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Un equipo de investigadores de la Universidad de Ulm (Alemania) ha desarrollado un sistema molecular artificial capaz de desplazarse de forma autónoma a lo largo de una pista molecular utilizando combustible químico.
El avance, publicado en Nature Chemistry, supone un nuevo paso en el desarrollo de máquinas moleculares sintéticas capaces de transformar energía química en movimiento dirigido.
El sistema está formado por una molécula de fosfato que actúa como “caminante” y una estructura molecular de glicerol o inositol que funciona como pista. Para impulsar el movimiento, los investigadores emplearon EDC (1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida), un compuesto soluble en agua que actúa como combustible químico.
El mecanismo se basa en un ciclo de reacciones que genera temporalmente una estructura de fosfodiéster cíclico. Su posterior hidrólisis permite que el grupo fosfato avance hacia el siguiente punto de la pista. De esta manera, el sistema puede mantener el movimiento durante varias horas cuando se suministra combustible de forma continuada.
"Nuestro estudio demuestra claramente el efecto del combustible", afirma el autor principal, Patrick Alexander Hoffmann, del Instituto de Química Orgánica I. "Sin combustible, a lo largo de varias semanas el 90 % de las moléculas de fosfato se acumulan en el borde exterior de la vía de glicerina, en la posición más favorable desde el punto de vista energético. Con combustible, en cambio, tras unas dos horas, el 64 % se sitúa en la posición central, menos estable. El combustible impulsa al sistema hacia un estado que difícilmente alcanzaría por sí solo —en cierto modo, cuesta arriba".
En una de las configuraciones estudiadas, basada en una estructura de inositol, los investigadores lograron que el grupo fosfato recorriera cinco posiciones diferentes, completando cuatro pasos autónomos. El comportamiento contrasta con el observado en ausencia de combustible, cuando el desplazamiento es extremadamente lento o prácticamente inexistente.
El trabajo destaca porque combina en una misma máquina molecular autonomía, capacidad de avance paso a paso y asimetría cinética, características que hasta ahora habían resultado difíciles de integrar en sistemas artificiales de pequeño tamaño.
Los investigadores consideran que este tipo de sistemas podría servir como base para desarrollar futuras máquinas moleculares capaces de transportar cargas a escala nanométrica o realizar desplazamientos selectivos de determinadas moléculas. El estudio ha contado con financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) y de la Fundación Alemana de Investigación (DFG).
Fuente: Ulm Universität
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