Por Luis Gómez-Hortigüela y Mar Gulis (CSIC)*
Los documentos del caso es una novela epistolar de misterio escrita por Dorothy Sayers en 1930. En la trama —atención, spoiler—, Harrison, un marido engañado aficionado a buscar setas, aparece muerto, aparentemente tras haber consumido una seta venenosa por error. Sospechando que podría haber sido asesinado por el amante de su madre, el hijo del fallecido, Paul, decide investigar su muerte. Descubre que la muscarina, el veneno que acabó con la vida de Harrison, es un producto natural procedente del hongo Amanita muscaria, pero también puede ser preparado artificialmente en el laboratorio. Entonces, ¿falleció el padre de Paul por comerse la seta equivocada o alguien acabó con su vida deliberadamente?
La respuesta a esta cuestión está en la quiralidad, una propiedad que compartimos seres vivos, objetos cotidianos como un tornillo o un sacacorchos y compuestos químicos como la muscarina. Un objeto es quiral cuando no es superponible con su imagen especular. El ejemplo clásico son nuestras manos. Si ponemos la mano izquierda frente a un espejo, se convierte en la derecha. Y si hacemos lo mismo con un tornillo, veremos que la rosca parece girar en sentido contrario. A escala humana, se manifiesta entre otros rasgos en que tenemos el corazón desviado a la izquierda y un cerebro que compartimenta las funciones de forma asimétrica en sus dos hemisferios, así como en la mayor habilidad en nuestra mano diestra (o zurda). La quiralidad está pues estrechamente asociada a la asimetría, es decir, a la falta de simetría. Las dos formas especulares no superponibles entre sí de un objeto o de una molécula quiral se denominan enantiómeros. Si retomamos el ejemplo de nuestras manos, la derecha y la izquierda serían los dos enantiómeros. Lo mismo sucede a nivel molecular, donde muchos compuestos son quirales y poseen dos enantiómeros, ambos imágenes especulares que no son superponibles entre sí, constituyendo por tanto diferentes entidades.
Ejemplar de cangrejo violinista (Uca tangeri) con una de sus pinzas claramente mayor que la otra. / Esmeralda Ramos-García Neto. Fundación Aquae
Pero lo que en el mundo macroscópico es fácil de comprobar —podemos observar a simple vista las diferencias entre nuestras manos o pies derechos e izquierdos— ¿cómo se manifiesta en el microscópico? Uno de los principales rasgos de los compuestos quirales es que poseen actividad óptica, es decir, cuando son expuestos a la luz polarizada tienen la propiedad de rotar el plano de luz un cierto ángulo en uno u otro sentido, según el enantiómero de que se trate.
Volvamos a nuestro protagonista fallecido y su hijo con sed de verdad. A estas alturas ya intuirán que la asimetría algo tiene que ver con la resolución del misterio de la muerte de Harrison. Pues sí. La muscarina es un compuesto quiral. Tanto la muscarina natural como la sintética comparten la misma composición y propiedades, salvo una sutil diferencia: la de procedencia natural tiene actividad óptica, mientras que la sintética es ópticamente inactiva, no produce ningún cambio en el plano de la luz. Al analizar la muscarina ingerida por su difunto progenitor con un polarímetro, Paul observa que esta no posee actividad óptica, lo que no deja lugar a dudas sobre su origen artificial. Descartada la procedencia natural de la muscarina que tomó su padre, Paul consigue demostrar que, efectivamente, Harrison había sido deliberadamente envenenado. Fue Louis Pasteur quien descubrió la quiralidad molecular a mediados del siglo XIX en un experimento que ha sido calificado como el más hermoso de la historia de la química, y constituye la clave para explicar qué le ocurrió a Harrison.
‘Homoquiralidad’: la naturaleza es asimétrica
La investigación del asesinato que plantea Sayers pone de manifiesto una diferencia crucial entre los compuestos quirales de origen sintético, preparados en el laboratorio, y los de origen natural, extraídos a partir de algún componente de un ser vivo. Los primeros, al ser preparados a partir de reacciones químicas que implican movimientos de electrones —sometidos a fuerzas electromagnéticas que no distinguen entre derecha e izquierda— se obtienen como mezclas al 50% de ambos enantiómeros, siendo ópticamente inactivos –la rotación de la luz polarizada en un sentido propiciada por un enantiómero se cancela por la rotación en sentido inverso del otro enantiómero. Por el contrario, los de origen natural, que se obtienen a partir de rutas metabólicas reguladas por diversas entidades bioquímicas presentes en todos los seres vivos, constan de un solo enantiómero, siendo por tanto ópticamente activos. Así, en palabras de Pasteur, la actividad óptica es una firma de la vida.
Moléculas quirales que conforman las macromoléculas funcionales de los seres vivos. En la imagen aparece a la izquierda un L-aminoácido y a la derecha un D-aminoácido. Solo los primeros se encuentran en las proteínas de la materia viva. / Wikipedia
La materia inanimada o inerte está asociada a la existencia de simetría, bien por estar constituida por elementos no quirales o por la existencia de ambas formas especulares en igual proporción de elementos quirales, mientras que la materia animada está invariablemente asociada a la quiralidad en su forma enantioméricamente pura. Podríamos decir que la naturaleza en su conjunto es un sistema quiral.
La mayoría de las moléculas que constituyen los organismos vivos son quirales y, en todos los casos, existe una clara preferencia por uno de los dos enantiómeros, lo que se conoce como ‘homoquiralidad’. Esto es lo que ocurre con los ‘ladrillos’ de los que estamos formados todos los seres vivos: los aminoácidos que componen las proteínas y los azúcares que conforman los ácidos nucleicos, el ADN, con sus hélices retorciéndose invariablemente hacia la derecha, y el ARN.
Así, a través de mecanismos aún desconocidos quiso la vida comenzar su andadura usando exclusivamente la forma L de los aminoácidos y exclusivamente la forma D de los azúcares. A su vez, quiso la evolución imprimir esta caprichosa selección quiral en todos y cada uno de los seres vivos existentes, al menos en lo que a nuestro planeta concierne, haciendo de la asimetría una propiedad esencial asociada intrínsecamente a la vida.
Luis Gómez-Hortigüela es investigador del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y autor del libro ‘La quiralidad’ (CSIC-Catarata) de la colección ¿Qué sabemos de?
En cuanto a la promiscuidad catalítica, que implica que una misma enzima es funcional en reacciones que pertenecen a varias de las seis clases descritas en el cuadro de la imagen (tabla 1), es notorio el caso de la lipasa B de la levadura Candida antarctica. Esta enzima, a la que podríamos denominar la Mata Hari de la enzimología, se ha convertido en uno de los biocatalizadores con mayores aplicaciones industriales. Por citar algunas: cataliza reacciones diversas que incluyen la hidrólisis e interesterificación de grasas, la obtención de poliésteres, la síntesis de amidas, resoluciones racémicas, condensaciones aldólicas, epoxidaciones y la reacción de Mannich, que se usa por ejemplo para sintetizar fármacos, entre otras cosas. Como señalan algunos científicos, “es el momento de investigar nuevas reacciones para viejas enzimas”. Con ello aumentarán las posibilidades catalizadoras de las enzimas.
