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Cuando pensamos en cristales, nos suelen venir a la cabeza estructuras transparentes con bordes puntiagudos y formas rectas. Pero cuando nos quedamos embelesados mirando el interior de un ágata, un pedazo de cuarzo, o incluso los pequeños cubitos de hielo que se derriten en los vasos, estamos siendo testigos de un conjunto de propiedades físicas asombrosas. Gracias a estas propiedades, y empleando los rayos X, hace más de un siglo que los humanos pudieron comenzar en entender la materia en su estado más fundamental, comprendiendo la posición de los átomos que la conforman.
Desde entonces, la cristalografía de rayos X nos ha abierto una ventana al minúsculo mundo que se esconde en la estructura atómica de minerales y de moléculas biológicas. Con estos conocimientos, se ha logrado entender cómo interaccionan proteínas, lípidos, azúcares y ácidos nucleicos para mover la maquinaria del interior de las células. Unos conocimientos que no habrían sido posibles sin científicas tan brillantes como Dorothy Crowfoot Hodgkin. Una cristalógrafa británica nacida en Egipto que fue galardonada con el Premio Nobel de Química en 1964.
Su contribución más notable fue, junto con sus colaboradores, dilucidar la estructura atómica de la vitamina B12, un hecho que ocurrió hace 70 años y que fue publicado en la prestigiosa revista Nature. Pero no sólo eso, si hoy en día conocemos la estructura de la insulina, de la penicilina, o de otros muchos compuestos ampliamente utilizados en los laboratorios médicos es gracias al genio de Dorothy.
Cordon Press
Dorothy Hodgkin fotografiada en 1964
Un sueño y una vitamina
Como anunciaba en su discurso de aceptación del Nobel, una de las citas que más le marcó durante su infancia fue una que se encontraba en el libro de 1925 «Concerning the Nature of Things» (Sobre la naturaleza de las cosas). En él, el autor W. H. Bragg, Premio Nobel de Física de 1915, explicaba que «En términos generales, el descubrimiento de los rayos X ha aumentado la agudeza de nuestra visión más de diez mil veces y ahora podemos «ver» los átomos y moléculas individuales».
Esto fascinó a Dorothy, que quiso asomarse al mundo de lo pequeño a toda costa. Gracias a su intelecto, fue admitida en la Universidad de Oxford con 18 años y se graduó con honores 4 años después, un hecho que sólo habían logrado 2 mujeres antes que ella. Tras su graduación realizó una tesis doctoral en cristalografía y siempre compaginó sus estudios con la enseñanza, otra de sus muchas virtudes.
Dorothy se especializó en hallar las estructuras de moléculas orgánicas complejas, como la penicilina, (en 1949) o varios esteroides, pero una de sus obras maestras fue el de la vitamina B12, una molécula orgánica extraordinariamente compleja que requería de un conocimiento magistral en la materia.
Cómo cristalizar una vitamina
Para crear un cristal se necesita que las moléculas se ordenen de una forma concreta. En el caso del agua, por ejemplo, al descender la temperatura, la molécula de H₂O va perdiendo energía cinética. Según desciende esta energía, los átomos de hidrógeno de moléculas distintas de agua se acercan entre ellos, y se van ordenando en hexágonos. Esta es la denominada estructura cristalina.
Cuando se trata de moléculas sencillas los cristales aparecen sin mucho misterio. En la sal de mesa, por ejemplo, sólo hay que dejar que el agua de una disolución salina vaya evaporándose y dejar un lugar donde puedan anclarse los cristales. Poco a poco, las moléculas de sodio y cloro irán ordenándose de forma cúbica, lo que se traduce en cristales cuadrados. Pero según las moléculas se vuelven más complejas, la cristalización se complica, ya que más y más átomos han de caer en un sitio específico, y eso sólo puede ocurrir con condiciones muy estrictas.
National Institute of Standards and Technology
El ordenador SWAC que fue crucial para la elucidación de la estructura de la vitamina B12.
La vitamina B12 cuenta con 62 átomos, por lo que sólo el hecho de lograr el cristal ya fue todo un logro. Pero realmente era sólo el inicio. Necesitaban el cristal para apuntar hacia él un haz de rayos X. Este haz, al chocar con los átomos que formaban el cristal, se dispersa siguiendo un patrón concreto que queda marcado en una película fotosensible. De este modo, es posible averiguar (tras una buena dosis de cálculos) dónde se encuentra cada uno de los átomos. Como indican en el artículo de 1955, para hallar estas posiciones necesitaron de una de las computadoras más avanzadas de la época, la SWAC de Los Ángeles, que permitía realizar sumas en sólo 64 microsegundos y otras operaciones complejas también de forma rápida.
Este descubrimiento permitió comprender cuál era la forma de la vitamina más compleja, y entender muchos de sus roles en el organismo. Además, sentó las bases para acelerar los cálculos en todas las estructuras orgánicas y proteínas que vinieron después. Dorothy, tras el Nobel, siguió incansable su cruzada por la enseñanza, y además participó activamente en campañas contra la rápida proliferación de armas nucleares durante la guerra fría. Falleció el 29 de julio de 1994, pero su legado seguirá vivo para siempre.