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–Usted se dedica a la química de coordinación, según tengo anotado acá..., ¿qué es eso? ¿Coordinación de qué?

–Yo adopto la química de un grupo específico de materiales: los metales de transición. Son aquellos que están en la zona del medio de la tabla periódica. Son un conjunto grande de sustancias que tienen como particularidad estructuras electrónicas definidas por la ocupación de un tipo particular de orbitales (que no son los que están en juego en los metales convencionales como el sodio o el calcio). Hay varias series: los más abundantes son los de la primera serie...

–El cadmio, el titanio, el hierro...

–Exacto. Estos metales, cuando uno va para abajo en la tabla periódica, disminuyen su abundancia en la naturaleza. ¿Por qué ocurre esto? En primer lugar, porque estos metales son más livianos. Fueron formados después del Big Bang, cuando se generaron los primeros elementos. En la curva de abundancia en el universo, el hierro está en una posición muy alta, lo cual tiene que ver con la gran estabilidad de sus núcleos. Se formaron de entrada muchos átomos de hierro, que quedaron en la corteza terrestre junto con otros metales típicos (manganeso, cobalto, cobre). Eso explica la abundancia de esos metales en la corteza terrestre. Uno de los hechos sobre los que me gustaría conversar hoy es que la abundancia de estos materiales explica de algún modo la biodisponibilidad y la estructuración de la vida. Particularmente me refiero al hierro y al cobre, que son elementos fundamentales para las metalo-enzimas (es decir, enzimas que provocan procesos bioquímicos de oxidación, donde el componente fundamental es un centro metálico alrededor del cual se coordinan ligandos y ligantes).

–¿Qué son los ligandos y los ligantes?

–Moléculas (pueden ser de diversos tamaños). Yo hoy me limitaría a hablar de la coordinación de moléculas pequeñas.

–¿Coordinación significa que se ligan?

–Sí. Uno tiene por ejemplo un metal, lo disuelve con un ácido y obtiene un hierro oxidado a ferroso, por ejemplo. Eso, cuando está en agua, está rodeado en general con seis moléculas de agua, en un cuerpo geométrico que se llama octaedro. Los centros metálicos de transición pueden adoptar otras estructuras geométricas, según la configuración de electrones que tengan (octaedros, tetraedros, cuadrados planos). Es una variedad enorme de geometrías, de ordenamientos de esos ligandos alrededor del metal. Eso, por supuesto, es tremendamente importante para las propiedades que va a tener ese compuesto de coordinación, a veces denominado ion complejo. Uno tiene el ion ferroso en agua, y el ion está entonces rodeado por seis de agua. Pero esas seis de agua pueden ser reemplazadas, por otras cosas que uno le agregue. Por ejemplo, la hemoglobina, el transportador de oxígeno, es también hierro, pero en lugar de estar rodeado por seis de agua, tiene un entorno diferente. En el plano de los seis ligandos, cuatro son grupos hemo y en las posiciones axiales se pueden tener otras cosas. Lo crucial en estos sistemas es que, cuando hay una reacción química, cinco de esas posiciones permanecen fijas y una es la posición lábil, la posición en la cual uno puede meter ligandos diferentes. Veamos los ejemplos: la hemoglobina. En la hemoglobina uno tiene el hemo (un grupo en la posición axial) y en la sexta posición hay agua. El agua está entrando y saliendo muy rápidamente, pero hete aquí que en un momento uno mete oxígeno. El oxígeno reemplaza al agua, se engancha al hierro, se coordina al hierro y forma parte entonces de ese nuevo ion complejo que es el hierro ferroso con el oxígeno: la oxi-hemoglobina.

–Cuando usted dice que se coordina, ¿de qué tipo de ligadura habla?

–Es un enlace covalente. Comparten electrones. La variabilidad de cómo se pueden compartir estos electrones les confiere riqueza a todos los diferentes iones complejos en cuanto a las funciones que van a cumplir. Ahora estamos particularizando con el hierro, pero podríamos estar hablando tranquilamente del manganeso o del cobre. Geometrías que en lugar de ser seis pueden ser cinco o cuatro. Ligandos que, en lugar de ser una molécula pequeña como el oxígeno, como el nitrógeno o el hidrógeno o el óxido nítrico (sobre el cual quiero centrar mi charla), pueden ser medianas o grandes. Mi interés en estudiar la química es la molécula pequeña: ¿qué le hace el metal de transición a la molécula pequeña cuando se coordina? ¿Cómo modifica su estructura y su reacción (porque reacciona diferente cuando está coordinada que cuando está libre)? La modificación de la reactividad es crucial. Le pongo un ejemplo: el aire está compuesto en su gran mayoría por nitrógeno. El nitrógeno es crucial para nuestra vida, pero es muy inerte, no reacciona fácil, no es como el oxígeno que es fácil de incorporar al organismo. ¿Cómo es, entonces, que incluimos nitrógeno en nuestro organismo? Hete aquí que en algunas leguminosas hay bacterias que fijan el nitrógeno del aire y lo convierten en amoníaco. A temperatura y presión ambiente, las bacterias pueden captar ese nitrógeno que es tan poco reactivo, cosa que nosotros no podemos hacer. Esa manera es a través de unas enzimas que tiene el hierro, y están en las raíces de algunas leguminosas como la soja. Todavía no se sabe bien cómo funciona ese mecanismo. Se sabe que la proteína tiene una estructura cristalina, pero no se conoce el mecanismo de coordinación del nitrógeno al hierro.

