Guía para entender el Premio Nobel de Química del 2021

Hay un ejemplo al que suelen recurrir los químicos que puede ayudar a comprender mejor la importancia de quienes recibieron el Premio Nobel que fue entregado este miércoles 6 de octubre. Trate, dicen, de ponerse frente a un espejo. Como es natural, verá su imagen reflejada en él, casi idéntica. Si levanta la mano derecha podrá observar que el “otro” mueve en realidad la izquierda. Si se rasca el ojo derecho, el personaje de enfrente hará lo mismo pero con el ojo izquierdo. En el caso hipotético de que esa figura saliera del espejo, tampoco sería igual a usted. Podría suceder, si quisiéramos transitar por el terreno de la ficción, que ese “otro” fuese un tipo agresivo mientras usted se caracteriza por la bondad. (Lea Esta es la primera vez que le otorgan el Nobel de Física a científicos del clima)

Así como sucede con la imagen que se produce en el espejo, pasa algo similar con algunas de las moléculas de las que estamos formados los seres humanos y todo lo que nos rodea. Son moléculas tridimensionales, cuyas “imágenes especulares” (como el reflejo), son muy parecidas pero tienen una diferencia sutil que puede significar un gran cambio en su comportamiento a nivel biológico, cuenta Alix Loaiza, profesora de la U. Javeriana y PhD en Química de la U. del Valle.

Entre los químicos hay otra popular analogía para comprender esa propiedad que, en términos técnicos, llaman “quiralidad”. Si mira sus manos verá que son idénticas, pero si trata de poner una encima de la otra nunca encajarán, como tampoco lo hará su palma derecha al momento de estrechar la palma izquierda de otra persona. Eso, explica Diego Gamba Sánchez, profesor del Departamento de Química de la U. de los Andes y PhD de La École polytechnique de Francia, también sucede con moléculas que tenemos en nuestro organismo como las enzimas o los ácidos nucleicos. Para continuar con la analogía, ellas están hechas de manos izquierdas y de manos derechas. En otras palabras, son asimétricas.

Tener claridad sobre esto es importante porque el premio Nobel de Química que concedió ayer la Real Academia Sueca premió a dos científicos que “revolucionaron la construcción de ese tipo de moléculas”. David MacMillan, químico escocés y profesor en la Universidad de Princeton (EE.UU.), y Benjamin List, químico alemán, director del Instituto Max Planck para la Investigación del Carbón en Mülheim, dieron en el año 2000 un paso fundamental para preparar “selectivamente” las “manos derechas” de una molécula de las “manos izquierdas” en una reacción química.

El caso de la Talidomida, un medicamento comercializado en las décadas de los 50 y 60, ayuda a entender mejor por qué es vital poder hacer esa separación. Cuando la compañía Grünenthal GmbH sacó al mercado ese fármaco estaba convencida de que sería útil para calmar las náuseas de las mujeres embarazadas, pero no previó que desencadenaría malformaciones en los fetos, como se comprobó con los años. Miles de niños nacieron con sus extremidades deformes. ¿Por qué? Porque la molécula que componía al fármaco también estaba hecha de “manos derechas” (efectos benéficos) y “manos izquierdas” (malformaciones).

Esa tragedia generó una pregunta que, desde entonces, recuerda Edwin Baquero, PhD en química Inorgánica Molecular y profesor asociado de la U. Nacional, ha inquietado a los químicos: ¿Cómo sintetizar solo una de las manos? ¿Cómo dejar solo “manos derechas” en una de esas moléculas asimétricas?

La respuesta había empezado a gestarse un siglo antes. En 1835, el químico sueco Jacob Berzelius había descrito un fenómeno que permitía que ciertas sustancias aceleraran una reacción química que, de lo contrario, podría tardar hasta años. Los “catalizadores”, como los llamaron con el tiempo, ayudaban también a descomponer las moléculas, lo cual ha sido vital tanto para desarrollar medicamentos como para impulsar otras industrias (la del plástico, por ejemplo).

“Piense en que esos catalizadores”, explica el profesor Baquero, “son como mediadores que se adicionan para acelerar la velocidad del proceso. Ese catalizador interacciona con las moléculas y al final, además, se puede recuperar”.

El problema es que ese proceso de “catálisis”, como lo definen técnicamente, estuvo todo el siglo XX basado en dos pilares: la biocatálisis y la catálisis metálica. La primera usa como catalizadores enzimas. La segunda usa metales pesados como el paladio o el rodio. Ambas tienen un problema fundamental: su enorme costo. Tanto la adquisición de ese tipo de enzimas como la de esos metales podría poner en apuros las finanzas de cualquier laboratorio. Para hacerse una idea, hoy una onza de rodio vale $11.650 dólares.

