Atomo eta molekulen argazkilari

(Berrian argitaratua, 2014/01/15ean)

Grafitoa eta diamantea. Iluna eta hauskorra bata; gardena eta gogorra bestea. Arkatzetan baliatzen da, besteak beste, lehena; harribitxietan bigarrena. Itxuraz, ez dute inolako zerikusirik, baina karbonoz eginak dira biak. Nola izan daitezke horren desberdinak, orduan? Kristalografiak du erantzuna.

Substantzia kristalinoetan, atomoak oso modu erregularrean daude antolatuta; sare modukoak osatzen dituzte. Halakoak dira grafitoa, diamantea eta gure inguruko beste substantzia gehienak. Materia kristalinoaren barne antolaketa hori ikertzen du, hain zuzen, kristalografiak. Eta hortxe dago grafitoaren eta diamantearen arteko alde handiaren koska: biak ala biak karbono atomoz osatuta dauden arren, horien ordena eta sarean lotzeko modua desberdina da substantzia batetik bestera.

Kristalografia

Askotariko material biologikoak kristalizatuta irudikatzen dituen mosaikoa / © International Union of Crystallography

Unescok Kristalografiaren Nazioarteko Urte izendatu du 2014a —www.iycr2014.org webgunean aurki daiteke informazio gehiago—. Historia luzea duen alor bat da, Jose Luis Pizarro EHUko Kristalografia eta Mineralogia katedradunak azaldu duenez: «Duela mende asko hasi ziren aztertzen, batez ere mineralogiaren ikuspegitik. Natur zientzietan zihardutenei oso deigarria iruditzen zitzaien kristalek halako simetriak izatea. Legeak sortu zituzten, kristalek forma horiek zergatik hartzen zituzten ulertzeko. Kristaletan atomoen barne ordena bat zegoela uste zen, baina ez zeukaten horren frogarik».

Duela mende bete agertu zen froga, eta horregatik ospatuko da aurten Kristalografiaren Nazioarteko Urtea. Izan ere, alor horren bilakaeran inflexio puntua izan zen aurkikuntza bat egin zuten Von Laue alemaniarrak eta Bragg aita-seme ingelesek: kristalak X izpien difrakzioa egiteko gai zirela ikusi zuten.

Materiaren interakzio modu bat da difrakzioa. Kasu zehatz honetan, X izpiak oso patroi jakin batzuen arabera sakabanatzen dira kristalarekin harremanetan; horrek sare formako barne egitura oso erregularra duelako, hain zuzen. Difrakzioak arrasto bat uzten du, puntuz osatutako argazki moduko bat, eta hori interpretatuta iragartzen da kristalaren atomoen ordena.

«Kristal bat X izpi horietan difrakzioa eragiteko gai izateak, horrek frogatu zuen atomoak ordenatuta zeudela materiaren barruan. Gainera, aurkikuntzari buelta eman diezaiokegu. X izpiek kristala zeharkatu eta gero sortzen diren irudi horiek aztertzen baditugu, kristal zehatz horren barruan atomoak nola kokatzen diren jakin dezakegu. Oso ondo ezagutzen ditugu difrakzioa eragiten duten legeak. Orduan, difrakzio irudi bat ikusten badugu, gai gara jakiteko difrakzioa eragiten duen materiaren barne ezaugarriak zeintzuk diren», esan du Pizarrok.

Aurkikuntza horren ondorioz, handitik txikira egin du jauzi ikerketak kristalografian. Lehen kristalen kanpo formak aztertzen baziren, orain barruko egiturari erreparatzen zaio. Pizarrok adierazi bezala, «material kristalinoetan atomoak non dauden eta molekulak nolakoak diren jakitea da garrantzitsua, eta, hala, haien portaeraren zergatiak ulertzea».

X izpien difrakzioaren bidez, beraz, kristalen barruan dauden atomo eta molekulei hiru dimentsiodun argazkia ateratzen zaie, nolabait. Materialak kristalinoa behar du izan teknika aplikatzeko, eta halakoak dira inguruneko material gehienak. Baina, gainera, egoera naturalean kristalinoak ez diren material batzuei ere atera dakieke argazkia. Adibidez, proteinak kristalizatu egin daitezke, eta X izpien difrakzioarekin atomoen antolaketa aztertu.

Duela urte batzuk pentsaezina zen aurkikuntza hura material biologikoei ere aplikatzeko aukera egongo zenik. Gaur egun, berriz, biozientziarekin lotura duten alorretan ari da kristalografia ekarpen handienak egiten. Farmakologian bereziki, Pizarrok esan duenez: «Kristalografiak azaltzen du zergatik substantzia bat bera pozoia den batzuetan eta botika besteetan, molekularen barne egituraren arabera. Kristalografia gakoa izaten ari da biomolekulen ezagutza garatzeko. Proteinak nola osatzen diren ikusten ari gara, birusak nolakoak diren, laborategietan diseinatzen diren askotariko farmakoek giza gorputzaren antigenoekin zer interakzio duten… Ezagutza horiek oso garrantzitsuak dira farmako berriak garatzeko».

