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La ventana de la UJI UNA COLABORACIÓN DE LA JAUME I

El año de la Cristalografía


05/01/2014

 

En julio de 2012, la Asamblea General de las Naciones Unidas designó 2014 como el Año Internacional de Cristalografía, 100 años después de la concesión del Premio Nobel de Física a Max Von Laue por el descubrimiento de la difracción de los rayos X por los cristales. El Año Internacional de Cristalografía 2014 (IYCr2014, http://www.iycr2014.org/home) conmemora no solo el centenario de la difracción de los rayos X, sino también el 400 aniversario de la observación de Kepler, en 1611, de la forma simétrica de los cristales de hielo, que supuso el comienzo del estudio del papel de la simetría en la materia.

Con esta importante distinción se reconoce el papel que la cristalografía juega en la comprensión material de nuestro mundo, subrayando que la enseñanza y aplicación de la misma es fundamental para hacer frente a múltiples desafíos, esenciales para el desarrollo de la humanidad.

El descubrimiento de los rayos X a finales del siglo XIX (Röntgen, premio Nobel de Física en 1901) acabó revolucionando el antiguo campo de la cristalografía, que hasta entonces había estudiado exclusivamente la morfología de los minerales. El fenómeno de la interacción de esa extraña radiación con los cristales, descubierto durante la primera década del siglo XX, demostró que los rayos X tenían naturaleza electromagnética, de longitud de onda del orden de unos pocos nanómetros, y que la estructura interna de los cristales era discreta y periódica, en redes tridimensionales, con separaciones del orden de la longitud de onda de esos misteriosos rayos recién descubiertos (Bragg, padre e hijo, premios Nobel de Física en 1915). Estos hechos provocaron que, desde el siglo XX, la cristalografía se convirtiera en una de las disciplinas básicas para muchas ramas de la Ciencia, y en especial de la Física y Química de la materia condensada, de la Biología y de la Biomedicina.

Por qué el agua hierve a 100ºC y el metano a -161ºC?, ¿por qué la sangre es roja y la hierba es verde?, ¿por qué el diamante es duro y la cera es blanda?, ¿por qué los glaciares fluyen y el hierro se endurece al golpearlo?, ¿cómo se contraen los músculos?, ¿cómo la luz del sol hace que las plantas crezcan y cómo los organismos vivos han sido capaces de evolucionar hacia formas cada vez más complejas? ... Las respuestas a todos estos problemas han venido del análisis estructural (Max Perutz, julio de 1996, Churchill College, Cambridge).

Con estas palabras, pronunciadas por Max Perutz (premio Nobel de Química en 1962), se puede hacer una idea el lector interesado en el fascinante mundo de la cristalografía de la importancia de esta ciencia. Gracias a la cristalografía hemos podido averiguar, a través del esfuerzo de científicos durante muchos años, cómo son los cristales, las moléculas (Hauptman y Karle, premios Nobel de Química en 1985), las hormonas, los ácidos nucleicos, los enzimas, las proteínas..., a qué se deben sus propiedades y cómo podemos entender su funcionamiento en una reacción química, tanto en un tubo de ensayo como en el interior de un ser vivo, desde una bacteria al ser humano.

Gracias al conocimiento estructural que nos proporciona la cristalografía somos capaces de producir nuevos materiales con propiedades prediseñadas (Rietveld, premio Aminoff en 1995), desde catalizadores para una reacción química de interés industrial, hasta pasta de dientes, placas de vitrocerámica, materiales de gran dureza para uso quirúrgico, o determinados componentes para aviones, pasando por fullerenos (Curl, Kroto y Smalley, premios Nobel de Química en 1996) y grafenos (Geim y Novoselov, premios Nobel de Física en 2010), sin olvidar los cuasicristales (Shechtman, premio Nobel de Química en 2011), por poner solo algunos ejemplos.

Más aún, la cristalografía nos proporcionó los secretos estructurales del ADN (Crick, Watson y Wilkins, premios Nobel de Fisiología y Medicina en 1962), el llamado código genético. Podemos aumentar la resistencia de las plantas frente al deterioro medioambiental (Kornberg, premio Nobel de Química en 2006). Somos capaces de comprender, modificar o inhibir enzimas implicados en procesos fundamentales de la vida e importantes para mecanismos de señalización que ocurren en el interior de nuestras células, como el cáncer (Lefkowitz y Koblika, premios Nobel de Química en 2012). Gracias al conocimiento de la estructura del ribosoma (Ramakrishnan, Steistz y Yonah, premios Nobel de Química en 2009), la mayor fábrica de proteínas de nuestras células, podemos entender el funcionamiento de los antibióticos y modificar su estructura para mejorar su eficacia. De la estructura de enzimas (Sumner, premio Nobel de Química en 1946), producidos por ciertos virus, hemos aprendido cómo combatir bacterias con alta resistencia a antibióticos, y ya somos capaces de desentrañar las sutiles maquinarias de defensa que han desarrollado estos gérmenes, con lo que no es un sueño pensar que podremos combatirlos con herramientas alternativas a los antibióticos.

Como consecuencia de todos estos descubrimientos y avances, podemos concluir que la cristalografía es una de las ramas científicas con mayor carácter multidisciplinar, al unir diferentes áreas de investigación frontera, y es la disciplina que, directa o indirectamente, ha generado el mayor número de laureados con el Premio Nobel a lo largo de la historia: 18 premios Nobel de Química, 10 premios Nobel de Física y un premio Nobel de Fisiología y Medicina.

Para conmemorar en Año Internacional de la Cristalografía, la Comisión Española del IYC (www.iycr2014.org/countries/spain) está desarrollando en Castellón distintas acciones, entre las que se encuentran el concurso de Cristalización en la Escuela, en colaboración con CEFIRE y la Ciudad de las Artes y las Ciencias y la Escuela sobre el Método de Rietveld que se celebra en la Universitat Jaume I. H

*Profesor del Departamento de Química Inorgánica y Orgánica de la UJI

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