¡Ya está aquí! El VIII Festival de la Cristalografía

Hace 10 meses lanzamos, desde este mismo blog, el Festival de la Cristalografía. Fue el 11 de noviembre de 2013 y sirvió para conmemorar el 111º aniversario del anuncio de la ecuación de Bragg, por parte de su mentor J. J. Thomson en una reunión científica de la Philosophical Society of Cambridge. Con esta comunicación científica, y su posterior aplicación en la resolución de la estructura cristalina del cloruro de sodio, quedaba “inaugurada” la cristalografía química.

festival_cristal_logo

El principal objetivo de la cristalografía es el estudio de la estructura en estado sólido de sustancias químicas (desde un sencillo elemento a un virus, que es un ensamblaje de moléculas). A partir de estos hallazgos se pueden entender muchas propiedades físicas, químicas, biológicas y tecnológicas. Por otro lado, estos resultados sirven para diseñar sustancias químicas y materiales con propiedades determinadas. La cristalografía es un área multidisciplinar, que se relaciona con otras ciencias, como se muestra en la imagen siguiente (en otro post explicaré con más detalle la relación de la cristalografía con otras ciencias).

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El principal objetivo del Festival de la Cristalografía es unirse a los esfuerzos que numerosos cristalógrafos y otros científicos interesados en el tema por promover el impacto social de la cristalografía y destacar la importante labor que la cristalografía juega en el progreso científico y en la educación y cultura científicas; lo que constituye algunos de los objetivos del Año Internacional de la Cristalografía, que celebramos en 2014.

Con este post inauguramos la VIII Edición del Festival de la Cristalografía, la de la Red Tetragonal Primitiva, una de las 14 redes cristalinas de Bravais tridimensionales; caracterizada por tres ángulos de 90º y dos de las aristas iguales, constituyendo un prisma rectangular de base cuadrada y conteniendo un eje de orden 4. Algunos minerales que pertenecen a este sistema cristalino son la scheelita (wolframato de calcio, una mena importante del wolframio; y que homenajea al gran químico Carl Wilhem Scheele, uno de los descubridores del oxígeno), el rutilo (la principal fuente de dióxido de titanio, uno de las sustancias químicas de mayores aplicaciones industriales; en la imagen), el zircón (silicato de zirconio, materia prima para la obtención del metal y sus compuestos), la cristobalita (un polimorfo de la sílice) y la pirolusita (dióxido de manganeso y un mena principal de este metal).

Rutile-122157Cristales de rutilo (Fuente: Wikipedia)

Las normas y el tipo de participación en el Festival de la Cristalografía son las que se indicaron en la primera edición.

A diferencia de otros carnavales científicos, en este Festival de la Cristalografía se puede participar a través de un blog o a través del Grupo de Facebook del Festival de la Cristalografía; o a través de ambos.

Hay muchas maneras de participar, con material diverso (ver más abajo) y se puede comunicar la participación de dicersas maneras.

En el caso de que quieras participar a través de un post en un blog, puedes hacerlo poniendo una referencia a este post, y/o dejando un comentario al mismo, y/o comunicarlo a través de Twitter (@FestivalCristal ó @QuimicaSociedad) y/o a través del Grupo de Facebook del Festival de la Cristalografía. Si quieres participar con un post, pero no tienes blog, no hay problema, se puede publicar (con tu nombre y filiación) en este blog.

Si queires participar con material distinto de un post, se puede hacer a través del Grupo de Facebook del Festival de la Cristalografía, a través de Twitter (e@FestivalCristal ó @QuimicaSociedad). Si no tenéis (o no queréis usar las redes sociales), yo (o el anfitrión de turno del festival) nos encargaríamos de colgar la información en alguno de nuestros blogs. En esta  edición, puedes mandar un mensaje a b.herradon@csic.es.

Como se ha comentado anteriormente, en el Festival de la Cristalografía se puede participar de diversas maneras:

 1) Post publicados en cualquier web o blog. De cualquier tipo relacionado con la cristalografía: historia, biografías, conceptos, avances científicos, cristalografía y sociedad, relación con otras ciencias y artes.  etc.

