[ Back to EurekAlert! ] Public release date: 28-Feb-2005

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Universitat Autonoma de Barcelona

Científicos de la UAB descubren el origen de una misteriosa fuerza física

La investigación puede mejorar el diseño de productos para las industrias química, farmacéutica y alimentaria.



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Científicos de la Universitat Autònoma de Barcelona y del Imperial College de Londres han encontrado la explicación del origen de la fuerza de hidración, un fenómeno por el que algunas especies químicas y bioquímicas complejas (entre ellas el DNA y otras moléculas con carga electrostática) se repelen a distancias muy cortas cuando están rodeadas de agua. La investigación puede mejorar el diseño de productos químicos de gran interés para las industrias química, farmacéutica y alimentaria.

Desde los años 70, los científicos han intentado comprender cual es el origen de una fuerza de repulsión que aparece entre las moléculas con carga electrostática, como el DNA y otras biomoléculas, cuando se encuentran situadas a distancias muy cortas y en medio acuoso. La fuerza fue bautizada como fuerza de hidración.

Jordi Faraudo, investigador del Departamento de Física de la UAB, y Fernando Bresme, del Departamento de Química del l’Imperial College de Londres, han estudiado en detalle esta misteriosa fuerza y han descubierto su origen.

Del mismo modo que una bandera ondea según la dirección en que sopla el viento, en el ámbito microscópico las moléculas de agua tienen un comportamiento similar y se orientan débilmente en la dirección en que apunta un campo eléctrico. Pero si el agua está en contacto con superficies que crean pequeños campos eléctricos, como es el caso del agua en contacto con compuestos químicos como los presentes en muchos detergentes, esto no es así: las moléculas de agua tienen una capacidad sorprendente de organizarse en estructuras complejas que se orientan fuertemente para anular el campo eléctrico e, incluso, invertirlo. Este comportamiento anómalo del agua fue descubierto por los mismos investigadores y publicado en Physical Review Letters en abril del año pasado.

Ahora, los científicos han descubierto que esta extraña propiedad es la responsable de la fuerza de hidración que aparece cuando el agua rodea determinados tipos de moléculas con carga electrostática, como la de DNA y ciertos compuestos biológicos, así como cuando se forman películas finas de detergentes. El descubrimiento se publica en la última edición de Physical Review Letters.

El agua es el disolvente en el que tienen lugar numerosos procesos físicos y la mayoría de los procesos químicos y biológicos. Por lo tanto, comprender mejor la naturaleza de las interacciones entre moléculas disueltas en agua es esencial para entender muchos de estos procesos. Entre ellos destacan la adhesión de las substancias a las membranas celulares y el repliegue de las proteínas. Ambos procesos son fundamentales en la investigación biomédica, ya que buena parte del diseño de nuevos fármacos está basado en conocer como las substancias atraviesan la membrana de las células para introducirse en ellas. A menudo, estos fármacos son proteínas diseñadas para bloquear o potenciar la acción de otras substancias. En estos casos, conocer con precisión el repliegue de las proteínas es fundamental, ya que según la forma que adopten en el espacio al doblarse pueden actuar con mayor o menor eficacia.

Conocer bien las propiedades de esta fuerza, que aparece en los procesos de adhesión entre moléculas rodeadas de agua, también tiene aplicaciones en la industria química. Concretamente en todos los casos en que se tiene que conseguir la estabilidad de suspensiones coloidales, como en la elaboración de pinturas, de cosméticos y de alimentos como los yogures o las mayonesas.

Imágenes:

Simulaciones por ordenador del comportamiento anómalo de las moléculas de agua atrapadas entre dos capas de detergente.

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