¿Por
qué
el agua
hierve a 100ºC y el metano a -161ºC?; ¿por
qué la sangre es roja y la
hierba es verde?; ¿por
qué
el diamante es duro y la cera es blanda?; ¿por
qué
el grafito escribe sobre el papel y la seda es
fuerte?; ¿por
qué
los glaciares fluyen y el hierro se endurece al golpearlo?;
¿cómo se
contraen los músculos?; ¿cómo la luz
del sol hace que las
plantas crezcan y cómo los organismos vivos han sido capaces
de evolucionar hacia formas cada vez más complejas? ... Las
respuestas a todos estos problemas han venido del análisis
estructural.
Max
Perutz,
julio de 1996 (Churchill College, Cambridge)
Con estas palabras, pronunciadas por el
laureado Nobel Max
Perutz, abrimos
estas páginas (*),
probablemente nunca acabadas, que pretenden guiar al lector interesado
en el fascinante mundo de la Cristalografía,
una parte del saber bien entroncada en la Ciencia actual y gracias a la
cual hemos podido averiguar, a través del esfuerzo de muchas
personas y durante muchos años, cómo son los
cristales,
cómo son las moléculas, las hormonas, los
ácidos
nucleicos, los enzimas, las proteínas ..., a qué
se deben
sus propiedades y cómo podemos entender su funcionamiento en
una
reacción química, en un tubo de ensayo, o en el
interior de un ser
vivo.
El descubrimiento de los rayos X a finales del siglo XIX
acabó revolucionando el antiguo campo de la
Cristalografía, que
hasta entonces había estudiado la morfología de
los
minerales. El fenómeno de la interacción de esa
extraña radiación con los
cristales, descubierto durante la primera década del siglo
XX, demostró que los rayos X tenían
naturaleza electromagnética, de longitud de onda
del orden de 10-10 metros, y que la estructura
interna de
los cristales era discreta y periódica, en redes
tridimensionales,
con separaciones de ese orden. Estos hechos provocaron que, ya desde el
pasado siglo XX, la Cristalografía se convirtiera en una de
las disciplinas básicas para muchas ramas de la Ciencia, y
en
especial de la Física y Química de la materia
condensada, de la Biología y de la Biomedicina.
Gracias al conocimiento estructural que nos proporciona la
Cristalografía somos capaces de producir materiales con
propiedades prediseñadas, desde catalizadores para una
reacción química de interés
industrial, hasta
pasta de dientes, placas de vitrocerámica, materiales de
gran dureza para uso quirúrgico, o determinados componentes
de
los aviones, por poner algunos ejemplos.
La Cristalografía
nos
proporcionó los secretos estructurales del ADN, el llamado
código genético. Podemos aumentar la resistencia
de las plantas
frente al deterioro medioambiental. Somos capaces de
comprender,
modificar o inhibir, enzimas implicados en procesos fundamentales de la
vida e importantes para mecanismos de
señalización que
ocurren en el interior de nuestras células, como el
cáncer. Gracias al conocimiento de la estructura del
ribosoma, la mayor fábrica de proteínas de
nuestras
células, podemos entender el funcionamiento de los
antibióticos y
modificar su estructura para mejorar su eficacia. De la
estructura de enzimas, producidos por ciertos virus, hemos
aprendido
cómo combatir bacterias con alta resistencia a
antibióticos, y ya somos
capaces de desentrañar las sutiles maquinarias de defensa
que
han desarrollado estos gérmenes, con lo que no es un
sueño pensar que podremos combatirlos
con herramientas alternativas a los antibióticos.
Más aun, habida cuenta de que las biomoléculas
son las
máquinas de la
vida, como las máquinas mecánicas con
partes
móviles, éstas modifican su
estructura en el curso de la realización de sus respectivas
tareas. Por lo tanto,
sería muy esclarecedor poder seguir estas modificaciones y
ver
el movimiento de las
partes móviles, como en una película. Pero para
hacer una
película de un objeto en
movimiento, es necesario tomar muchas instantáneas, y un
movimiento muy rápido
requiere un tiempo de exposición muy corto y una mayor
cantidad
de instantáneas
para evitar que las imágenes se vean borrosas.
Aquí es
donde la duración
ultracorta de los pulsos del XFEL (X-ray Free Electron Laser =
rayos X producidos por un láser de electrones
libres)
garantiza imágenes nítidas y no borrosas de
procesos muy
rápidos, tal como ocurre en el XFEL
europeo., o en el
denominado CXFEL (Compact X-ray Free Electron Laser
= XFEL
compacto).
Nos
permitimos indicarle que, para entrar en materia, puede Vd.
comenzar por obtener
una visión
general sobre la Cristalografía, y si puede Vd.
entender inglés, le
sugerimos que disfrute de los vídeos
recogidos por la Unión Internacional de
Cristalografía a través de este enlace.
