Nanotecnología húmeda
Friday, October 23rd, 2009, por adminPor Guillermo Alonso Flores
La mayor parte de las aportaciones de este blog van destinadas a analizar los avances en nanotecnología "seca". Ahí van encaminadas la mayor parte de las investigaciones en materiales nanoestructurados, computación cuántica, superconductores y otros avances que nos harán la vida más fácil en las siguientes décadas, aplicados normalmente a materiales de uso "externo" como un circuito, un transistor o un material con propiedades específicas. Sin embargo, hay otra forma de nanotecnología más próxima a la biología: la nanotecnología húmeda. Utiliza componentes distintos; en lugar de nanotubos de carbono o fullerenos, emplea materiales que llevan millones de años autoensamblándose y funcionando a escala nanométrica en el interior de todos nosotros: los péptidos (incluidos los péptidos más largos como las proteinas) y los ácidos nucleicos, ADN y ARN.
Estas nanoestructuras de viejo cuño han demostrado su utilidad en un medio complejo y en cierto sentido lleno de desafíos: la disolución acuosa. El agua tiene una serie de particularidades que la hacen única. Es un medio de elevada densidad y elevado calor específico, constituido por moléculas de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. La elevada electronegatividad del oxígeno y la baja electronegatividad del hidrógeno la convierten en una molécula altamente polar. Las moléculas cargadas o polares en el agua se solvatan con muchísima facilidad; las moléculas en disolución no se encuentran ordenadas sobre una superficie, donde es fácil llevar una "cuenta" de aquellas que han sido ya intervenidas y cuáles no. El agua líquida se encuentra por definición por encima de los 0ºC de temperatura; esta energía calorífica dota a las moléculas en disolución de un movimiento espontáneo y aleatorio, el movimiento browniano, que tiende a distribuirlas al azar por toda la disolución. El problema es que todas las estructuras vivas realizan sus funciones en una matriz de agua líquida, a temperatura ambiente. En estas circunstancias las herramientas óptimas son aquellas mejor adaptadas a estas condiciones.
El mejor ejemplo a la hora de abordar las interacciones entre estos polímeros y el agua son las proteínas. Las proteínas son cadenas de aminoácidos en las cuales el grupo amino de un aminoácido se une al grupo carboxilo del aminoácido siguiente, quedando libres un grupo amino en un extremo de la molécula y un grupo carboxilo en el extremo opuesto. Puesto que cada carbono tiene cuatro enlaces, cada aminoácido tiene dos enlaces libres; generalmente uno de ellos es un hidrógeno y el otro un grupo funcional más o menos largo; si en este grupo funcional sólo hay átomos de carbono y de hidrógeno, éste será relativamente apolar. Si hay otros átomos como oxígeno, nitrógeno o azufre, este grupo será relativamente polar. En los péptidos se da giro libre entre los enlaces de la cadena principal, por lo que en disolución acuosa, la proteína tenderá a "esconder" sus zonas apolares entre los repliegues de la molécula y a "exhibir" sus zonas polares al entorno acuoso; estas zonas polares establecerán enlaces de hidrógeno con el agua. Esta diferencia de comportamientos entre aminoácidos modificará la forma de la proteína, haciéndola adoptar su estructura terciaria. En la naturaleza, las proteínas funcionales lo son no tanto por las propiedades de la cadena de aminoácidos que las compone sino por la forma que adoptan por interacción con las moléculas de agua en disolución. Es pues una nanoestructura especializada en el funcionamiento en disolución acuosa.
Esto nos da una nueva visión sobre las ciencias tradicionales que utilizan proteínas con fines específicos, como la enzimología; realmente es una forma de nanotecnología húmeda. En combinación con la nanotecnología de materiales, base de la nanotecnología seca, ha dado ya lugar a múltiples avances, especialmente en aplicaciones biomédicas. Un ejemplo llamativo es la bacteriorrodopsina programable, que puede activar un comportamiento autótrofo en una halobacteria cuando la concentración de oxígeno desciende hasta el punto de que la bacteria no puede mantenerse en su forma heterótrofa.
Sin embargo, las funciones de los nanosistemas húmedos no se limitan al campo de la salud. Se han conseguido diseñar, por ejemplo, ordenadores de ADN basados en las uniones específicas de éstos, cadena a cadena y en matemática combinatoria.
