miércoles, 5 de octubre de 2016

La caída de Rivendell, el refugio de los elfos #Scientia #noticias


Nunca he sabido la razón por la que los patéticos Elfos viven "en comuna" en Rivendell, ese triste lugar situado en región de Eriador, cerca del Bosque de los Trolls. Allí, oculto en los páramos y colinas de las Montañas Nubladas, Elrond el medio Elfo tiene en su refugio a los elfos siempre agrupados desde que asolé Eregion. Salvo al estirado de Légolas (uno de los más ridículos miembros de la Comunidad del Anillo al que atrapé gracias a un arándano y a la cromatografía líquida como les conté en un anterior post) es muy difícil ver a los elfos aislados.

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Sin embargo, ayer ocurrió algo inesperado. Observando a los elfos desde los laboratorios de mi torre de Barad-dûr no solo entendí su manía de estar siempre agrupados en Rivendell, sino que encontré la forma de separarlos. Con ello logré condenarlos al infierno y utilizarlos en el desarrollo de nuevos productos alimentarios. La razón se llama "concentración micelar crítica", un parámetro muy a tener en cuenta si queremos conocer las verdaderas propiedades de un compuesto bioactivo. Mi hallazgo ha sido de tal calibre que una de las mejores revistas del mundo en el área de la química de los alimentos, Food Chemistry, lo ha publicado en su último número. Les cuento.

Los elfos me recuerdan a los ácidos grasos. Estos patéticos seres son muy altos mientras que los ácidos grasos tienen también una larga cadena carbonada. Por otra parte los ácidos grasos son compuestos anfifílicos que presentan en su estructura una parte lipofílica y otra hidrofílica. Lo mismo ocurre con la bipolaridad de Elrond, el Gran Señor de los Elfos de Rivendell, que era medio Elfo medio hombre. Blanco y en botella.

Pero los Elfos no son unos ácidos grasos cualquiera. Son miembros de la familia de los ácidos linoleico conjugados…los ingredientes estrellas de muchos suplementos nutricionales y alimentos funcionales. Realmente por el nombre de "ácidos linoleico conjugado" se conoce no a uno, sino a una familia de por lo menos 28 isómeros del ácido linoleico encontrados principalmente en la carne y productos lácteos provenientes de rumiantes. Desde el punto de vista estructural la gran diferencia entre el ácido linoleico conjugado y el ácido linoleico tradicional es que mientras el primero de ellos presenta dos dobles enlaces conjugados (alternados por un único enlace simple), en el ácido linoleico los dobles enlaces no están conjugados tal y como podemos observar en la siguiente figura.

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Debido a la fama alcanzada por estas moléculas gracias a sus supuestas propiedades beneficiosas, grandes empresas del sector lácteo han convertido a algún isómero del ácido linoleico conjugado en el protagonista de sus líneas de alimentos dietéticos, al mismo tiempo que ha pasado a ser uno de los productos más vendidos en gimnasios y centros deportivos. Sin embargo, a día de hoy la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) no ha aprobado ni una sola de las health claims (alegaciones saludables) solicitadas para el ácido linoleico conjugado. A pesar de ello hay interesantes estudios científicos sobre este ácido graso que hacen pensar que pronto la EFSA le concederá próximamente una alegación saludable.

Pero la ausencia de health claims no es el único problema de los elfos, digo del ácido linoleico conjugado. Uno de sus isómeros, el ácido ruménico (RA), adopta una estructura físico-química diferente dependiendo de la concentración a la que se encuentren en un medio de reacción… y eso puede cambiar totalmente sus propiedades.

El RA cuando se encuentra a baja concentración se presenta en forma de unidades individuales llamadas monómeros. Los monómero se encuentran aislados unos de otros sin formar ningún tipo de asociación entre ellos…como los Elfos cuando están fuera de Rivendell. Sin embargo, si aumentamos la concentración de RA en el medio de reacción llega un momento en el que los monómeros se agregan dando lugar a grandes estructuras de tipo micelar en forma de pelota.

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Las micelas de RA son agregados esféricos donde las moléculas se orientan para favorecer al máximo las interacciones hidrofóbicas e hidrofílicas. Así, las cadenas del ácido graso están orientadas hacia el interior y los grupos polares hacia la superficie. Estas estructuras tienen propiedades totalmente diferentes a las de los monómeros aislados y el valor exacto de concentración de ácido graso al cual éste pasa súbitamente de forma monomérica a forma micelar se denomina concentración micelar crítica (CMC).

