\n<\/p>\n
<\/p>\n
\u201cLa Qu\u00edmica entre la F\u00edsica y la Biolog\u00eda<\/em><\/strong>\u201d. As\u00ed comienza el \u201cLibro de la Qu\u00edmica Moderna\u201d y el prefacio al mismo (por Manfred Eigen, Premio Nobel en 1967) y tiene dos connotaciones. Por un lado, dai dea de la centralidad de la Qu\u00edmica como Ciencia y, por otro lado, la Qu\u00edmica se pone a la altura de la Biolog\u00eda y de la F\u00edsica, que tienen dos grandes objetivos: entender la vida y el universo. En este \u201cpost\u201d uso esta frase para reflexionar sobre los l\u00edmites y fronteras de la Qu\u00edmica, que espero desarrollare n posteriores art\u00edculos.<\/strong><\/span><\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Sin duda alguna, el objeto de estudio (la vida) de la Biolog\u00eda es apasionante, lo que tiene connotaciones materiales y espirituales para el ser humano. La F\u00edsica intenta descifrar las leyes que rigen el Universo, desde el conjunto de galaxias hasta los componentes m\u00e1s peque\u00f1os de la materia. El objeto de su estudio abarca dimensiones desde 1026<\/sup> m (tama\u00f1o aproximado del universo) hasta 10-16<\/sup> m (tama\u00f1o de un quark, una part\u00edcula subnuclear). La F\u00edsica intenta explicar la naturaleza estableciendo leyes que se ajustan a los principios de las interacciones de los cuatro campos f\u00edsicos: gravitatorio, electromagn\u00e9tico, nuclear fuerte y nuclear d\u00e9bil. Uno de los retos de la F\u00edsica es la unificaci\u00f3n de todos los campos, estableciendo una teor\u00eda \u00fanica de campos.<\/p>\n En comparaci\u00f3n con la F\u00edsica y la Biolog\u00eda, la Qu\u00edmica, aparentemente, tiene objeto de estudio y objetivos m\u00e1s modestos. El objeto <\/span>de estudio de la Qu\u00edmica son las mol\u00e9culas, sus constituyentes (los \u00e1tomos), sus interacciones y propiedades. Aunque los objetivos de la Qu\u00edmica son modestos en comparaci\u00f3n con los de la F\u00edsica o la Biolog\u00eda, es la ciencia que proporciona todas las comodidades de nuestra vida diaria.<\/p>\n \u00bfCu\u00e1les son los l\u00edmites de la Qu\u00edmica? Puesto que el objeto de su estudio son las mol\u00e9culas y todo est\u00e1 hecho de mol\u00e9culas, podemos pensar que la Qu\u00edmica estudia todo (con las excepciones comentadas en el \u201cpost\u201d anterior; es decir, lo que est\u00e1 influido por los campos gravitatorios y los nucleares). Sin embargo, tradicionalmente, los l\u00edmites de la Qu\u00edmica los marca las Ciencias cl\u00e1sicas con las que hace frontera: la F\u00edsica y la Qu\u00edmica.<\/p>\n Se ha dicho (yo, a veces, tambi\u00e9n lo he explicado as\u00ed) que la Qu\u00edmica empieza en la \u00faltima capa electr\u00f3nica y que el resto del \u00e1tomo es \u201ccosa\u201d de los f\u00edsicos. Es cierto que los electrones de la capa m\u00e1s externa (electrones de valencia) son los que participan en las reacciones qu\u00edmicas, en la formaci\u00f3n de enlaces y en las interacciones no covalentes; y muchas veces se ha dejado de lado el papel del n\u00facleo y los electrones de las capas internas en el comportamiento qu\u00edmico. Sin embargo, los electrones de las capas m\u00e1s internas y (especialmente) los n\u00facleos no son inocuos en Qu\u00edmica. El ejemplo m\u00e1s importante es el de una especie sin electrones, que es fundamental en Qu\u00edmica; es el cati\u00f3n del \u00e1tomo de hidr\u00f3geno, el prot\u00f3n [aunque debido a su gran reactividad (acidez y electrofilia), generalmente se encuentra coordinado a otras especies]. Por otro lado, la posici\u00f3n de los n\u00facleos, su carga y masas determinan las posiciones m\u00e1s