CIUDAD DE MÉXICO (apro).- La simetría y asimetría del universo nos debería hacer pensar que este es un concepto profundo, que impacta en todas las manifestaciones de la Naturaleza. Y esto incluso podría ser la razón de la vida misma. En 1848 Louis Pasteur examinaba unas sales de ácido tartárico bajo el microscopio, y notó que se formaban dos tipos de cristales, uno siendo la imagen especular del otro. Al separar ambos en agua, formó dos soluciones que iluminó con un rayo de luz. Para su sorpresa, una solución polarizaba la luz hacia la derecha mientras que la otra hacia la izquierda.

Esto llevó al científico a desarrollar una teoría sobre la estructura molecular cuando contaba con tan solo 25 años. Pasteur postuló en ese entonces que dos formas diferentes de los cristales de la sal y su capacidad para polarizar la luz de forma diferente, se derivaba del hecho de que las moléculas de la sal estaban hechas por dos tipos: moléculas izquierdas y moléculas derechas.

En 1857 Pasteur hizo otro descubrimiento notable: ciertos hongos que crecían en un plato que contenía una solución ópticamente inactiva, no polarizaban la luz. Pero Pasteur verificó entonces el efecto iluminándolo con un rayo de luz. La solución contaminada entonces se mostró polarizada. Los microorganismos habían cambiado una solución inactiva ópticamente a una solución activa. De acuerdo a su teoría molecular, Pasteur pensó que la solución original era inactiva ópticamente porque contenía un número igual de moléculas izquierdas y derechas. El hongo había reaccionado químicamente con un tipo, dejando en la solución una mayor cantidad de moléculas izquierdas o derechas. Este desbalance provocaba que la sustancia fuese activa ópticamente.

Y entonces Pasteur se dio cuenta que la química de la vida prefería una polarización, algo así como una preferencia entre izquierda y derecha. Y esto en el fondo equivalía a que se rompía la simetría y que esto era un elemento fundamental para distinguir entre lo vivo y lo que no tiene vida. Pasteur escribió: “La vida se nos manifiesta y es una función de la asimetría del universo y de las consecuencias de este hecho” Y poco después, frente a la Academia de Ciencias de Francia, Pasteur declaraba su gran conjetura: “el universo es asimétrico”[1].

Pero fue Pierre Eugène Marcellin Berthelot (1827-1907)[2]quien mostró en la misma época de Pasteur que la levadura secretaba una enzima (llamada “invertase”), que actuaba sobre la sacarosa del azúcar de mesa. Berthelot mostró que la sacarosa era dextro-rotada pero que se volvía levo-rotada después de su exposición a la levadura[3]. Dicho de otra manera, estas estructuras tenían una preferencia hacia la izquierda o derecha[4].

Eventualmente la conjetura de Pasteur terminó confirmándose y más aún, está mucho más extendida de lo que nadie hubiese pensado. La ciencia ha revelado que la simetría especular frecuentemente está ausente en la Naturaleza. Las moléculas, como Pasteur halló, tienen esta propiedad llamada “la quiralidad”, la cual es una preferencia por la izquierda o la derecha. Los químicos de hecho se refieren a moléculas l-enantiómeros (de “levo”- izquierda) y d-enantiómeros (de “dextro”-derecha)[5].

Las formas enantioméricas[6]se encuentran en muchas sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas y esto esencialmente es crucial para el desarrollo de la vida, específicamente cuando hablamos de proteínas, las cuales  son las responsables de las estructura y regulación química de las células vivas, como el ADN, que es la molécula que lleva la carga genética.

Una proteína es una molécula, un polímero, es decir, una larga cadena de pequeñas moléculas las cuales son en este caso, una cadena de aminoácidos. Y aunque hay cientos de aminoácidos, todas las proteínas están hechas de los mismos 20 aminoácidos. Curiosamente, todos los aminoácidos, a excepción de la glicina, son quirales, es decir, tienen una preferencia a la izquierda o la derecha, es decir, son levo o dextro enantiómeros. Pero para hacer las cosas más extrañas, las proteínas están hechas exclusivamente de aminoácidos levógiros[7].