–De alguna manera el hierro es el responsable de incorporar el nitrógeno...

–Exactamente. Después va a venir algún agente químico, un reductor, y le va a mandar electrones al hierro. Primero el hierro lo que hace es activar el nitrógeno (es decir, debilitar un enlace o romperlo). Acto seguido va a venir un agente que le va a meter electrones. Luego se va a convertir en amoníaco, que va a ser asimilado por las plantas y convertido en aminoácidos. Es decir que nosotros no incorporamos nitrógeno del aire sino de las plantas. Bueno, podría decir que todo esto fue una gran introducción de algunos temas (reactividad, activación, ionización, estructuras atómicas...) necesarios para entender lo que investigo. Creo que es el momento de pasar al NO (óxido nítrico).

–Me parece bien.

–Yo me centro, entonces, en el óxido nítrico como molécula que puede coordinarse. Las propiedades de coordinación de esta molécula, aunque parezca mentira, no fueron de mucho interés hasta hace 15 años. El cambio vino en la década del ’80, cuando se descubrió que el NO era sintetizado en nuestro organismo a partir de hidrógeno reducido. Ese NO lo fabricamos y cumple funciones diversas. Una de las más conocidas es su efecto vasodilatador y, por lo tanto, su utilidad para los cuadros hipertensivos. Desde hace mucho tiempo se usa un compuesto llamado “nitroprusiato” para inyectarles a los pacientes, con el objetivo de lograr la vasodilatación. Ese compuesto tiene cianuro coordinado al metal.

–Molécula temible... ¿Y eso se inyectaba?

–-Durante un tiempo la gente se resistía mucho a usarla. Pero el cianuro es tóxico cuando está libre, y cuando funciona como ligando está bloqueado. Es decir: no comas cianuro todos los días, pero si está muy agarrado al hierro en un complejo, y hay alguna garantía de que ese cianuro no se va a liberar, se puede inyectar perfectamente. El nitroprusiato es, en efecto, el hipotensivo más usado.

–El NO es su molécula de cabecera entonces...

–Sí. Y sus moléculas relacionadas.

–¿Y qué averiguó y qué es lo que quiere averiguar?

–De 15 años a esta parte, lo que había que saber era qué tipo de enlaces formaba el NO con compuestos de hierro. El óxido nítrico es una molécula que tiene tres caras en su capacidad de coordinación: puede coordinarse al metal conservando las propiedades del electrón libre (es decir, conservando su propiedad magnética); puede entregar ese electrón al metal, convirtiéndose en NO+ (nitrosonio) y reduciendo al metal, o puede, también, recibir un electrón, convirtiéndose en NO- (nitroxilo). Esta estructura con dos electrones libres es similar a la del oxígeno. Las tres especies que le describí tienen un modo de enlace diferente al metal y, por lo tanto, una reactividad diferente frente a otros sustratos. Lo que tengo que decidir es cuáles son las reacciones que me interesan, cuáles considero biológicamente relevantes. Una de ellas es la reacción con el oxígeno. ¿Cómo reaccionan estos tres tipos de compuestos frente al oxígeno? Obviamente van a reaccionar diferente. Ahora bien, antes de analizar la reactividad, tengo que caracterizar esos complejos. El hecho es que la mayoría de los complejos de NO han sido caracterizados como NO+: el NO tiene una tendencia química a ceder ese electrón. Nosotros hemos hecho un aporte a la química del NO+, que ya había sido bien estudiado durante muchos años. También hicimos aportes muy importantes sobre el NO y el NO–, sobre los que se sabe poco pero algo se sabe.

–La verdad es que este diálogo fue largo y complejo. ¿Le parece que dejemos al NO y al NO+ para la próxima?

–Lo dejamos para la próxima.

Informe: Nicolás Olszevicki.

www.leonardomoledo.blogspot.com