Una investigación en la que ha colaborado un grupo del departamento de Química Física de la UPV/EHU ha resuelto el equilibrio tautomérico (un tipo de isomerismo en el que los dos isómeros están en equilibrio) de un sistema modelo de gran interés biológico. El trabajo fue posible gracias a la construcción de un equipo que desarrollaron ellos mismos para caracterizar estructuras de moléculas de manera muy precisa. La investigación ha permitido poner fin a la controversia que existía entre los experimentos previos y cálculos teóricos que daban resultados contradictorios y no concluyentes.

El estudio soluciona un problema que se da entre las diferentes formas moleculares de un equilibrio tautomérico de gran importancia biológica. Por ejemplo, aparece en las cadenas del ADN. Se denomina equilibrio tautomérico a varias estructuras que se diferencian solo en la posición de un grupo funcional, y existe un equilibrio químico entre las estructuras y hay una migración de un átomo o grupo. El objeto de estudio fue el sistema modelo 2-hidroxipiridina/2-piridona, donde coexisten tres estructuras diferentes bajo la misma fórmula molecular y la diferencia entre ellas radica en la posición que toman los diversos átomos que las componen. «Al tener estructuras distintas, también desempeñarán funciones biológicas diferentes», explica Cocinero.

En el caso que nos ocupa, «los experimentos previos daban resultados contradictorios, apuntando a diferentes estructuras como forma predominante y dependían de cómo hubiera sido realizado el experimento. Los cálculos teóricos tampoco solucionaban el problema porque según la metodología utilizada apuntaban de nuevo a respuestas diferentes, sin poder establecer cuál era la forma dominante en este equilibrio tan importante biológicamente» describe Cocinero. Su investigación, no obstante, ha dado solución a esta situación.

Para su estudio, tomaron como punto de partida que el equilibrio tautomérico de este sistema depende en gran medida del medio en el que se encuentre, así como del estado en el que esté, es decir, si está en estado sólido, en disolución o en fase gaseosa. Con el fin de evitar las interferencias que pueda ejercer el medio en este sistema, «lo primero fue caracterizar la estructura de las moléculas teniendo a éstas aisladas, tomando una única molécula», explica Cocinero. Para la caracterización utilizaron «la espectroscopía de microondas, la técnica de caracterización estructural más precisa que existe actualmente, y que muy pocos grupos en el mundo tienen, debido a que no existen equipos comerciales», añade.

Posteriormente, realizaron simulaciones teóricas teniendo en cuenta el efecto de diferentes disolventes. Estos cálculos les permitieron corregir el error sistemático que se producía en las simulaciones teóricas con los valores observados experimentalmente en su laboratorio e introdujeron correcciones para predecir otros sistemas análogos.

A lo largo del trabajo experimental, pusieron especial interés en determinar el efecto de añadir una molécula de cloro en el sistema e ir variando la posición donde se insertaba en su estructura. Así lo explica Cocinero: «El cloro aparece en muchos sistemas químicos, y es una manera fácil de modificar las propiedades de la molécula, potenciando una de las estructuras frente a las otras y por tanto modulando la función que va a desempeñar en la naturaleza. La introducción de átomos, grupos o elementos externos es una metodología muy utilizada en el diseño de fármacos para conseguir el efecto o la respuesta deseada», detalla el investigador.

Referencia:

C. Calabrese, A. Maris, I. Uriarte, E. J. Cocinero, S. Melandri. (2017) Effects of Chlorination on the Tautomeric Equilibrium of 2-Hydroxypyridine: Experiment and Theory. Chemistry – A European Journal. doi: 10.1002/chem.201605977

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa