Los cristales: esenciales desde el ADN al grafeno

Cristalografía

El 2014 se ha considerado el Año Internacional de la Cristolagrafía / DA

Fui capturada para la vida por la química y por los cristales”. La cristalógrafa y premio nobel de química Dorothy Hogdkin (1910-1994) enunció esta sentencia hace ya varias décadas tras determinar la estructura de biomoléculas tan importantes para la comprensión de la vida tales como el colesterol, la penicilina, la vitamina B12, la insulina, la vitamina D2, entre otras.

En este año se conmemora el centenario de los primeros trabajos de cristalografía de rayos X realizados por también los laureados con el Nobel de Física Sir William Bragg, inventor del espectrómetro de rayos X, junto con su hijo, Lawrence Bragg, en los cuales determinaron la estructura de muchas sustancias como el diamante y el cloruro de sodio.

Por ello, 2014 ha sido declarado por la Unesco como Año Internacional de la Cristalografía. Dicha rama de la ciencia estudia el crecimiento, la estructura y las propiedades físicas de los cristales. La cristalografía de rayos X permite conocer la posición de los átomos en un cristal y poder medir la posición entre ellos.
Si se recogen los rayos X que han atravesado el cristal en una placa fotográfica y después se revela se obtienen unas manchas.

Existe una relación entre la distancia entre los átomos en el cristal y los ángulos que forman las manchas en la fotografía.

Su principal objetivo es el de dar a conocer esta ciencia, importante para industrias como la alimentaria, la farmacéutica, la electrónica y la industria de los nuevos materiales, sin olvidar los minerales y las piedras preciosas. En la actualidad se siguen utilizando los rayos X, aunque gracias a el desarrollo de la informática, los expertos han sido capaces de desarrollar herramientas teóricas y experimentales para deconstruir ese conjunto de manchas que registra la técnica y convertirlos en imágenes de moléculas.

Moléculas de cualquier tipo de material, desde la sal común de mesa hasta los medicamentos más eficaces, pasando por complejas moléculas de la vida: ácidos nucleicos, virus y proteínas. Por ejemplo, la cristalografía jugó un papel trascendental en el año 1953, cuando Watson y Crick, junto con la valiosísima aportación de Rosalind Franklin, establecieron por difracción de rayos X la estructura de la doble hélice del ADN, abriendo con ello el desarrollo de la genética molecular.

Según palabras del experto en cristalografía Juan Manuel García-Ruiz, del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (CSIC): “Todo está basado en la tecnología del cristal. Abres los ojos y ves que el despertador marca las 6.30 en unos números dibujados por cristales líquidos, te levantas de la cama y te levantas gracias a un esqueleto de cristales de fosfato cálcico, tomas un café, lo endulzas con cubos de azúcar cristalizada y te cepillas los dientes con una pasta basada en nanocristales”.

Destacar que en la cristalografía no es lo mismo cristal que vidrio, aunque la Real Academia Española acepte en la definición de cristal las acepciones: “lente de las gafas” o “pieza de vidrio u otra sustancia semejante que cubre un hueco de una ventana”. Para los cristalógrafos, “los cristales” de las gafas y las ventanas son vidrios, porque sus moléculas, al contrario que en los cristales, están desordenadas. Precisamente es este orden el que da las propiedades únicas y sorprendentes a los cristales: “cristalizar es ordenar”.

La fascinación que los humanos tenemos por los cristales es de origen ancestral. Fueron objetos de culto por su singularidad y belleza armónica de líneas rectas tan distintas de las curvas que traza la vida. Por ellos los hombres mataron, con ellos amaron, y a ellos le atribuyeron infundadas propiedades mágicas que aun hoy perduran.
Los cristales son la base de la tecnología para láseres, semiconductores y superconductores, materiales fotovoltaicos o baterías… También serán la base de la tecnología del futuro a través del grafeno o cuasicristales.

Son valiosos en la industria de la alimentación, en agricultura y en cosmética. Y en forma de minerales atesoran información sobre la historia de nuestro planeta y de otros mundos, una información que todavía tenemos que descodificar.

Pero sobre todo son el único “microscopio” que tenemos para llegar a ver la organización de los átomos y moléculas que forman la materia. Gracias a la interacción de los cristales con los rayos X conocemos la estructura del ADN y de las proteínas.

A través de la metodología desarrollada por los cristalógrafos se puede estudiar la estructura de las medicinas y sus mecanismos de acción. Gracias a la cristalografía se comprende la vida y se salvan vidas. No es de extrañar que esta disciplina, desconocida para muchos, haya dado por ahora veintiocho Premios Nobel a lo largo de la historia.