2) Reseñas breves (a veces, sólo el título, si es suficientemente explicativo) de artículos publicados en revistas científicas que puedan ser de interés para los seguidores del Festival.

3) Enlaces a sitios de interés: revistas de cristalografía, sitios web, actividades en centros de enseñanza, etc. (tanto en España como en el extranjero).

4) Artículos en prensa y otras informaciones en medios de comunicación que tengan relación con la cristalografía.

5) Actividades del IYCr. En todo el mundo, especialmente en España.

6) Concursos de cristalografía.

7) Actividades en centros de investigación y en centros de enseñanza.

8) Material en video.

9) Imágenes de cristales. Sin duda, algunas de las imágenes más atractivas de la ciencia.

10) Material didáctica/educativo.

11) Recomendación de lecturas (libros/artículos) sobre cristalografía.

12) Cualquier otra actividad/material que se nos ocurra.

Toda la información participante se colocará también en el menú lateral de este blog anfitrión  y se difundirá a través de las redes sociales.

Ya llevamos 10 meses y 7 ediciones del Festival de la Cristalografía, con alrededor de 70 post en distintos blogs. Hay que reconocer que no son muchos. Pero, por otro lado, la participación a través del grupo de Facebook se puede considerar excelente, con más de 750 mini-posts, en los que nos encontramos con bellas fotografías de cristales, comentarios a noticias relacionadas con la cristalografía, efemérides cristalográficas, referncias a artículos científicos, videos diversos, prácticas de laboratorio, material educativo, etc. Todo esta información y material distribuido a través de INTERNET es un ejemplo del poder de la cristalografía como herramienta educativa, divulgativa y científica; confirmando la temática de una de las ponencias presentadas a la V Escuela de Verano sobre Historia de la Química en la Universidad de la Rioja.

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Agradezco a todos los particpantes en las anteriores ediciones del Festival de la Cristalografía, tanto a través de los blogs como de Facebook; y, especialmente a los organizadores de las ediciones anteriores del Festival de la Cristalografía, cuyos enlaces y organizadores se indican a continuación.

I Festival de la Cristalografía: Edición Triclínico. Organizado por Bernardo Herradón (@QuimicaSociedad) en el blog Cristalografía, Química, Ciencia,….

II Festival de la Cristalografía: Edición Monoclínico Primitivo. Organizado por César Tomé (@EDocet) en el blog Experientia Docet.

III Festival de la Cristalografía: Edición Monoclínico Centrado. Organizado por Marta Macho (@MartaMachoS) en el blog ::ZFTNews.

IV Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Primitivo. Organizado por Ramón Andrade (@3dCiencia) en el blog Flagellum. Impulsando la comprensión de la ciencia.

V Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Centrado. Organizado por Teresa Valdés-Solís (@tvaldessolis) en el blog Ciencia y presencia.

VI Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Centrado en la Base. Organizado por Miguel Ángel Morales (@gaussianos) en el blog Gaussianos.

VII Festival de la Cristalografía: Edición Ortorrómbico Centrado en las Caras. Organizado por Daniel Torregrosa (@DaniEPAP) en el blog Ese punto azul pálido.

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Para terminar, sólo me queda animar a los investigadores, profesores, maestros, divulgadores, todos los que amen y aprecien las múltiples facetas de la cristalografía a que participen en el Festival de la Cristalografía

¡Viva Kepler! ¡Viva Haüy! ¡Viva Pasteur! ¡Viva Laue! ¡Viva Bragg! ¡Viva Pauling! ¡Viva Bernal! ¡Viva Franklin! ¡Viva Perutz! ¡Viva Crowfoot-Hodgking!…. Y todos los gigantes de la ciencia que han contribuido al desarrollo de la cristalografía.