Una selección de dichos vídeos se
muestran a continuación:
En cualquier caso, le reiteramos que empiece Vd. por obtener una visión
general sobre la Cristalografía
y, si le interesa, intente leer con tranquilidad
y ahondar en el contenido
de las restantes páginas, cuyo enlace verá Vd. en
el
menú de la izquierda (si no ve Vd. ese
menú, por
favor, pinche
aquí), o
alternativamente navegue a través de la tabla de
contenido
de esta web, a la que siempre podrá acudir a
través del
pequeño logotipo que aparece arriba de cada
página y a la
derecha . Que
lo disfrute!
(*)
Trabajamos para completar estas páginas y
poderlas ofrecer al lector interesado; pero como es obvio, no estamos a
salvo de errores, incoherencias, u omisiones. Por tanto,
estamos agradecidos a varios lectores expertos que nos han
ayudado
a corregir
algunos pequeños errores inadvertidos, o que han mejorado la
redacción de algunas partes del texto. Cualquier cosa
que advierta en este sentido, por favor, hágalo saber a Martín
Martínez
Ripoll.
Estas páginas fueron
anunciadas por la Unión Internacional de
Cristalografía (IUCr)
y se seleccionaron como uno
de los sitios web de interés para el aprendizaje y
educación en cristalografía. Se
recogieron
como tal en la web
conmemorativa del Año Internacional de la
Cristalografía
y fueron sugeridas como ejemplo
de fuente de
aprendizaje para los
laboratorios asociados a la UNESCO en
la competición
de crecimiento cristalino
(incluso en versiones
posteriores de esta
competición).
El Cambridge
Crystallographic Data Centre ofrece igualmente esta web en su
apartado denominado DECOR
(Database of Educational Crystallographic Online Resources).
Martín
Martínez
Ripoll (1946- ) y Félix
Hernández Cano
(1941-2005+)
fueron coautores de una primera versión de estas
páginas en los albores de la década de 1990.
Paralelamente, Posteriormente, en
2002, distribuyeron una presentación en PowerPoint, dedicada
a llamar la atención
de los jóvenes estudiantes, sobre la
enigmática belleza del mundo cristalográfico....
Dicha presentación,
denominada XTAL RUNNER (totalmente libre de virus) se puede obtener desde
este enlace...
Igualmente ofrecemos la posibilidad de leer una corta
publicación generalista, de aquellos años,
titulada Cristalografía:
Trasgrediendo los Límites. Y hoy nos preguntamos,
¿dónde
han
quedado "aquellos
tiempos de gloria"?
Aclaraciones
relevantes:
- Esta web está diseñada combinando
tres
áreas visibles en una misma ventana: una cabecera y un
menú a la
izquierda (que en el "modo de pantalla completa" siempre permanecen), y
una zona central con la
información que se obtiene. Es lo que podemos llamar modo
de pantalla completa, adecuada para computadores de sobremesa
y tabletas.
- Sin embargo, el modo de pantalla completa puede no ser
adecuado para móviles, en cuyo caso sugerimos usar
el modo de pantalla central,
empezando la sesión por la Tabla de contenido.
- En cualquiera de los dos modos, en la esquina superior
derecha de la pantalla central aparece un pequeño logotipo cuadrado
que es el enlace para ir directamente a la Tabla
de contenido.
- Todos los
enlaces que
aparecen
en el menú
de la
izquierda (en modo de pantalla completa), o en la Tabla de contenido
(en cualquiera de los modos) conducen a páginas internas de
la
web
que se muestran siempre sobre la misma ventana que está en
uso. Los restantes enlaces, que necesariamente se refieren a
páginas externas, siempre se mostrarán en "nueva
ventana". Regresar a la página anterior se puede
lograr
usando el enlace "Atrás
"
que figura en la parte superior izquierda de la cabecera (modo de
pantalla completa), o mediante la estrategia del propio navegador.
- Con cierta frecuencia
se incorporan
novedades o pequeñas correcciones, por lo que de vez en
cuando
se recomienda "recargar" estas páginas en su navegador (o
mejor limpiar la denominada memoria caché de su navegador),
para
evitar estar viendo las ya almacenadas en su propio ordenador.
- Determinadas empresas
suministran
apuntes, extraidos de estas páginas, a cambio de dinero. No
caiga Vd. en la tentación de cometer tal fraude, ya que todo
el
material aquí disponible está gratuitamente a su
alcance,
con tal que se cumpla la condición que se refleja en la
línea de "copyright" de más abajo, es decir, que
sea para
su uso particular y no para hacer negocio fraudulento con ello.
"Crystallography-Cristalografia",
por Martín
Martínez-Ripoll (
Departmento
de
Cristalografía y Biología Estructural),
está protegida por una
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CSIC.
Para conseguir permisos de uso, más allá de los
que permite esta licencia, por favor, contactar con xmartin@iqfr.csic.es.
