir entre los dos enantiómeros y separarlos si es necesario, ya que las consecuencias pueden cambiar la vida. Por ejemplo, mientras que un enantiómero de betabloqueantes ataca selectivamente al corazón, el otro actúa sólo sobre las membranas celulares del ojo.

Ahora, un equipo de investigación de DESY, la Universidad de Hamburgo y el University College de Londres ha presentado un nuevo e innovador enfoque para separar las moléculas espejo y, al hacerlo, ha introducido un nuevo marco teórico para comprender el fenómeno. El trabajo se publica en la revista Physical Review Letters. Las moléculas que existen en las versiones espejo de cada una se llaman quiral después de la palabra griega antigua para mano, refiriéndose al hecho de que la mano derecha y la izquierda son versiones espejo de la otra. Por razones tan desconocidas, la vida a menudo favorece una versión: Mientras que las proteínas casi siempre son zurdas, los azúcares suelen ser diestros.

"Tradicionalmente, el análisis quiral se ha restringido a los líquidos, pero estamos viendo un aumento creciente en los métodos de fase gaseosa, ya que ofrecen una sensibilidad mucho mayor", dice el científico de DESY Andrey Yachmenev, autor principal del estudio. "La capacidad de enfriar gases cerca del cero absoluto nos permite un mejor control de nuestra muestra, y esto a su vez puede ser explotado para separar eficientemente los enantiómeros y producir mayores rendimientos de un enantiómero en lugar del otro".

En el corazón de su enfoque se encuentra una configuración de láser especialmente diseñada compuesta por una centrífuga óptica, un pulso de láser en forma de sacacorchos que puede hacer girar moléculas increíblemente rápido, más de un billón de veces por segundo. Cuando se combina con un campo eléctrico adicional, toda la configuración se convierte en quiral y los dos enantiómeros se comportan de forma diferente, mostrando una dinámica cuántica única.

"La interacción del campo láser con una molécula quiral crea lo que llamamos un diastereómero inducido por el campo", explica el coautor Emil Zak de DESY. Los diastómeros son diferentes configuraciones del mismo compuesto que no son versiones espejo entre sí. Las distintas características de los diastereómeros pueden utilizarse para separar los enantiómeros en el espacio. "Es importante destacar que nuestro enfoque es controlable y que podemos aumentar la producción de un enantiómero sobre el otro simplemente cambiando el tiempo que las moléculas pasan interactuando con el campo láser", añade el coautor Alec Owens del University College London.

El esquema ha sido demostrado computacionalmente en la molécula quiral prototípica de óxido de propileno (C3H6O), que fue también la primera molécula quiral orgánica compleja detectada en el espacio interestelar. En la actualidad se está trabajando para realizar experimentos en DESY y capitalizar las técnicas de deflexión electrostática pioneras en el grupo Controlled Molecule Imaging dirigido por Jochen Küpper en el Center for Free-Electron Laser Science CFEL, una institución conjunta de DESY, Max Planck Society y la Universität Hamburg.

"La manipulación de las moléculas quirales en la fase gaseosa está atravesando un período de desarrollo apasionante, tanto para aplicaciones prácticas utilizadas en la industria como para proporcionar nuevos conocimientos sobre lo que es un aspecto muy fundamental de la naturaleza", dice Yachmenev. "El origen de la quiralidad y las manos de la vida es uno de los grandes misterios, pero poco a poco nos estamos acercando a una comprensión más profunda y completa."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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