Nudos moleculares - izquierda y derecha: Cómo forman nudos las moléculas
Plásticos o ADN: Muchas moléculas son tan largas que pueden formar nudos, como cuando se atan los zapatos. Mientras que todavía se discute si los diestros y los zurdos prefieren hacer los nudos en direcciones distintas, los hábitos de anudado de las moléculas quedan ahora mucho más claros. Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros y de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia ha demostrado que la dirección de la torsión de las moléculas helicoidales -derecha o izquierda- determina la lateralidad de sus nudos.
Las moléculas helicoidales, al igual que un sacacorchos, tienen forma de espiral que puede girar a la izquierda o a la derecha. Estas "moléculas quirales" pueden organizarse (ensamblarse) colectivamente en grandes estructuras retorcidas hacia la izquierda o hacia la derecha. Éstas presentan propiedades ópticas especiales y producen colores espléndidos, por ejemplo, en algunos insectos.
Aún no se conocen bien los mecanismos por los que la helicidad local en forma de sacacorchos crea la lateralidad de los grandes conjuntos supramoleculares. Para explorarlos, es útil partir de un problema más sencillo e investigar cómo afecta la helicidad a la estructura mayor de moléculas individuales.
Los nudos moleculares son muy adecuados para este fin: pueden existir en forma diestra y zurda, y casi todas las moléculas suficientemente largas forman nudos como las cuerdas o los cables de la vida cotidiana. Además, los nudos afectan a grandes partes de la molécula.
Una cuestión que no estaba clara hasta ahora es si la dirección de la torsión helicoidal a escala molecular afecta a la lateralidad de los nudos moleculares más grandes. Digamos que uno tiene una hélice que gira a la izquierda. ¿Es más probable que se formen nudos zurdos o diestros?
Un equipo dirigido por Kostas Daoulas, jefe de grupo del departamento de Kurt Kremer en el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros de Maguncia (Alemania), ha abordado ahora esta cuestión, en colaboración con dos grupos de la Universidad de Maguncia dirigidos por Peter Virnau (Departamento de Física) y Pol Besenius (Departamento de Química). Los investigadores crearon un modelo computacional que simula el anudamiento de una hebra molecular. En su modelo teórico, los investigadores han introducido fuerzas dentro de la hebra molecular que permiten la torsión helicoidal. Pueden aumentar o disminuir esta torsión mediante un parámetro que fijan. Además, el signo de este parámetro ─negativo o positivo─ determina si la torsión helicoidal es hacia la izquierda o hacia la derecha.
Los científicos han descubierto que estas fuerzas introducidas dentro de una molécula tienen un efecto directo en la dirección de formación del nudo de la molécula en su conjunto. La intensidad con la que se ve afectada la molécula depende de la fuerza de su parámetro ajustable.
Su sistema modelo muestra que la dependencia de la lateralidad de los nudos respecto a la dirección de la hélice se debe a estructuras especiales que aparecen espontáneamente en la molécula: "trenzas" retorcidas formadas por dos partes entrelazadas de la molécula helicoidal. Tales motivos de empaquetamiento molecular podrían desempeñar un papel también durante el ensamblaje de moléculas helicoidales múltiples, por ejemplo, en estructuras ópticamente activas.
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