Estrellas, quiralidad y las moleculas de la vida

[artemis]

Hola a todos!

Hoy he tenido una interesante clase de estereoquímica, en la que exploramos los posibles orígenes de la quiralidad molecular, llevándonos a hablar de supernovas, nebulosas, y la presencia de de moléculas orgánicas fuera de nuestro planeta. Me gustaría contarles un poco acerca de este tema que unifica a la química, biología y astrofísica, recordándonos que la ciencia es una sola.

Pero bueno, ¿Qué es la quiralidad, que relación guarda con las estrellas y con el origen de la vida?

En nuestro universo cotidiano, lidiamos con objetos quirales todo el tiempo. De hecho nuestras manos dieron origen al término quiral. Ellas son un reflejo mutuo, si las enfrentamos coinciden punto por punto, pero al intentar superponerlas no es posible (intentar poner la mano derecha en un guante izquierdo, o lo mismo con el pie y un zapato). Esto se debe a que dichos objetos quirales son asimétricos.

La quiralidad también se encuentra a nivel molecular, y allí las moléculas especulares se llaman enantiómeros, una clase especial de isómeros. La vida basa su entera química en ellos.

Pero lo curioso es que la vida se sustenta solamente en un lado del espejo. Los aminoácidos naturales que forman a las proteínas, pertenecen a la serie L y los azúcares que forman los polisacáridos y se encuentran en las bases de los ácidos nucléicos pertenecen a la serie D. Y nada hay de sus imágenes especulares (D-aminoácidos y L-azúcares) en un organismo vivo.

Se han hallado D-aminoácidos y L-azucares pero en proporciones siempre inferiores a sus imágenes especulares fuera de los organismos, pero al parecer la vida magnifica dicha diferencia.

¿Cuál es el origen de esta selección por parte de la naturaleza?

Ha sido un misterio desde que Pasteur apreció por primera vez en el ácido tartárico que existen dichos enantiómeros. Teorías no hay muchas, son recientes, y la mayoría apuntan hacia el cielo.

Dentro de las teorías terrenales hay una que explica el exceso enantiomérico debido a la asimetría de algunos cristales, que actuarían como catalizadores en la formación de estas biomoléculas. Pero habla de exceso de un enantiómero sobre otro, no de la completa ausencia de uno de ellos.

En los últimos 20 años, han surgido teorías que relacionan fenómenos estelares con estos compuestos, bases de la vida.

En 2004 se publicó un artículo donde se relaciona el exceso de los l-aminoácidos con explosiones de supernovas, e inclusive quizá con la formación de agujeros negros.

La presencia de campos magnéticos masivos en una estrella de neutrones, hace que los espines de los enantiómero de un aminoácido se alineen de forma diferente con el campo. Cuando esta emite neutrinos y antineutrinos, se propagan a través de las líneas del campo reaccionando con el N14 formando C14 y O14 (neutrinos y antineutrinos, respectivamente) y destruyendo el aminoácido.

Como soy químico y no físico, explicar las reacciones nucleares no es mi especialidad, trato de ser lo más claro posible .

En base a la conservación del espín, resulta ser que los neutrinos destruyen a los aminoácidos de cierta quiralidad en uno de los polos, y los antineutrinos a los de quiralidad opuesta en el otro polo. Como esta última reacción es menos probable energéticamente hablando, resulta que quedaría un exceso enantiomérico en el remanente de la supernova.

Como es de sospechar, en un evento tan violento como una supernova, la emisión de rayos gama podría destruir cualquier tipo de molécula orgánica. Pero supuestamente si lo que queda es un agujero negro, parte de la radiación emitida nunca alcanzaría a dichas sustancias.

Una publicación más reciente, del año 2010. Hace foco en otro tipo de evento: la formación de estrellas y las nebulosas.

Un equipo de astrónomos japoneses detectó radiación infrarroja polarizada circularmente en una amplia región de la nebulosa de Orión. La forma en la que un par de enantiómero interactúa con la luz polarizada, es la única propiedad física que permite diferenciarlos.

Se sospecha que la constante irradiación destruye una de las dos formas, pero sería más razonable que dicha radiación pertenezca a la región del UV y no el IR.

Recientemente, en 2014, se ha encontrado que existe un relación entre los campos magnéticos y la radiación con luz UV sobre moléculas quirales (depositadas sobre una superficie metálica sometida a un gran campo magnético e irradiadas, demostraron un comportamiento diferente sugiriendo que una de ellas puede destruirse más fácilmente que la otra)

Para terminar, el exceso de unos enantiómeros sobre otros se extiende a otras partes del universo, como lo prueban las diferentes muestras analizadas en meteoritos. Como siempre es posible la contaminación atmosférica de los residuos colectados, se esperan los resultados definitivos de la misión Rosetta que analizó la superficie del cometa Churiúmov-Guerasimenko a fines del 2014.

Como verán, el tema recién comienza a explorarse, y cuando se hallen pruebas definitivas, quizás sea posible explicar la química molecular de la vida.

Espero que les haya gustado. Les dejo algunas lecturas adicionales y las fuentes originales de algunas de las publicaciones:

• 
  

http://axxon.com.ar/noticias/2010/05/la ... stra-vida/
http://www.newscientist.com/article/mg2 ... irror.html
http://institutocopernico.org/mensajero ... la-tierra/
http://subarutelescope.org/Topics/2010/07/29/index.html
http://www.uam.es/ss/Satellite/es/12426 ... tismo..htm

[sagitario blues]

Un post magnífico, me encantó.

Qué sana envidia siento hacia los hombres y mujeres que han estudiado.

Gracias.

Sergio

[marcelo2010]

Exelente post, gracias por tanta data.

Saludos.

[artemis]

Un post magnífico, me encantó.

Qué sana envidia siento hacia los hombres y mujeres que han estudiado.

Gracias.

Sergio

Gracias Sergio! Me alegra que te haya gustado, para mi es un placer divulgar la química, que como veras, está presente en todos los rincones del universo

Y ahora que estoy enganchado con la astronomía encuentro nexos por todos lados

Saludos!

[artemis]

Exelente post, gracias por tanta data.

Saludos.

Gracias marcelo,

la verdad que el desarrollo de este tema está en pañales, y me cuesta imaginar las repercusiones cuando se encuentre mas evidencia empirica y se elucide algun mecanismo que en ella se sustente.

Saludos

[Tunitas]

Muy buen informe ,agende las fuentes que dejaste para leer detenidamente ,no como para estudio pero para informarme y entender cuando hablan de ciertos terminos , espero se recupere informacion del Philae de la mision Roseta ,la estuve siguiendo el año pasado.

[artemis]

Muy buen informe ,agende las fuentes que dejaste para leer detenidamente ,no como para estudio pero para informarme y entender cuando hablan de ciertos terminos , espero se recupere informacion del Philae de la mision Roseta ,la estuve siguiendo el año pasado.

Gracias! Te recomiendo la de axxon.com.ar, alli hay buenos artículos de divulgación, tomados y traducidos fielmente de publicaciones recientes

Saludos! !

Pablo