EVOLUCIÓN MOLECULAR por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

La generación de amino ácidos en el medio interestelar es un área de investigación muy importante en relación con la evolución química y el origen de la vida. Las reacciones ión-molécula y radical- molécula se han propuesto como posibles los mecanismos de reacción que pueden acontecer en condiciones de ultra-frío y alto vacío propios del medio interestelar, permiten que tengan lugar reacciones que no presentan barreras de energía que superar y, de esta forma, pueden tener lugar reacciones químicas entre iones tan simples como H2+ y H3+. Más recientemente, a finales de la década de los noventa, se han propuesto y estudiado reacciones entre moléculas y radicales neutros. En cambio no se han abordado las reacciones molécula neutra – molécula de capa cerrada, porque requieren energía de activación de, al menos, 10 kilojulios por mol. Las moléculas, incluyendo las más conocidas, tienen muchos “falsos” isómeros que mantienen sus formas inestables en condiciones de ultra frío y alto vacío mientras no colisionan con otras partículas, siempre que se generen mediante un mecanismo tal como una reacción de disociación y recombinación. Uno de estos casos es una de las moléculas más simples que existen, el acetonitrilo (CH3CN), que tiene, nada menos que 16 isómeros con estructuras electrónicas de capa cerrada, como propone Yang en 2005. La importancia de estas especies de capa cerrada en la evolución molecular no parece haber sido bien comprendida hasta ahora y este tipo de reacciones entre moléculas neutras y especies de capa cerrada no se han tenido en cuenta para el modelado químico de las nubes interestelares y pueden darse en las condiciones del medio interestelar.

 

Los cálculos mecanocuánticos de las superficies de potencial han permitido abordar el estudio de reacciones cuyo camino no presenta barreras, como ocurre en el caso de la glicina y moléculas análogas. Una molécula de amonio iluro (eléctricamente neutra conteniendo un átomo con una carga formal negativa y un heteroátomo con carga formal positiva y los compuestos dipolares tipo 1,2, muy frecuentes en química orgánica tanto como reactivos como compuestos intermedios) que es un isómero de la metilamina con energía más elevada, se puede producir por asociación radiativa entre el amonio y el radical metilo seguido de una disociación y recombinación. La glicina y sus análogos pueden generarse sin activación térmica, vía combinación del amonio iluro y algunas moléculas simples como el dióxido de carbono. Pueden ser responsables de la evolución molecular y de la generación de amino ácidos en el espacio interestelar.

 

Los mecanismos de generación de amino ácidos tienen especial importancia en relación con el origen de la vida, aunque hasta el momento no se haya confirmado la observación del aminoácido mas simple, la glicina, en el espacio interestelar. Bernstein y Holtom, en 2002 y 2005 estudiaron la fotolisis ultravioleta del hielo interestelar en el caso de las moléculas orgánicas extraterrestres que llegan a la Tierra mediante meteoritos o en el polvo interplanetario. Las reacciones en fase gas molécula-ion generando aminoácidos también se han investigado mediante fotolisis ultravioleta por Blagojevic. Son trabajos muy importantes porque concluyen que los aminoácidos se pueden generar en las condiciones reinantes en el espacio interestelar.

Woon propuso en 2002 un mecanismo de reacción para generar glicina, vía barrera de recombinación entre los radicales  HOCO  y  CH2NH2 , como un posible proceso para generar la glicina en el medio interestelar. Holtom en 2005 dio a conocer unos experimentos de fotolisis ultravioleta acoplados con cálculos cuánticos que apoyaban la importancia de las reacciones de recombinación sin barreras en el hielo interestelar irradiado con luz ultravioleta. Pese a la energía de activación necesaria para producir ambos reactantes,  los radicales HOCO  y  CH2NH2, la fotodisociación de los átomos de H calientes en hielo denso, puede sobrepasar la barrera de activación, generando los radicales HOCO  y  CH2NH2. Sin embargo cuesta mucho efectuar un cálculo mecanocuántico sobre una reacción en total ausencia de barrera y con un camino de reacción que genere un aminoácido en circunstancias de ultra frío y alto vacío, a partir de especies interestelares solamente, debido a la dificultad de lograr superficies de energía potencial de sistemas poliatómicos, que implica conocer funciones multidimensionales altamente complicadas.

 

La superficie de potencial es la que permite tratar de responder a una cuestión fundamental y es cómo el amino ácido más simple, la glicina, puede generarse a partir de moléculas simples. Maeda y Ohno llevaron a cabo un estudio de las funciones de energía potencial mecanocuánticas y descubrieron dos canales de reacción que dan lugar a glicina a partir de CO2, NH3  y CH2 , uno de las cuales, incluyendo la carboxilación de CH2NH3 ,  carece totalmente de barrera. Los mecanismos de reacción que implican a CH2NH3 , tienen mucha importancia en astroquímica para generar glicina, glicina protonada, glicinol y glicinamida en el espacio interestelar. Las reacciones molécula-molécula de capa cerrada, que hasta hace bien poco no se consideraban de interés en el medio interestelar, pueden ser las responsables tanto de la evolución molecular como de la generación de aminoácidos en ese medio, sobre la base de los cálculos químico cuánticos de las superficies de energía potencia