El trabajo de la hemoglobina parece ser bastante simple:transporta moléculas de oxígeno a través del torrente sanguíneo. Pero esto solo funciona tan bien porque la molécula de hemoglobina es extremadamente compleja. Lo mismo se aplica a la clorofila, que convierte la luz solar en energía para las plantas.

Para comprender los sutiles trucos de moléculas tan complejas, Vale la pena investigar estructuras similares pero más simples en el laboratorio. Investigadores de TU Wien (Viena) y Trieste, estudió ftalocianinas, que tienen una estructura de anillo molecular que se asemeja mucho a las secciones cruciales de hemoglobina o clorofila. Resulta que el centro de estas estructuras de anillo se puede cambiar a diferentes estados bajo luz verde, que afecta su comportamiento químico.

Esto no solo ayuda a comprender los procesos biológicos, también abre nuevas posibilidades para utilizar los trucos de la naturaleza en el laboratorio para otros fines, una estrategia llamada biomimética que se está volviendo cada vez más importante.

Anillos con átomos de metal en el centro

"Las ftalocianinas que estudiamos son tintes de colores con una estructura de anillo característica, ", dice el profesor Günther Rupprechter del Instituto de Química de Materiales de la Universidad Tecnológica de Viena." Es fundamental para esta estructura de anillo que puede contener un átomo de hierro en su centro, al igual que el hemo, el tinte rojo en forma de anillo en la hemoglobina. La clorofila tiene un anillo similar que captura átomos de magnesio. "

En contraste con las moléculas naturales más complicadas, los tintes de ftalocianina hechos a medida se pueden colocar regularmente uno al lado del otro en una superficie, como azulejos en la pared de un baño. "Los anillos se colocaron sobre una capa de grafeno en un patrón regular, de modo que se creó un cristal bidimensional de anillos de tinte, "dice Matteo Roiaz, quien realizó los experimentos junto con Christoph Rameshan.

"Esto tiene la ventaja de que podemos examinar muchas moléculas al mismo tiempo, lo que nos da señales de medición mucho más fuertes, "explica Rameshan.

Las moléculas de monóxido de carbono sirvieron como sondas para investigar estos anillos:una molécula puede unirse al átomo de hierro, que se lleva a cabo en el centro del ring. A partir de la vibración de la molécula de monóxido de carbono, se puede obtener información sobre el estado del átomo de hierro.

Para estudiar la vibración, la molécula se irradió con luz láser verde e infrarroja. Esta medición arrojó un resultado que parecía fuertemente contradictorio a primera vista:"No medimos simplemente una sola frecuencia vibratoria de monóxido de carbono. En su lugar, encontramos cuatro frecuencias diferentes. Nadie había esperado esto "dice Günther Rupprechter." Los átomos de hierro son todos idénticos, por lo que las moléculas de CO unidas a ellas deberían mostrar exactamente el mismo comportamiento ".

Como se vio despues, la luz verde del láser fue responsable de un efecto notable. En primer lugar, todos los átomos de hierro eran de hecho idénticos, pero la interacción con la luz verde puede cambiarlos a diferentes estados. "Esto también cambia la frecuencia de oscilación de la molécula de CO en el átomo de hierro, que nos muestra con qué sensibilidad reaccionan tales estructuras a pequeños cambios, ", dice Günther Rupprechter." Esa es también la razón por la que las biomoléculas de nuestros cuerpos tienen una estructura tan compleja:los componentes de las proteínas ampliamente ramificadas tienen un impacto mínimo en los estados del átomo metálico, pero este impacto mínimo puede tener implicaciones muy importantes ".

Medición a temperatura ambiente y presión atmosférica

Hasta ahora, efectos similares solo pudieron estudiarse a temperaturas extremadamente bajas y en vacío ultra alto. "En el laboratorio, ahora tenemos dos métodos en los que tales fenómenos biológicamente relevantes pueden medirse a temperatura ambiente y presión atmosférica, con y sin luz verde, ", enfatiza Rupprechter. Esto abre nuevas posibilidades para una mejor comprensión del comportamiento químico de las sustancias biológicas; también podría abrir la oportunidad de adaptar moléculas novedosas con el fin de optimizarlas para fines químicos específicos de la naturaleza.