La función de ciertas proteínas, a las cuales se les llaman enzimas, es catalizar las reacciones biomoleculares, es decir, acelerarlas, incluyendo la síntesis de otras proteínas. La capacidad de catalización de las enzimas depende de su estructura tridimensional la cual depende, increíblemente, de su secuencia de aminoácidos levógiros. Por ejemplo, las cadenas de aminoácidos sintéticos hechos de enantiómeros L y D no giran de forma tal que son eficientes para la actividad catalítica, o dicho de otra manera, no pueden formar la estructura denominada la hélice alpha, que está presente en la mayoría de las enzimas.

Todo esto habla de que la quiralidad es la clave de las moléculas de los organismos vivos y que la química humana, por ejemplo, es muy sensible a las diferencias enantiómeras. Un caso en donde se observó esto fue en el de la talidomida, una medicina desarrollada por la empresa alemana Grünenthal GmbH, fármaco que fue comercializado entre los años 1957 y 1963 como sedante y calmante de las náuseas durante los tres primeros meses de embarazo.

Pero desafortunadamente el medicamento provocó miles de nacimientos de bebés afectados de focomelia, anomalía congénita que se caracterizaba por la carencia o excesiva cortedad de las extremidades. Posteriormente se encontró que había dos talidomidas distintas (con la misma forma molecular), en las cuales cambiaba la disposición de los grupos en un carbono, cosa que hasta entonces no se tenía en cuenta. Se trataba, por tanto, de una sola molécula con dos enantiómeros. Se encuentran pues (según la nomenclatura actual), la forma R (que producía el efecto sedante que se buscaba) y la S (que producía efectos que causaban focomelia). Este descubrimiento produjo que a partir de ese momento se tuviese en cuenta la estereoisomería en moléculas, utilizando el sistema R/S en la actualidad[8].

Como las proteínas, los ácidos nucleicos del ADN y del ARN son polímeros que existen en la Naturaleza en solamente una quiralidad. Cada uno de ellos está compuesto de cuatro tipos de sub-unidades, cada una incorporando un grupo con una quiralidad específica. El ADN y el ARN forman normalmente hélices giradas hacia la derecha como resultado de ciertos azúcares D. La replicación correcta de los ácidos nucleicos dependen de la actividad de las proteínas hechas de los aminoácidos L.

Así pues, hay una gran preferencia en la química de la vida a los aminoácidos L y a los azúcares D sobre sus contrapartes especulares y para hacer el escenario más complejo todo parece explicarse a partir de las interacciones electromagnéticas que ocurren cuando estos procesos ocurren[9]. Y como veremos más adelante, la paridad, la simetría, no se conserva en el mundo que se antoja impenetrable, el de la mecánica cuántica.

[1] Roger A. Hegstrom y Dilip K. Kondepudi, The Handedness of the Universe, Scientific American, Enero 1990.

[2]https://es.wikipedia.org/wiki/Marcellin_Berthelot

[3]http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1097-0061%2820000615%2916:8%3C755::AID-YEA587%3E3.0.CO;2-4/full

[4]https://www.quora.com/What-did-Pasteur-mean-when-saying-The-universe-is-asymmetric-and-I-am-persuaded-that-life-as-it-is-known-to-us-is-a-direct-result-of-the-asymmetry-of-the-universe-or-of-its-indirect-consequences-The-universe-is-asymmetric

[5] Esta notación es herencia de los estudios del propio Pasteur sobre la rotación (o polarización) de la luz.

[6] En química, un enantiómero es también conocido como un isómero óptico y es uno de los dos estereoisómeros que son imágenes especulares, uno del otro y no se pueden superponer, es decir, no son estrictamente idénticas. https://en.wikipedia.org/wiki/Enantiomer

[7] A excepción quizás de los polipéptidos que contienen dextro-aminoácidos, aunque esto es un caso extremadamente raro.

[8]https://es.wikipedia.org/wiki/Talidomida

[9] Martin Gardner, The New Ambidextrous Universe, W.H. Freeman and Co., 1990