Descubren la influencia del espín nuclear en procesos biológicos

La nueva investigación marca un hito en el naciente campo de la biología cuántica.

Un equipo internacional integrado, entre otros, por Ofek Vardi y Yossi Paltiel, de la Universidad Hebrea de Jerusalén en Israel, ha constatado la influencia del espín nuclear en procesos biológicos. Este descubrimiento contradice suposiciones mantenidas desde hace mucho tiempo y abre interesantes posibilidades para lograr avances en biotecnología y biología cuántica.

Se ha creído durante mucho tiempo que el espín nuclear no tenía influencia alguna en los procesos biológicos. Sin embargo, los últimos descubrimientos indican que en ese sentido ciertos isótopos se comportan de manera diferente debido a su espín nuclear. El equipo se centró en los isótopos de oxígeno estables (oxígeno-16, oxígeno-17 y oxígeno-18) y descubrió que el espín nuclear afecta significativamente a la dinámica del oxígeno, particularmente en su transporte, en situaciones en las que la quiralidad resulta decisiva.

La quiralidad es la orientación distintiva de algunos tipos de moléculas. Explicado de modo sencillo, esto significa que la molécula puede tomar una de dos formas, «diestra» o «zurda», siendo una como el reflejo en un espejo de la otra. Las formas «diestra» y «zurda» de algunas moléculas pueden exhibir propiedades sorprendentemente diferentes. Por ejemplo, una versión quiral de cierto compuesto huele a limón, y la otra a naranja.

Los investigadores han estado estudiando el comportamiento «extraño» de las partículas diminutas en los seres vivos, encontrando algunos puntos donde los efectos cuánticos modifican procesos biológicos. Por ejemplo, los efectos cuánticos en el vuelo de las aves migratorias pueden ayudar a algunas a orientarse durante viajes largos. En las plantas, el uso eficiente de la luz solar como energía se ve afectado por efectos cuánticos.

Esta conexión entre el diminuto mundo de las partículas y el de los seres vivos probablemente se remonta a varios miles de millones de años atrás, cuando comenzó la vida y aparecieron moléculas con una forma especial gracias a su quiralidad. La quiralidad es un parámetro importante porque a menudo solo las moléculas con la forma quiral correcta pueden desempeñar una determinada función que se necesita para el correcto funcionamiento bioquímico de los seres vivos.

La clave, según han descubierto los autores del nuevo estudio, es el espín. Dependiendo de la quiralidad, las moléculas pueden interactuar de manera diferente con las partículas en función de su espín, creando un fenómeno llamado “selectividad de espín inducida por la quiralidad”.

El espín afecta a partículas diminutas, como los electrones, en procesos biológicos que involucran moléculas en las cuales la quiralidad es relevante. Los autores del nuevo estudio querían ver si el espín también afecta a partículas más grandes, como iones y moléculas que proporcionan la base para el transporte biológico.

A fin de averiguarlo, hicieron experimentos cuyos resultados mostraron que el espín influye en cómo se comporta el agua en las células, haciendo que el agua ingrese en ellas a diferentes velocidades y reaccione de maneras distintas.

El nuevo estudio demuestra que el espín influye en cómo el agua se comporta en las células. (Ilustración: PNAS)

Lo descubierto demuestra que el espín nuclear desempeña un papel crucial en procesos biológicos, lo que sugiere que su manipulación podría dar lugar a aplicaciones innovadoras en biotecnología y biología cuántica. Esto podría revolucionar los procesos de fraccionamiento isotópico y abrir nuevas posibilidades en campos como la tecnología de resonancia magnética nuclear.

El estudio se titula “Nuclear spin effects in biological processes”. Y se ha publicado en la revista académica PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences). (Fuente: NCYT de Amazings)