estables de los electrones en los \u00e1tomos (la regi\u00f3n del espacio d\u00f3nde hay mayor probabilidad de encontrar al electr\u00f3n) y en las mol\u00e9culas determinan los m\u00ednimos en las superficies de energ\u00eda potencial (las configuraciones m\u00e1s estables de las mol\u00e9culas). Adem\u00e1s, la posici\u00f3n y masa de los n\u00facleos influyen en propiedades f\u00edsico-qu\u00edmicas importantes como las frecuencias de vibraci\u00f3n y rotaci\u00f3n de las mol\u00e9culas [con las aplicaciones en espectroscopia infrarroja (IR), Raman y de microondas]. Tambi\u00e9n es importante el n\u00facleo en espectroscopia de resonancia magn\u00e9tica nuclear (RMN), que es una herramienta fundamental en el estudio estructural, especialmente de mol\u00e9culas org\u00e1nicas; y que es debida al acoplamiento energ\u00e9tico de un n\u00facleo con momento magn\u00e9tico (los que tienen un n\u00famero impar de neutrones o de protones) con un campo magn\u00e9tico externo. Los n\u00facleos tienen importancia en cin\u00e9tica qu\u00edmica (la parte de la Qu\u00edmica F\u00edsica que investiga las velocidades de reacci\u00f3n) pues influyen en los efectos isot\u00f3picos cin\u00e9ticos (KIE, de sus siglas en ingl\u00e9s, Kinetic Isotope Effect<\/em>). El KIE es una herramienta valiosa en la investigaci\u00f3n de mecanismos de reacci\u00f3n (estudiar en detalle como los reactivos se convierten en productos de una reacci\u00f3n qu\u00edmica). Se ha encontrado que la velocidad de una reacci\u00f3n qu\u00edmica depende del is\u00f3topo (\u00e1tomos de un mismo elemento qu\u00edmico con distinto n\u00famero de neutrones) del elemento que participa en la etapa limitante de la velocidad de la reacci\u00f3n. Cuanto mayor sea la relaci\u00f3n entre las masas de los dos is\u00f3topos, mayor es el efecto isot\u00f3pico; por eso, el KIE m\u00e1s importantes se producen en las reacciones en las est\u00e1n implicados \u00e1tomos de hidr\u00f3geno\/deuterio. Un tema de inter\u00e9s actual en Qu\u00edmica es como los efectos relativistas influyen en las propiedades qu\u00edmicas y qu\u00edmico-f\u00edsicas de los \u00e1tomos y mol\u00e9culas; este hecho tiene especial importancia en los elementos pesados (y superpesados) del sistema peri\u00f3dico, d\u00f3nde la velocidad de los electrones de las capas internas es muy alta (cercana a la de la luz) y hay que tener en cuenta las ecuaciones de la Teor\u00eda de la Relatividad (teor\u00eda de Dirac de la mec\u00e1nica c\u00faantica relativista). Finalmente, esta discusi\u00f3n sobre la importancia del n\u00facleo en Qu\u00edmica no puede acabar sin mencionar la Qu\u00edmica Nuclear. Aunque se ha apuntado que las interacciones nucleares son las responsables de la estabilidad\/inestabilidad de los n\u00facleos at\u00f3mico y que estas son tema de la F\u00edsica, tambi\u00e9n es cierto que la Qu\u00edmica Nuclear es una parte importante de la Qu\u00edmica, d\u00f3nde investigan muchos qu\u00edmicos. De hecho, Otto Hahn (1879-1968, Premio Nobel de Qu\u00edmica en 1946), el \u201cpadre\u201d de la fisi\u00f3n nuclear<\/span>, era qu\u00edmico de formaci\u00f3n<\/span> [Lise Meitner (1878-1968) ser\u00eda la \u201cmadre\u201d, injustamente olvidada por los Premios Nobel].<\/span><\/p>\n Estos \u00faltimos comentarios (la Qu\u00edmica Nuclear se explica por la teor\u00edas de campo nuclear fuerte y d\u00e9bil y el comportamiento de los elementos pesados se explica por la teor\u00eda cu\u00e1ntica-relativista), junto al hecho de que el comportamiento de los electrones se explica por la teor\u00eda electromagn\u00e9tica, puede llevar a la conclusi\u00f3n de que la Qu\u00edmica puede ser explicadas por la F\u00edsica en un planteamiento reduccionista, que no comparto, pero que puede ser objeto de discusi\u00f3n en este blog.