Kristalografia EHUn

Gure inguruko material gehientsuenei aplika dakieke, beraz, kristalografia, eta zientziaren ia diziplina guztietan jorratzen da horregatik. Horren isla da Euskal Herriko Unibertsitatea. «Mineralogia eta Petrologia sailean, baliatzen dugu mineralekin lan egin ahal izateko eta haien propietateak ezagutzeko, atomoen arteko interakzioa ulertuz. Lerro esperimentalean, mineralak sintetizatzen ditugu laborategian, teknologia aplikazioak dituzten materialak lortzeko», dio Pizarrok. Adibidez, erregai piletan eta katalizatzaileetan baliatzeko material berriak garatzen dituzte.

Materia Kondentsatuaren Fisika sailean, bestalde, kristalografiari buruzko informazioa edonoren esku jartzen duen zerbitzari bat egin dute (www.cryst.ehu.es), besteak beste. Kimika Ez-organikoan, eta, nola ez, Biozientzietan ere ondo ezagutzen dute kristalografiaren alorra.

DNAren formaren salatari

Proteinak hartu eta hiru dimentsiotan ordenatzeko gai izan zitezen eremu bat eman zitzaienean, eta hala kristala osatzeko ahalmena zutela ikusi zenean, ezusteko handia izan zen. Horrek ate bat zabaldu zuen, X izpien difrakzioarekin esperimentuak egin ahal izateko eta azido nukleikoen barne antolaketa ikusteko. Proteinak kristalizatuta, orduan bai, horiekin ere egin zitezkeen esperimentu hauek», dio Jose Luis Pizarro EHUko Kristalografia eta Mineralogia katedradunak.

Hala egin zuen Rosalind Franklinek (Londres, 1920-1958). Cambridgeko Unibertsitatean Kimika Fisikoan doktoretza egin eta gero, Parisko Kimika Zerbitzuen Laborategian aritu zen hiru urtez, substantzia amorfoei X izpien difrakzio teknikak nola aplikatu ikasten. 1951n, Londresko King’s College unibertsitatean hasi zen lanean, DNA kristalizatuari X izpi bidezko argazkiak ateratzen.

«Franklinek oso esperimentu politak egin zituen. X izpien halo bat DNA molekuletara iristarazi zuen. Ordurako jakina zen difrakzioa egin zitekeela, eta bere buruari galdetu zion ea zer gertatuko zen horixe bera DNA molekulekin eginez gero. Atera zituen argazkiek aukera eman zioten berak lortutako DNA kristal horien barne ordena nolakoa zen iragartzeko, eta horri esker argitu zen DNAren barne egitura nolakoa den [helize bikoitza, alegia]».

Franklinek eta berarekin lan egiten zuen Raymond Gosling doktoretza ikasleak X izpien bidez lortutako irudien artean, 51. argazkia esaten zaion horrek izan zuen oihartzun handiena. 1952ko maiatzean ateratako argazki horretan agertzen den difrakzioaren patroiak funtsezko datuak ematen zituen, DNAren barne egitura ulertzeko. Kristalografiari esker lortu zuten.

DNAren egituraren aurkikuntzari 1962an eman zitzaion Nobel Saria ez zuen Franklinek jaso, ordea; James Watson, Francis Crick eta Maurice Wilkinsek, baizik. Wilkinsek ere DNAren egituraren alorrean egiten zuen lan King’s Collegen, baina oso harreman txarra zuen Franklinekin. Hark jakin gabe, Wilkinsek 51. argazki ezaguna erakutsi zien Cambridgeko Watson eta Cricki. Bi horiek aspalditik ari ziren DNAren forma nondik norakoa zen argitu nahian, baina gerora aitortu zutenez, Franklinen argazki hura inspirazio iturri garrantzitsua izan zen Nobel saria eman zien eredu zuzena garatzeko.

1953ko apirilean, Watsonek eta Crickek Nature aldizkarian argitaratu zuten bere artikulua. Bai eta Franklinek ere berea, baina haienaren atzetik. Horregatik, azken horrek aipatu behar izan zuen bere laneko ideia nagusiek bat egiten zutela Cambridgeko Unibertsitateko bi ikertzaileek egindakoarekin. Ez zen harritzekoa, neurri handi batean 51. argazkian oinarritutako ondorioak baitziren Watson eta Crickenak, baina Franklinek ez zekien hori.

Saririk gabe

Rosalind Franklin 37 urterekin hil zen, 1958an, obulutegietako minbiziak jota. Litekeena da kristalografo horrek X izpiekin egindako lanak eragin izana gaitza.

Lau urte geroago jaso zuten Watsonek, Crickek eta Wilkinsek Medikuntzako Nobel saria. Garaikur hori hiru ikertzailek besterik ezin dute jaso aldi berean, eta ez zaio inoiz hildakoei ematen. Beraz, ez dago jakiterik bizirik egon izan balitz Franklinek jasoko ote zuen, baina kristalografo horren ekarpena oso inportantea izan zen DNAren egitura ulertzeko, zalantzarik gabe.

Utzi erantzuna

Zure e-posta helbidea ez da argitaratuko. Beharrezko eremuak * markatuta daude