Johannes Kepler Kopie eines verlorengegangenen Originals von 1610Kepler

HaüyHaüy

pasteurPasteur

laue_postcardLaue

Bragg_WH_WLW. L Bragg (izda) y W. H. Bragg

paulingPauling y el modelo de hélice alfa de las proteínas

BernalBernal

franklin_2Franklin

Perutz_HemoglobinaPerutz y el modelo de la estructura de la hemoglobina

Crowfoot_dorothyCrowfoot-Hodgkin y el modelo de la insulina

Nota 1: Este es el post inicial del Festival de la Cristalografía. Si os habéis dado cuenta, no se ha fjado una fecha final de esta edición del Festival. De momento es fecha indefinida, pero calculo que estará activo hasta el 31 de octubre de 2014.

Nota 2: Este post también participa en el XXXIX Carnaval de Química (edición: Y) (@CarnavalQuimica), que organiza el magnífico blog Gominolas de Petróleo (@gominolasdpetro).

carnaval química XXXIX 530Nota 3: Este post participa en el IX Carnaval de Geología (@geocarnaval), alojado por el blog MasScience (@MasScience)

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Bernardo Herradón
(@QuimicaSociedad)
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Dorothy Crowfoot-Hodgkin: científica excepcional.

La insulina es una hormona peptídica que regula el metabolismo de los carbohidratos. Los esteroles constituyen un grupo de productos naturales (metabolitos secundarios) con multitud de funciones biológicas; siendo el colesterol el congénere más relevante, que es un componente esencial de las membranas de las células de los mamíferos, precursor de la biosíntesis de numerosos esteroides (esteroidogénesis, ver figura), entre los que se pueden destacar diversas hormonas responsables de los rasgos sexuales (testosterona, estradiol y progesterona), hormonas reguladoras del balance de agua y electrolitos (aldosterona), hormonas reguladoras de procesos inflamatorios e inmunomoduladores (cortisol) y ácidos biliares (ácido cólico) que favorecen la digestión de las grasas. La penicilina, descubierta por Fleming y estudiada por Florey y Chan (los tres compartieron el Premio Nobel de Medicina en 1945), supuso una revolución en el tratamiento de las enfermedades causadas por bacterias, iniciando un área de investigación multidisciplinar en antibióticos. La vitamina B12 es un grupo de moléculas relacionadas estructuralmente que es esencial para los mamíferos, cuya deficiencia causa serias enfermedades en el desarrollo del sistema nervioso y de los glóbulos rojos; el papel químico de la vitamina B12 es participando como cofactor en una amplia variedad de reacciones enzimáticas (isomerizaciones, deshalogenaciones y transferencias de grupos metilo). Una peculiaridad estructural de la vitamina B12 es la presencia de un enlace entre un átomo metálico (el cobalto) y un átomo de carbono, siendo uno de los pocos compuestos organometálicos presentes en la naturaleza.

Aparte de su gran relevancia biológica, ¿qué tienen en común estas cuatro moléculas? La respuesta: Dorothy Crowfoot-Hodgkin.

Dorothy Crowfoot nació el 10 de mayo de 1910 en El Cairo, donde su padre, John W. Crowfoot, trabajaba para el Servicio Egipcio de Educación. En 1916, se produjo su traslado a Sudán, donde su padre había sido nombrado Director Adjunto de Educación. Durante este tiempo, Dorothy y su madre (Grace M. Hood) tuvieron tiempo para fomentar aficiones: coleccionismo y dibujos de flores (actualmente donados al Jardín Botánico de Kew), expediciones arqueológicas, amor por el arte, especialmente en tejidos textiles antiguos (de los que llegó a ser una experta internacional). Durante esta época, se fomentó su afición de colores y pautas, que fueron de utilidad para su posterior trabajo en cristalografía. Durante la Primera Guerra Mundial, Dorothy y sus hermanas menores (Joan y Betty, que nacieron en Sudán) se trasladaron a vivir con sus abuelos en Worthing (Inglaterra).