<\/p>\n La otra frontera \u201ccl\u00e1sica\u201d de la Qu\u00edmica est\u00e1 con la Biolog\u00eda. El descubrimiento de que los compuestos org\u00e1nicos no estaban ligados a ninguna fuerza vital y que se pod\u00edan preparar en el laboratorio [W\u00f6hler (1800-1882), s\u00edntesis de la urea en 1828] fue una revoluci\u00f3n en Qu\u00edmica. A partir de ese momento, algunos qu\u00edmicos se interesaron por la s\u00edntesis org\u00e1nica (es decir, el arte y la t\u00e9cnica de preparar mol\u00e9culas, naturales o artificiales; bas\u00e1ndose en los conocimientos sobre la reactividad de los compuestos org\u00e1nicos) y en la Qu\u00edmica Org\u00e1nica estructural (posiblemente la teor\u00eda estructural de la Qu\u00edmica es una de las mayores aportaciones intelectuales de los cient\u00edficos, a la que no se le ha dado el valor que merece). Otros qu\u00edmicos empezaron a interesarse por las reacciones qu\u00edmicas en los organismos vivos, siendo el origen de la Qu\u00edmica Biol\u00f3gica o Bioqu\u00edmica. Esta disciplina cient\u00edfica se puede definir como la explicaci\u00f3n qu\u00edmica de los procesos de la vida y se puede clasificar tanto como una parte de la Qu\u00edmica como de la Biolog\u00eda. M\u00e1s recientemente ha surgido una nueva disciplina, la Biolog\u00eda Qu\u00edmica (Chemical Biology<\/em>); que, en mi opini\u00f3n, veo como un invento y en la que no aprecio diferencias con la Bioqu\u00edmica (o la Qu\u00edmica Biol\u00f3gica, denominaci\u00f3n m\u00e1s antigua) o con la Qu\u00edmica Bioorg\u00e1nica (la parte de la Qu\u00edmica Org\u00e1nica interesada en las mol\u00e9culas de inter\u00e9s biol\u00f3gico). A partir de la mitad del siglo XX, tras los experimentos de Avery (1877-1951) sobre la identificaci\u00f3n del ADN como portador de la informaci\u00f3n gen\u00e9tica, y la publicaci\u00f3n del libro <\/span>What is life?<\/em> de Schr\u00f6dinger (1887-1961, Premio Nobel de F\u00edsica en 1933) naci\u00f3 una nueva ciencia, la Biolog\u00eda Molecular, que relacionada con la Bioqu\u00edmica, se centra en el estudio de las mol\u00e9culas responsables de la transmisi\u00f3n de la informaci\u00f3n gen\u00e9tica. Por su componente \u201cmolecular\u201d, esta ciencia deber\u00eda ser frontera entre la Qu\u00edmica y la Biolog\u00eda, pero los m\u00e9todos y t\u00e9cnicas usadas por los bi\u00f3logos moleculares son, aparentemente, muy distintos de los de los qu\u00edmicos. En un pr\u00f3ximo \u201cpost\u201d discutir\u00e9 la relaci\u00f3n entre estas dos Ciencias y sus influencias mutuas. A partir del \u201c\u00e9xito\u201d de la Biolog\u00eda Molecular han surgido muchas subdisciplinas de la Biolog\u00eda que llevan el adjetivo \u201cmolecular\u201d [en el cat\u00e1logo de revistas electr\u00f3nicas del CSIC (http:\/\/bibliotecas.csic.es\/revelectronicas\/erevistas_busquedas.html<\/a>) hay un centenar de t\u00edtulos con este t\u00e9rmino], que es un ejemplo de lo indicado en el \u201cpost\u201d anterior sobre la alta especializaci\u00f3n de las disciplinas cient\u00edficas. Puesto que la Qu\u00edmica es la Ciencia de las mol\u00e9culas, la Qu\u00edmica tambi\u00e9n deber\u00eda tener relaci\u00f3n con estas \u201cnuevas\u201d especialidades cient\u00edficas <\/span>(\u00bfo es que los qu\u00edmicos nos hemos dejado robar la palabra \u201cmolecular\u201d?<\/em>).<\/span><\/p>\n Est\u00e1 claro que los l\u00edmites de cada Ciencia (especialmente la F\u00edsica, la Biolog\u00eda y la Qu\u00edmica) son difusos (realmente siempre lo han sido) y cada vez lo ser\u00e1n m\u00e1s, debido a la mayor interdisciplinaridad de estas tres Ciencias.