2015 Año Internacional de la Luz

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/306/15
México, D.F., 22 de diciembre de 2015

• La investigación del doctor Jorge Peón Peralta consiste en “tomar fotografías” a las moléculas conforme va ocurriendo una reacción química; utilizando breves pulsos de luz se puede ver cómo se reacomodan los átomos, lo que equivale a congelar en el tiempo a las moléculas mientras se transforman.
• Como resultado de cuatro años de investigación se encuentra en proceso de revisión la patente de una molécula que se vuelve fluorescente al ser activada con luz; se busca que sirva en el estudio de diferentes procesos celulares.

Con el arreglo de microscopía confocal se ha logrado reconstruir la imagen de nanoesferas fluorescentes de 30 nanómetros de diámetro.
Imagen: Cortesía del grupo de investigación del Laboratorio de Espectroscopia Láser del Instituto de Química de la UNAM.
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La transformación de una molécula en otra durante una reacción química ocurre en secuencia, y cuando un investigador entiende el mecanismo de una reacción tiene la posibilidad de hacer modificaciones y con ello obtener mejores resultados o moléculas nuevas. Una de las líneas de investigación del Laboratorio de Espectroscopia Láser del Instituto de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), en las que el doctor Jorge Peón Peralta y su equipo de investigación trabajan, consiste en “tomar fotografías” a las moléculas conforme va ocurriendo una reacción química.

Para un especialista que se dedica a la química dichas imágenes no significan lo mismo que para la mayoría de las personas, lo que se obtiene a través de la espectroscopia láser, y a lo que podemos llamar una imagen, es a la información que se consigue al dirigir hacia una molécula breves pulsos de luz.

La luz se comporta como onda y se caracteriza por su longitud de onda (distancia entre dos picos consecutivos de una onda), a cada longitud le corresponde un color diferente y para lograr la brevedad de los pulsos de luz se combina luz de diferentes colores, y cuando por un momento la longitud de onda a la que oscilan coincide, forman un solo pulso de luz.

El pulso de luz se divide en dos, uno que llega a la muestra (la molécula de interés) y otro que sufre un retraso temporal al rebotar en dos espejos. Cada haz de luz es detectado con una breve diferencia de tiempo, con lo cual es posible evaluar la fluorescencia (la luz que absorbe y la que emite) de la muestra en diferentes momentos, la señal que se detecta es analizada en un software especializado, el FemtoUNAM®. Así, con esta metodología es posible analizar los procesos fotofísicos y fotoquímicos moleculares, en escalas de tiempo que abarcan los femtosegundos.

“Lo que hacemos en el laboratorio es utilizar flashazos de luz que duran femtosegundos (un femtosegundo equivale a la millonésima parte de la millonésima parte de la milésima parte de un segundo 0.000000000000001), lo que permite ver cómo se reacomodan los átomos de una molécula durante una reacción química, esto equivale a congelar en el tiempo a las moléculas mientras se transforman”.

Marcadores fluorescentes

Algunas moléculas absorben luz y luego la emiten, es decir son fluorescentes, y sirven para marcar a otras moléculas y seguirlas, por ejemplo, en una célula; sin embargo, la mayoría de las moléculas no tienen esta propiedad.

El doctor Jorge Peón, director del Instituto de Química de la UNAM, junto con César Guarín, Rafael López, Andrés Arroyo y Luis Gutiérrez trabajan en el desarrollo de moléculas fluorescentes (marcadores fluorescentes) y en cómo unirlas a otras moléculas que no tienen la propiedad de “emitir luz”, y con ello poder seguirlas dentro de una célula.

Lo primero que se tiene que hacer es sintetizar las moléculas fluorescentes o marcadores fluorescentes, y después, en el laboratorio, estudiar su funcionamiento con flashazos de luz. Seguir a una sola molécula y saber en dónde se estaciona para poder realizar su función requiere de una molécula que se active (emita luz) tras su interacción con dos pulsos de luz. “Se trata de hacer que algunas moléculas tengan la potencialidad de ser fluorescentes, y que solo al hacerlas interactuar con determinada luz enciendan”. A esto se le conoce como microscopía de fluorescencia de ultra alta resolución para caracterizar procesos fotofísicos y fotoquímicos a nivel de molécula individual.

El Laboratorio de Espectroscopia Láser está equipado por una mesa antivibratoria de aproximadamente dos toneladas y seis láseres que se combinan entre sí para producir pulsos breves de luz; además de un microscopio de fluorescencia, diseñado y construido por el grupo de investigación que encabeza el doctor Peón Peralta, con el cual, al modificar el arreglo de los instrumentos, es posible realizar diversos experimentos con el fin de analizar, por ejemplo, los tiempos de vida de fluorescencia y fosforescencia de moléculas individuales o reconstruir la imagen de nanoesferas fluorescentes.

Como resultado de cuatro años de investigación, para el desarrollo de marcadores fluorescentes se encuentra en proceso de revisión la patente de una molécula que se vuelve fluorescente al ser activada con luz y que servirá en el estudio de diferentes procesos celulares.

“Una vez que la patente sea aprobada, la molécula que diseñamos y cuyo desempeño evaluamos en los experimentos con láseres podría ser unida a una mitocondria, por ejemplo, y después al inyectársela a una célula identificar en dónde se estaciona, y de esta manera ver en un microscopio algunas de las moléculas que están dentro de la célula, pero que no son fluorescentes”.

Interpretar la luz

“La luz es una herramienta y entenderla es lo que nos permite interactuar con las sustancias”, señaló Peón Peralta al respecto de la relación de la luz con la química, un tema interesante de conocer y difundir en especial cuando el 2015 fue declarado por la Asamblea General de la ONU como el Año Internacional de la Luz y de las tecnologías basadas en la luz.

En entrevista para la Academia Mexicana de Ciencias, el investigador dijo que las moléculas que forman las sustancias químicas son muy pequeñas y no se pueden ver a simple vista, sin embargo, si se les hace interactuar con luz es posible saber qué átomo está en qué lugar y además obtener espectros, los cuales son, para quienes trabajan en el área de la química, lo más parecido a tener imágenes de las moléculas.

En algunas reacciones químicas la luz induce un cambio en las moléculas y estas se trasforman en otras (a esto se le conoce como fotoquímica), y es otro ejemplo de la relación de la química con la luz.

Noemí Rodríguez González.