El interés de Dorothy por la ciencia, y especialmente por la química, empezó muy pronto, a los 10 años ya realizaba experimentos sencillos en su casa y a los 15 años leyó el libro The Nature of the Things escrito por William H. Bragg (el padre de la cristalografía química, Premio Nobel de Física en 1915), en la que éste destacaba que esta técnica experimental, aún incipiente, permitiría “ver” los átomos y las moléculas; lo que le pareció fascinante. Recomiendo el magnífico post de Ramón Andrade contando la influencia que este libro tuvo en la joven Dorothy.

Dorothy siguió una formación en química estudiando en la Universidad de Oxford (1928-1932), asistiendo a clases impartidas por Robert Robinson (Química orgánica, Premio Nobel de Química en 1947) y Cyril N. Hishelwood (Química física, Premio Nobel en 1956) y con excelentes conferenciantes como Ernest Rutherford (Premio Nobel de Química en 1908), Niels Bohr (Premio Nobel de Física en 1922) y Peter Debye (Premio Nobel de Química en 1936). Pero la conferencia que más le impactó fue la de un joven cristalografo de la Universidad de Cambridge, John D. Bernal (1901-1971; en la imagen), con el que decidió que haría su tesis doctoral. Durante su estancia en Oxford, Dorothy había iniciado su investigación en cristalografía en Oxford, publicando con Herbert M. Powell su primer artículo sobre la estructura de los haluros de dialquiltalio (Nature 1932, 130, 131-132).

Bernal está considerado como uno de los científicos británicos más brillantes del siglo XX. Un científico capaz de trabajar en múltiples temas. Durante su estancia en el grupo de Bernal, Dorothy Crowfoot aprendió que no hay fronteras entre las ciencias, que se puede realizar una investigación entre la química, la bioquímica, la física, y la cristalografía.

Tras finalizar su tesis doctoral en 1934 (sobre la estructura de esteroides; corrigiendo las estructuras propuestas inicialmente, fórmula de la izquierda en la imagen), Dorothy volvió a la Universidad de Oxford, donde permaneció durante el resto de su vida, siendo uno de los científicos más queridos (debido a su generosidad) y admirados de su época, creando una escuela de investigadores en cristalografía con intereses multidisciplinares. Desde 1937, tras su matrimonio con Thomas Hodgkin, su apellido cambió a Crowfoot-Hodgkin.

Elucidar la estructura de las cuatro moléculas indicadas al comienzo de este artículo ya sería suficiente para considerar a Dorothy Crowfoot como uno de los más importantes cristalógrafos (independientemente del género) de la historia, pero además hizo muchas más cosas, científicas (entre otras moléculas importantes se pueden citar los estudios con morfina y con gliotoxina) y sociales.

Por supuesto, su investigaciones más recordadas (y que le llevaron la mayor parte de su vida) fueron la determinación estructural de la insulina y de la vitamina B12.

La insulina es una hormona que fue aislada en 1921 por Banting y Best de las células beta de los islotes de Langerhans del páncreas. Desde las primeras investigaciones se tuvo constancia de la relevancia de la insulina en el metabolismo de los carbohidratos y otras actividades fisiológicas; cuyo defecto podría conducir a enfermedades, como la diabetes.. Banting recibió el Premio Nobel de Medicina en 1923 (compartido con MacLeod), aunque con bastante polémica, que se puede leer aquí. Desde aquellos años, la insulina atrajo el interés de los químicos por conocer su estructura, siendo la cristalografía una herramienta poderosa en estos estudios. En aquella época no existín alas facilidades de equipamiento, métodos de cálculo y equipamineto informático de la actualidad (casi todo se tenía que hacer “a mano”), pero al mismo tiempo, este tipo de sstudios sirvieron para que la ciencia de la cristalografía química creciera. Em 1925 se pudo obtener insulina por cristalización (J. J. Abel) y en 1934 se identificó la presencia de cationes Zn (II) en la insulina aislada del páncreas.