<\/p>\n Nota sobre la distinci\u00f3n entre Qu\u00edmica F\u00edsica y Fisicoqu\u00edmica.<\/span><\/p>\n En el art\u00edculo anterior coment\u00e9 que hay ligeras diferencias entre Qu\u00edmica F\u00edsica y Fisicoqu\u00edmica. Esta \u00faltima la he considerado la traducci\u00f3n de Chemical Physics<\/em> (quiz\u00e1s hubiese sido mejor traducirla como F\u00edsica Qu\u00edmica, pero esta denominaci\u00f3n no la he encontrado en asignaturas, libros, etc., en castellano) y la anterior de <\/span>Physical Chemistry<\/em>. Yo, que soy qu\u00edmico org\u00e1nico, apenas \u201cveo\u201d diferencias entre las dos; pero las debe haber, cuando las dos disciplinas tienen diferentes categor\u00edas en la clasificaci\u00f3n por materias de las revistas indexadas del <\/span>Journal Citation Report<\/em> (http:\/\/www.thomsonreuters.com\/products_services\/science\/science_products\/scholarly_research_analysis\/research_evaluation\/journal_citation_reports<\/a>). Las diferencias entre una y otra son de matiz. La Qu\u00edmica F\u00edsica es una parte de la Qu\u00edmica que usa los conceptos de la F\u00edsica para explicar los fen\u00f3menos qu\u00edmicos. Por otro lado, la \u201cF\u00edsica Qu\u00edmica\u201d es la parte de la F\u00edsica que estudia procesos qu\u00edmicos desde el punto de vista de la F\u00edsica. As\u00ed, en las revistas de F\u00edsica Qu\u00edmica (<\/span>Chemical Physics<\/em>) se publican m\u00e1s art\u00edculos \u201cte\u00f3ricos\u201d, \u201ccu\u00e1nticos\u201d y de F\u00edsica at\u00f3mica y molecular.<\/span><\/p>\n Algunas lecturas recomendadas:<\/span><\/p>\n Potencias de diez. Sobre el tama\u00f1o relativo de los objetos del universo.<\/strong> P. Morrison y P. Morrison. Biblioteca Scientific American (Sabadell), 1984. Basado en el documental Powers of Ten<\/em><\/span>. Un libro muy atractivo visualmente.<\/p>\n El libro de la Qu\u00edmica moderna<\/strong>. J. Rudolph. Ediciones Omega (Barcelona), 1973. Lo le\u00ed cuando era adolescente y todav\u00eda lo sigo releyendo. Un libro muy bien escrito y traducido. Muy ameno, con mucha informaci\u00f3n de gran valor did\u00e1ctico. Aunque ya tiene 38 a\u00f1os (la edici\u00f3n original es de 1971), a\u00fan es un libro muy recomendable y \u00fatil.<\/span><\/p>\n The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals.<\/strong> L. Pauling. Cornell University Press, 2\u00aa edici\u00f3n, 1948. Un cl\u00e1sico de uno de los qu\u00edmicos m\u00e1s importantes de la historia. Una p\u00e1gina web recogiendo su obra sobre este tema es http:\/\/osulibrary.oregonstate.edu\/specialcollections\/coll\/pauling\/bond\/<\/a>.<\/span><\/p>\n Coulson\u2019s Valence<\/strong>. R. McWeeny. Oxford University Press (Oxford), 3\u00aa edici\u00f3n, 1979. El original de Coulson (1952) es un libro cl\u00e1sico de estructura at\u00f3mica y molecular. Esta edici\u00f3n ha sido preparada por McWeeny, un f\u00edsico-qu\u00edmico experto en teor\u00eda cu\u00e1ntica. Es un libro de referencia sobre el tema, con gran utilidad did\u00e1ctica.<\/span><\/p>\n Oswald Avery and the Origin of Molecular Biology<\/strong>. N. Russell, British Journal for the History of Science<\/em><\/span> 1988<\/strong>, 21<\/em><\/span>, 393 (http:\/\/www.jstor.org\/stable\/4026959<\/a>) y Erwin Schr\u00f6dinger and the Origins of Molecular Biology<\/strong>. <\/span>K. R. Dronamraju, Genetics<\/em><\/span> 1999<\/strong>, 153<\/em><\/span>, 1071 (http:\/\/www.genetics.org\/cgi\/reprint\/153\/3\/1071<\/a>). Dos art\u00edculos sobre los or\u00edgenes de la Biolog\u00eda Molecular.<\/p>\n \n