Para evitar la degradación de ciertas substancias por efecto de la luz ultravioleta y visible, se incluyen en ellas elementos que no alteren sus propiedades, pero que absorban la radiación perjudicial, la transformen y emitan poco, de un modo que no dañe. En este sentido, es importante conocer el mecanismo a nivel molecular mediante el cual dichas sustancias realizan esta transformación en cada situación.
Durante 15 años se ha estudiado cómo la molécula orgánica 1-hidroxi-2-acetonaftona (HAN) absorbe luz, la transforma y la emite. Los últimos pasos de la investigación se han concentrado en las características de esa luz emitida.
Con un trabajo teórico-experimental, realizado por Javier Catalán y José Luís García de Paz del Departamento de Química Física Aplicada de la UAM, la ciencia ha podido explicar ahora el comportamiento de esta molécula pues, tras absorber luz, presenta varias estructuras moleculares estables que explican cómo ésta molécula emite posteriormente radiación luminosa.Los resultados se publican en la revista Journal of Physical Chemistry A.
Los investigadores lo explican así: "Tras recibir determinada radiación luminosa, la molécula HAN emite luz en un fenómeno conocido como fluorescencia. Las características de la luz emitida por el HAN difieren de las de moléculas parecidas, sin el anillo bencénico de la izquierda o sin el grupo –CH3 de la derecha". De hecho, el HAN tiene dos emisiones distintas de luz fluorescente que precisan de una explicación diferente. De esta forma, los científicos han estudiado la molécula tanto por técnicas espectroscópicas “clásicas”, como por la moderna 'femtoquímica' (metodología que permite seguir el movimiento de los átomos que transcurren en tiempos de femtosegundos).
El HAN posee un átomo de oxígeno unido a un átomo de hidrógeno, el cual también presenta una atracción con el otro oxígeno a su derecha, formando lo que se conoce como un “enlace de hidrógeno intramolecular” que, en este caso, es muy fuerte. Gran parte de las propiedades de las moléculas que poseen en su estructura un fragmento H-O-C-C-C-O se pueden explicar debido a que el átomo de hidrógeno podría pasar de estar unido a un átomo de oxígeno a estarlo con el otro, bien antes de absorber luz, o bien después de ello. La emisión de luz posterior depende de la posición del hidrógeno.
¿Transferencia de hidrógeno enre dos oxígenos?
Ha habido gran controversia teórico-experimental sobre la posibilidad de producir la transferencia del hidrógeno entre los dos oxígenos, tanto antes de que el HAN absorba energía luminosa, como después de que lo haya hecho y esté en lo que se conoce como “estado excitado”. El interés reside en saber cómo esto influye en la forma y características de la luz que la molécula emite a continuación, ya que "conocer este mecanismo ayuda a comprender el comportamiento de sistemas moleculares mayores".
Los investigadores han explicado las medidas experimentales de emisión de luz, tanto las realizadas por otros autores como por el grupo de Catalán y García de Paz, a diferentes temperaturas, primero indicando que la transferencia del hidrógeno de un oxígeno a otro no ocurre espontáneamente antes de la absorción de luz.
Los científicos concluyen que la emisión de luz fluorescente, que tiene una forma especial al ser analizada con los aparatos de medida, se explica porque, después de absorber radiación luminosa, hay dos estructuras moleculares que no transfieren hidrógeno, con parecido gasto energético para ser formadas, y que difieren solamente en la rotación del grupo –CH3 alrededor del enlace C-C.
Ninguna otra rotación de enlaces tiene estabilidad suficiente para explicar la evidencia experimental. Tampoco una estructura transferida del hidrógeno en el estado excitado podría explicar las evidencias experimentales.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido la mitad de este galardón al bioquímico estadounidense David Baker por diseñar desde cero nuevas proteínas mediante su programa RoseTTAFold. La otra mitad la comparten el británico Demis Hassabis y el también estadounidense John M. Jumper, ambos de la empresa DeepMind de Google, que lograron predecir las estructura proteicas con IA.
Un estudio internacional con participación del CSIC ha demostrado que reemplazar un solo átomo en posiciones estratégicas de la secuencia genética puede revertir su dirección de rotación. Según los autores, el hallazgo podría convertirse en una importante diana terapéutica al desempeñar un papel importante en diversos procesos biológicos.