La investigación de Crowfoot-Hodgkin sobre la insulina abarcó un periodo de 34 años, interrumpidos parcialmente por los estudios en vitamina B12 y penicilina, que empezó en 1934, cuando no se conocía la estructura primaria (ver imagen, determinada por Sanger en 1952; Premio Nobel de Química en 1958, por la determinación de la estructura de la insulina, y en 1980, por desarrollar métodos de secuenciación de ácidos nucleicos). La investigación de Crowfoot-Hodgkin en insulina permitió avanzar en el método del desplazamiento isomorfo, fundamental actualmente para determinar la estructura cristalina de proteínas. También permitió profundizar en los mecanismos de oligomerización de la insulina y sirvió de base para el diseño de derivados de insulina que podrían tener aplicaciones terapéuticas.

La investigación en la estructura de la vitamina B12 es una obra maestra de la ciencia. En su momento fue la estructura química no-oligomérica más compleja resuelta cristalográficamente. La vitamina B12 es un complejo de corrina con cobalto. La corrina  es un sistema macro-heterocíclico, parecido al de la profirina (componente de los citocromos, grupo heme de la hemoglobina, y clorofila). El cobalto de la vitamina B12 es hexacoordinado: cuatro de las valencias de coordinación son con la corrina, una quinta con un grupo dimetilbenzimidazol y la sexta posición es el sitio de recatividad. Como comentado anteriormente, la vitamina B12 es realmente un grupo de moléculas que se diferencian en el sexto ligando unido al cobalto. Este ligando puede ser un grupo ciano (cianocobalamina), un grupo 5′-desoxiadenosil (adenosilcobalamina; con un enlace covalente entre el átomo metálico y el carbono C-5′ del nucleósido, un compuesto organometálico, ver segunda imagen a continuación), un grupo metilo (metilcobalamina; también con enlace alquilo-metal), o un grupo hidroxilo (hidroxocobalamina).

Por todas estas investigaciones, y especialmente por la elucidación estructural de la vitamina B12, fue galardonada con el Premio Nobel de Química en 1964. Sin duda, un reconocimiento merecido.

La investigación de Dorothy Crowfoot-Hodgkin se extendió hasta casi su muerte (el 29 de julio de 1994), trabajando durante casi 60 años con una inmensa influencia en cristalografía, química y bioquímica. Con su investigación, la cristalografía se convirtió en una herramienta poderosa de determinación estructural de moléculas complejas, a partir de la cual se podían obtener datos importantes para entender las propiedades biológicas (lo que hoy se conoce como relación estructura-actividad). Dorothy Crowfoot empezó a trabajar en una época en la que no existían ordenadores, las intensidades se tenían que “determinar a ojo” y las estructuras se tenían que “calcular a mano”, contribuyó a desarrollar métodos que facilitasen el trabajo de “traducir” el dato experimental (intensidad de señales que se corresponde con densidades electrónicas) en posiciones atómicas. El desarrollo de algoritmos para este fin y la disponibilidad de ordenadores potentes facilitó el trabajo de los cristalógrafos de generaciones posteriores.

Además, Dorothy Crowfoot-Hodgking desplegó una intensa actividad como activista por la paz, intentando establecer lazos científicos y sociales con Extremo Oriente (especialmente China),  y promoviendo el papel de la mujer en la ciencia. Formó parte activa de la fundación de la International Union of Crystallography (IUCr). También fue un miembro activo de la conferencia de Pugwash, movimiento fundado por Bertrand Russell, cuyo objetivo es el desarme nuclear y la paz mundial, siendo su presidenta entre el periodo 1975-1988. Una frase que decía (y que la define) es “tener enemigos es una pérdida de tiempo y energía“.

Sin duda alguna, recordar a esta gran mujer y científico es muy apropiado en cualquier momento y circunstancia, y sirve para  reconocer el gran papel de la mujer en ciencia.

Bibliografía y referencias en INTERNET

 

Nota-1: Este artículo es una versión ampliada del artículo originalmente publicado en la web de la SEBBM

Nota-2: Este post participa en el XXVII Carnaval de Química (el del cobalto, el metal de la vitamina B12), que aloja el blog Educación Química.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es