5.10: Otras aplicaciones de RMN

Resonancia magnética

En la introducción a este capítulo, escuchamos dos historias sobre personas cuyas vidas se salvaron potencialmente cuando se descubrieron tumores cerebrales durante una resonancia magnética (MRI). La resonancia magnética es una poderosa técnica de diagnóstico porque permite a los médicos visualizar los tejidos internos del cuerpo a la vez que se ahorra al paciente de la cirugía y las radiografías potencialmente dañinas y de alta energía. La base para la resonancia magnética es esencialmente la misma que para la RMN: un escáner de resonancia magnética tiene un imán superconductor muy fuerte lo suficientemente grande como para rodear completamente a toda una persona, de la misma manera en que un pequeño tubo de muestra de vidrio en un experimento de RMN está rodeado por el imán del instrumento. Una vez expuestos al fuerte campo magnético, los protones de agua en el cuerpo resuenan a diferentes frecuencias de radio; la variación en las frecuencias de resonancia se debe a que el agua se une de diferentes maneras a diferentes tipos de tejidos, creando entornos electrónicos ligeramente diferentes para los protones. El software en el escáner de MRI luego traduce las variaciones en las frecuencias de resonancia a un esquema de color, lo que crea una imagen visual de los tejidos corporales en el área escaneada.

RMN de proteínas y péptidos

En este capítulo has aprendido lo suficiente sobre la RMN para poder entender cómo se usa para resolver las estructuras de moléculas orgánicas relativamente pequeñas. Pero, ¿qué pasa con las moléculas orgánicas realmente grandes, como las proteínas?

La cristalografía de rayos X, no la RMN, es la forma más común de determinar la estructura tridimensional precisa de una proteína, y en una clase de bioquímica observarás muchas imágenes de estructuras proteicas derivadas de la cristalografía de rayos X. Si bien es una herramienta inmensamente poderosa para analizar la estructura de las proteínas, la cristalografía tiene dos inconvenientes principales. Primero, se basa en que un investigador pueda obtener una proteína para formar cristales regulares y ordenados, lo que puede ser muy desafiante. La mayoría de las proteínas son globulares, lo que significa que son (muy aproximadamente) de forma esférica. Para que una molécula forme cristales, debe empaquetarse firmemente de una manera ordenada y repetitiva: piense en una pila ordenada de objetos en forma de cubo. Las esferas, sin embargo, son inherentemente difíciles de empacar de esta manera. Imagínese tratando de hacer un montón de pelotas de tenis, simplemente se deshacen, porque tan poca de la superficie de cada pelota entra en contacto con su vecino, por lo tanto hay muy poca fricción (es decir, ¡interacciones no covalentes!) sosteniéndolos juntos. Un gran porcentaje de proteínas conocidas simplemente no cristalizarán bajo ninguna condición que se haya probado, por lo tanto, no podemos determinar su estructura mediante cristalografía de rayos X.

En segundo lugar, mucho de lo más interesante de las proteínas es cómo se mueven: los colgajos se abren y cierran cuando un sustrato se une, o una parte de la proteína se mueve para conectarse con otra parte. La acción proteica es dinámica. Un cristal, en el otro tenía, es estático, o congelado. Una estructura proteica determinada por cristalografía de rayos X es como una fotografía fija de bailarín saltando: podemos inferir de la imagen qué tipo de movimiento podría estar ocurriendo, pero no podemos obtener una apreciación completa del movimiento.

Esto lleva a RMN, que por supuesto se realiza en solución. Es fácil meter la mayoría de las proteínas en solución acuosa, por lo que no hay que preocuparse por tratar de hacer cristales. Además, una proteína en solución es libre de moverse, por lo que la RMN puede capturar potencialmente elementos de la dinámica proteica. Entonces, ¿por qué los científicos no siempre usan RMN para mirar las proteínas?

Después de trabajar a través de algunos problemas de determinación de la estructura de RMN en este capítulo, usted tiene una apreciación por el trabajo de cerebro requerido para averiguar la estructura de una pequeña molécula orgánica basada en su estructura de RMN: ¡ahora imagínese hacer esto con una proteína, con sus miles de átomos de carbono e hidrógeno! Sin embargo, los espectroscopistas están mejorando gradualmente en el uso de la RMN y la potencia de la computadora para hacer precisamente esto. Las técnicas avanzadas de RMN y los métodos de análisis están mucho más allá del alcance de nuestra discusión aquí, pero puedes ver lo útil que podría ser para los científicos de proteínas poder 'ver' cómo se ve una proteína usando RMN, y si estás interesado en esta área de investigación puedes aprender sobre ella de manera más avanzada cursos.

Nota: La Base de Datos Espectrales de Compuestos Orgánicos es un gran recurso para observar los espectros de RMN (tanto de protones como de carbono) para una gran cantidad de compuestos - cuantos más ejemplos veas, ¡mejor!