La catálisis metálica tiene, además, otro inconveniente: genera residuos tóxicos. “Entonces si un laboratorio utiliza ese método de obtención va a ser complejo y costoso. Si encuentra que una ‘mano’ es positiva y la otra es tóxica, deberá separarlas después para poder vender un medicamento. Al hacerlo, ya habrá perdido el 50% del material que utilizó”, explica la profesora Loaiza. Sin embargo, ese proceso también revolucionó la Química. En 2001, de hecho, tres profesores ganaron el premio Nobel.

Pero lo que ayudaron a hacer List y MacMillan, para usar las palabras de Baquero, fue impulsar un nuevo “pilar” en ese proceso, cuyo nombre es muy difícil de recordar: la “organocatálisis asimétrica”. En palabras muy simples, utilizaron otro tipo de catalizadores (orgánicos) que, anota Gamba, permite obtener, por ejemplo, 98% de manos derechas y solo 2% de manos izquierdas, aunque son porcentajes que varían.

“El gran aporte es que eso abrió una enorme posibilidad para que muchas personas también empezaran a investigar en este campo porque su costo es mucho menor. Además, tiene otra gran ventaja: como proviene de fuentes vivas, no genera desechos tóxicos”, asegura.

Como ha sucedido en muchas ocasiones en diferentes campos en Ciencia, List y MacMillan habían llegado por caminos distintos a conclusiones similares. Sus trabajos fueron publicados casi simultáneamente en la Journal of the American Chemical Society, una de las revistas más prestigiosas de Química. El artículo de List apareció el 26 de febrero; el de MacMillan el 15 de abril.

“La organocatálisis se ha desarrollado a una velocidad asombrosa desde 2000. Benjamin List y David MacMillan siguen siendo líderes en el campo y han demostrado que los catalizadores orgánicos se pueden utilizar para impulsar multitud de reacciones químicas”, dijo ayer la Academia Sueca. En síntesis, les dieron el Nobel por el desarrollo de la organocatálisis asimétrica, “una herramienta ingeniosa para construir moléculas”.

Jon Lorsch, director del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales del Instituto Nacional de Salud, tiene otra buena analogía para explicar todo este complejo proceso. Se trata, dijo a The New York Times, de una “carpintería molecular”. “Si está tratando de construir casas de diferentes formas y tamaños, y todo lo que tuviera fueran tablas, un martillo y un clavo, sería difícil y lento. Pero List y Macmillan “desarrollaron un conjunto de herramientas completamente diferente que le permite unir diferentes tipos de materiales en todo tipo de formas diferentes de manera rápida para construir diferentes tipos de estructuras”.

Hay un ejemplo al que suelen recurrir los químicos que puede ayudar a comprender mejor la importancia de quienes recibieron el Premio Nobel que fue entregado este miércoles 6 de octubre. Trate, dicen, de ponerse frente a un espejo. Como es natural, verá su imagen reflejada en él, casi idéntica. Si levanta la mano derecha podrá observar que el “otro” mueve en realidad la izquierda. Si se rasca el ojo derecho, el personaje de enfrente hará lo mismo pero con el ojo izquierdo. En el caso hipotético de que esa figura saliera del espejo, tampoco sería igual a usted. Podría suceder, si quisiéramos transitar por el terreno de la ficción, que ese “otro” fuese un tipo agresivo mientras usted se caracteriza por la bondad. (Lea Esta es la primera vez que le otorgan el Nobel de Física a científicos del clima)

Así como sucede con la imagen que se produce en el espejo, pasa algo similar con algunas de las moléculas de las que estamos formados los seres humanos y todo lo que nos rodea. Son moléculas tridimensionales, cuyas “imágenes especulares” (como el reflejo), son muy parecidas pero tienen una diferencia sutil que puede significar un gran cambio en su comportamiento a nivel biológico, cuenta Alix Loaiza, profesora de la U. Javeriana y PhD en Química de la U. del Valle.

Entre los químicos hay otra popular analogía para comprender esa propiedad que, en términos técnicos, llaman “quiralidad”. Si mira sus manos verá que son idénticas, pero si trata de poner una encima de la otra nunca encajarán, como tampoco lo hará su palma derecha al momento de estrechar la palma izquierda de otra persona. Eso, explica Diego Gamba Sánchez, profesor del Departamento de Química de la U. de los Andes y PhD de La École polytechnique de Francia, también sucede con moléculas que tenemos en nuestro organismo como las enzimas o los ácidos nucleicos. Para continuar con la analogía, ellas están hechas de manos izquierdas y de manos derechas. En otras palabras, son asimétricas.

Tener claridad sobre esto es importante porque el premio Nobel de Química que concedió ayer la Real Academia Sueca premió a dos científicos que “revolucionaron la construcción de ese tipo de moléculas”. David MacMillan, químico escocés y profesor en la Universidad de Princeton (EE.UU.), y Benjamin List, químico alemán, director del Instituto Max Planck para la Investigación del Carbón en Mülheim, dieron en el año 2000 un paso fundamental para preparar “selectivamente” las “manos derechas” de una molécula de las “manos izquierdas” en una reacción química.

