Cristalografía de macromoléculas

29/08/2018 0 comentarios
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El número de julio de la revista Scientific American, en su sección de "50, 100 and 150 years ago", recuerda un párrafo de 1968 de Sir Lawrence Bragg en el que se refirió al "exitoso análisis estructural de varias de las moléculas básicas de la materia viviente –las proteínas– cada una de las cuales consiste en miles de átomos". Y se refiere explícitamente al reciente (entonces) modelo de la hemoglobina de Max Perutz, de más de 10.000 átomos. Su sorpresa se debía a que sólo hacía cincuenta años de su famoso análisis mediante difracción de rayos X del cloruro sódico, por cuyo método, junto con su padre William Henry, recibió el premio Nobel de física en 1915.

El último centenar de años ha sido una carrera prodigiosa, empezando por el descubrimiento de la difracción de rayos X por cristales por parte de Max von Laue, lo que le valió el Nobel de Física de 1914, sólo un año antes del mismo reconocimiento a los Bragg, quienes establecieron la relación entre la longitud de onda de los rayos X, su ángulo incidencia sobre la superficie del cristal y la distancia entre las capas atómicas en su interior, la famosa fórmula de Bragg, que proporcionó una potente herramienta para estudiar las estructuras cristalinas y calcular las posiciones de los átomos en los cristales.

Con el paso del tiempo, la difracción de rayos X se utilizó para el estudio de estructuras cristalinas cada vez mayores. Un buen ejemplo fue el mencionado estudio de la estructura de la hemoglobina que inició Max Perutz desde la Universidad de Cambridge y que completó con John Kendrewen 1959, por lo que también recibieron el Premio Nobel en 1962, esta vez el de Química.

El comentario publicado en Scientific American al cabo de cincuenta años, en 1968, correspondió al momento en que, tras una etapa en que se utilizó de manera parasitaria la radiación X emitida por los aceleradores de electrones, se empezaron a construir sincrotrones de electrones diseñados específicamente para la producción de luz de sincrotrón. La primera de estas fuentes de rayos X que se construyó fue el Tantalus, del Synchrotron Radiation Center de la Universidad de Wisconsin-Madison, que ya amplió el estudio a muestras biológicas y que estuvo en funcionamiento hasta 1987 en que fue sustituido por Aladdin. Sólo un año más tarde se inauguró la primera fuente europea, en el Reino Unido, el Synchrotron Radiation Source (SRS), en el Daresbury Laboratory, que hace unos años ha sido sustituido por la fuente Diamond.

Y cincuenta años más tarde, en la actualidad, las fuentes de radiación de sincrotrón se han extendido por doquier, siendo utilizadas no sólo por los físicos, como inicialmente, sino también por la extensa comunidad de químicos y biólogos y por muchas otras ramas de la ciencia. Todas las que necesitan estudiar procesos y estructuras a la escala de los nanómetros. Es larga la lista de importantes descubrimientos que ha permitido la luz de sincrotrón y que abarcan amplios campos de conocimiento, de manera que todos los países con un cierto nivel de investigación, y algunos con no tanto nivel, tienen su propia instalación.

Estación experimental XALOC del  sincrotrón ALBA.

En España, desde el año 2012 funciona la fuente de luz de sincrotrón ALBA, en Cerdanyola del Vallès, a unos 20 kilómetros de Barcelona. Se trata de un consorcio promovido por la Generalitat de Catalunya y formado a partes iguales entre ésta y el Gobierno Español. En este momento tiene ocho líneas de luz completamente operativas, cuatro de ellas con dos estaciones de trabajo, y tiene otras cuatro en construcción que irán siendo operativas en los próximos años.

Volviendo al comentario de Bragg de 1968, desde entonces el desarrollo ha sido especialmente espectacular de manera que hoy día es necesaria la radiación de sincrotrón en el campo de la biología estructural. Todos los laboratorios disponen de estaciones experimentales dedicadas a la cristalografía de macromoléculas. En el caso de ALBA su línea XALOC, que proporciona rayos X de manera flexible y fiable para estudiar estructuras de macromoléculas en una amplia variedad de tamaños de cristales. Hasta ahora ya ha depositado unes trescientas estructuras en las bases de datos internacionales. XALOC se complementará con una nueva líneas de luz, XAIRA, de prestaciones aún mejores que ya está en fase de diseño avanzado.

Diversos son los científicos de este campo que han sido galardonados con el premio Nobel gracias a los estudios realizados mediante luz de sincrotrón. Citemos a Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz y Ada E. Yonath que recibieron el Nobel de Química en 2009 por sus estudios sobre el ribosoma, una molécula que no tiene los 10.000 átomos que hace cincuenta años maravillaban a Bragg sino cientos de miles.