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varias generaciones de diseños de motores emanaron del
grupo de Feringa, y la frecuencia de rotación se fue
aumentando paulatinamente. En 2014, por ejemplo, se
demostró que una estructura de motor optimizada giraba
con una frecuencia de más de 12 MHz (20). Asimismo, el
grupo de Feringa fue capaz de poner en movimiento una
estructura de “chasis” compuesta por cuatro motores (a
modo de ruedas), que pueden operar en diferentes sentidos
de giro, demostrando así la propulsión de un "nanocoche"
sobre una superficie (21).
Figura 6. David A. Leigh.
Sin el comité Nobel hubiese podido otorgar un cuarto
premio, sin lugar a dudas éste habría sido para David A.
Leigh de la Universidad de Manchester (Figura 6).
Leigh, imitando a los ribosomas, ha desarrollado una
síntesis peptídica efectuada por una maquina artificial. Así
describió en 2013 (22), el diseño, la síntesis y el
funcionamiento de una máquina artificial que moviéndose
a lo largo de una cadena molecular, recoge los
aminoácidos, particularmente colocados, que bloquean su
camino, para sintetizar un péptido con una secuencia
específica. La estructura química se basa en un rotaxano,
un anillo molecular enhebrado a un eje molecular. El anillo
lleva un grupo tiolato que iterativamente “engancha” los
aminoácidos en el orden de la cadena y los transfiere sobre
el mismo macrociclo para dar lugar a la formación de un
péptido. Este proceso genera cantidades de miligramos de
un péptido con una secuencia fijada y única, confirmada
por espectrometría de masas.
Por otra parte, Leigh ha desarrollado distintos aspectos
biomimeticos de las maquinas moleculares. Las proteínas
de las familias de actina y de tubulina son capaces de auto-
ensamblar formando los filamentos de actina y los
microtúbulos respectivamente. Sobre estos filamentos,
como si fueran raíles, se mueven las proteínas motoras de
las familias de la miosina, quinesina y dineína, un tipo de
motores moleculares que convierten la energía química de
la hidrólisis del ATP en trabajo mecánico. Estas proteínas
motoras son responsables de los mecanismos de la
contracción muscular, entre otros. Los “caminantes”
biológicos basados en ADN, explotan el apareamiento de
bases ortogonales y utilizan reacciones de desplazamiento
de cadena para controlar la asociación relativa de las partes
componentes, y dar lugar al movimiento. Los “caminantes
artificiales” aprovechan la reversibilidad de las
interacciones no covalentes débiles, así como la robustez
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Tomás Torres Cebada
de los enlaces covalentes dinámicos con el fin de
transportar fragmentos moleculares a lo largo de
superficies (23, 24, 25).
Leigh (26) ha preparado, una molécula pequeña,
doblemente funcionalizada en sus extremos, con dos “pies
lábiles” A y B que “andan” repetidamente a lo largo de
otra molécula mayor, que hace las veces de ruta molecular,
y que consta de cuatro puntos de apoyo (1, 2, 3 y 4) sobre
los que se produce el “paseo” (Figura 7). Todo ello en
respuesta a un entorno químico cambiante. Según se
produce el avance de la reacción entre los dos
componentes, el proceso de unión va a venir dado por los
dos pies o extremos A y B que van a ir moviéndose a
través de la ruta 1-2-3-4 dependiendo de las condiciones a
que se les someta, ácidas o básicas. El extremo A, un
grupo hidrazona, en condiciones ácidas va a ser lábil y
tendrá capacidad para cambiar de posición, mientras que
en condiciones básicas va a quedar bloqueado. El extremo
B, un grupo tiol, se comportará a la inversa. La alternancia
de estas condiciones va a permitir que el caminante sea
capaz de andar, lo que constituye un motor molecular
lineal artificial.
Leigh y sus colaboradores también han conseguido
recientemente un nuevo motor que consiste en un 2-
catenano, con un pequeño anillo orgánico enroscado en
torno a otro anillo mayor por el que puede desplazarse a
modo de vía (27). El movimiento se produce por difusión
entre dos lugares o estaciones. Grupos protectores
extraíbles situados en la pista del anillo principal evitan
que el pequeño pueda moverse marcha atrás, obligándolo a
difundir siempre hacia adelante. El combustible reacciona
para añadir o quitar grupos protectores.
4. CONCLUSIONES
La organización Nobel ha reconocido con el galardón
el trabajo de muchos químicos, representados por los tres
premiados, que han ayudado con su obra al avance de la
nanotecnología. Su objetivo era y es "construir máquinas
con las dimensiones de la escala nanométrica", emulando a
elementos presentes en la naturaleza.
- Es importante destacar el papel que en este campo
juega la síntesis orgánica. Se han puesto de manifiesto
recientemente magníficos ejemplos de desarrollos
sintéticos, así como de procesos de autoensamblado y
auto-organización que han permitido la construcción de
una variedad de máquinas moleculares artificiales.
- Ahora se sabe cómo controlar el movimiento en
arquitecturas moleculares, e incluso cómo se puede
utilizarlas para realizar algunas funciones básicas.
- El trabajo sinérgico de los químicos, junto con
físicos, biólogos farmacéuticos, médicos, ingenieros,
etc. arroja luz sobre los mecanismos de trabajo de las
máquinas moleculares biológicas y el establecimiento
de los principios básicos del diseño de las artificiales.
5. AGRADECIMIENTOS
La fuente principal de estudio para la elaboración de
este artículo ha sido el documento "The Nobel Prize in
@Real Academia Nacional de Farmacia. Spain