El caso de la Talidomida, un medicamento comercializado en las décadas de los 50 y 60, ayuda a entender mejor por qué es vital poder hacer esa separación. Cuando la compañía Grünenthal GmbH sacó al mercado ese fármaco estaba convencida de que sería útil para calmar las náuseas de las mujeres embarazadas, pero no previó que desencadenaría malformaciones en los fetos, como se comprobó con los años. Miles de niños nacieron con sus extremidades deformes. ¿Por qué? Porque la molécula que componía al fármaco también estaba hecha de “manos derechas” (efectos benéficos) y “manos izquierdas” (malformaciones).

Esa tragedia generó una pregunta que, desde entonces, recuerda Edwin Baquero, PhD en química Inorgánica Molecular y profesor asociado de la U. Nacional, ha inquietado a los químicos: ¿Cómo sintetizar solo una de las manos? ¿Cómo dejar solo “manos derechas” en una de esas moléculas asimétricas?

La respuesta había empezado a gestarse un siglo antes. En 1835, el químico sueco Jacob Berzelius había descrito un fenómeno que permitía que ciertas sustancias aceleraran una reacción química que, de lo contrario, podría tardar hasta años. Los “catalizadores”, como los llamaron con el tiempo, ayudaban también a descomponer las moléculas, lo cual ha sido vital tanto para desarrollar medicamentos como para impulsar otras industrias (la del plástico, por ejemplo).

“Piense en que esos catalizadores”, explica el profesor Baquero, “son como mediadores que se adicionan para acelerar la velocidad del proceso. Ese catalizador interacciona con las moléculas y al final, además, se puede recuperar”.

El problema es que ese proceso de “catálisis”, como lo definen técnicamente, estuvo todo el siglo XX basado en dos pilares: la biocatálisis y la catálisis metálica. La primera usa como catalizadores enzimas. La segunda usa metales pesados como el paladio o el rodio. Ambas tienen un problema fundamental: su enorme costo. Tanto la adquisición de ese tipo de enzimas como la de esos metales podría poner en apuros las finanzas de cualquier laboratorio. Para hacerse una idea, hoy una onza de rodio vale $11.650 dólares.

La catálisis metálica tiene, además, otro inconveniente: genera residuos tóxicos. “Entonces si un laboratorio utiliza ese método de obtención va a ser complejo y costoso. Si encuentra que una ‘mano’ es positiva y la otra es tóxica, deberá separarlas después para poder vender un medicamento. Al hacerlo, ya habrá perdido el 50% del material que utilizó”, explica la profesora Loaiza. Sin embargo, ese proceso también revolucionó la Química. En 2001, de hecho, tres profesores ganaron el premio Nobel.

Pero lo que ayudaron a hacer List y MacMillan, para usar las palabras de Baquero, fue impulsar un nuevo “pilar” en ese proceso, cuyo nombre es muy difícil de recordar: la “organocatálisis asimétrica”. En palabras muy simples, utilizaron otro tipo de catalizadores (orgánicos) que, anota Gamba, permite obtener, por ejemplo, 98% de manos derechas y solo 2% de manos izquierdas, aunque son porcentajes que varían.

“El gran aporte es que eso abrió una enorme posibilidad para que muchas personas también empezaran a investigar en este campo porque su costo es mucho menor. Además, tiene otra gran ventaja: como proviene de fuentes vivas, no genera desechos tóxicos”, asegura.

Como ha sucedido en muchas ocasiones en diferentes campos en Ciencia, List y MacMillan habían llegado por caminos distintos a conclusiones similares. Sus trabajos fueron publicados casi simultáneamente en la Journal of the American Chemical Society, una de las revistas más prestigiosas de Química. El artículo de List apareció el 26 de febrero; el de MacMillan el 15 de abril.

“La organocatálisis se ha desarrollado a una velocidad asombrosa desde 2000. Benjamin List y David MacMillan siguen siendo líderes en el campo y han demostrado que los catalizadores orgánicos se pueden utilizar para impulsar multitud de reacciones químicas”, dijo ayer la Academia Sueca. En síntesis, les dieron el Nobel por el desarrollo de la organocatálisis asimétrica, “una herramienta ingeniosa para construir moléculas”.

Jon Lorsch, director del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales del Instituto Nacional de Salud, tiene otra buena analogía para explicar todo este complejo proceso. Se trata, dijo a The New York Times, de una “carpintería molecular”. “Si está tratando de construir casas de diferentes formas y tamaños, y todo lo que tuviera fueran tablas, un martillo y un clavo, sería difícil y lento. Pero List y Macmillan “desarrollaron un conjunto de herramientas completamente diferente que le permite unir diferentes tipos de materiales en todo tipo de formas diferentes de manera rápida para construir diferentes tipos de estructuras”.