Como ya podrán imaginar la ciudad de Rivendell es una gran micela formada por monómeros de ácido ruménico, es decir, por elfos agregados. Las propiedades de la micela de RA son mucho más poderosas que las propiedades de los monómeros de RA aislados… y de ahí la obsesión de Elrond en tener a todos los elfos agregados dentro de Rivendell y no de paseo por la Tierra Media.

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A la izquierda "Elfos agregados" en Rivendell. A la derecha Légolas, un "Elfo monomérico"

Una vez que comprendí que la gran fuerza de Rivendell residía que la agregación de todos los elfos, diseñé un plan maquiavélico para destrozar la ciudad. Para ello lo primero que hice fue desarrollar un método fluorímétrico que me permitiera calcular el valor exacto de la concentración micelar critica del RA, es decir, a qué concentración el RA se agrega. Sabiendo dicho dato podría machacar Rivendell. Les cuento el procedimiento.

Existe una sonda fluorescente, llamado difenilhexatrieno, que puede adicionarse al medio de reacción "incorporándose" a la estructura de los ácidos grasos. Esta sonda es incapaz de emitir fluorescencia en un entorno polar. Por ello, mientras los ácidos grasos con la sonda acoplada se encuentran en forma monomérica no hay emisión de fluorescencia. Sin embargo, en el momento en el que sobrepasamos la CMC el ácido graso se agrega formando la micela, la sonda fluorescente se incorpora a la micela que es más apolar que el medio que la rodea y aumenta súbitamente la fluorescencia de la disolución.

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Determinación de la CMC del ácido ruménico. Insertada se puede ver su estructura.

En la anterior imagen les muestro una gráfica donde se puede observar claramente un punto de intersección entre la región pre-micelar y post-micelar que define la CMC. En la gráfica se aprecia el súbito incremento de la fluorescencia que se produce cuando la concentración de RA es 0.3 milimolar. Justo a ese valor se produce el paso de monómeros a micela.

Una vez conocido el valor exacto de la concentración de elfos necesaria para formar la micela de Rivendell el siguiente paso era destrozarla. Para ello recurrí a mi ejército más poderoso: las ciclodextrinas. Como recordarán los seguidores de la serie "La Ciencia de El Señor de los Anillos" estas moléculas son agentes encapsulantes formados por unidades de glucosa que tienen capacidad para atrapar en su interior moléculas (o regiones) hidrofóbicas… como es el caso de la larga cola carbonada de los ácidos grasos.

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A) Diferentes tipos de ciclodextrinas naturales. B) Proceso de encapsulación de un elfo (perdón, ácido graso)

Lo que ocurrió se lo pueden imaginar. Una noche, mientras todos los elfos dormían, introduje las ciclodextrinas en el refugio de Elrond. Los monómeros que forman parte de la gran micela de Rivendell quedaron atrapados en las ciclodextrinas y ya no estaban disponibles para agregarse y así formar la poderosa micela. Aunque Elrond hizo lo posible para reclutar más elfos en forma de monómeros llegó un momento en el que las cantidad de mis ciclodextrinas era tan grande que al líder de los Elfos le fue imposible reclutar más monómeros para lograr que se formara la micela y mantener intacto Rivendell.

En la siguiente imagen se observa como la concentración micela crítica (valor de RA a partir del cual se forma la micela) aumenta conforme se incrementa la concentración de ciclodextrinas en el medio.

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Efecto de la concentración de HP-beta-ciclodextrina sobre la CMC del ácido ruménico

Ajustando los datos de CMC en presencia de diferentes tipos de ciclodextrinas a las ecuaciones correspondientes pude determinar las constantes de complejación, unos parámetros que miden la intensidad de la encapsulación del RA por mis ciclodextrinas. Los resultados mostraron como la más efectiva de los cuatro tipos de ciclodextrinas empleados en el ataque (alfa-CD; beta-CD; metil-beta-CD e hidroxipropil-beta-CD) fue hidroxipropil-beta-CD. Su interacción con el RA mostró el mayor valor de constante de complejación como se aprecia en la siguiente tabla.

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La escabechina fue tremenda. Los elfos de RA fueron uno a uno cayendo en la cavidad hidrofóbica de las ciclodextrinas y la micela de Rivendell se vino abajo. Usando técnicas de química computacional fui analizando, mediante docking molecular, las interacciones entre los cuatro tipos de ciclodextrinas usadas por el Señor Oscuro de Mordor y los monómeros de RA. La nueva obra de arte de Sauron estaba acabada y Rivendell quedó hecho añicos.

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Docking molécular de la encapsulación del RA por (A) Alfa-CD; (B) Beta-CD; (C) Metal-Beta-CD; (D) Hidroxipropil-Beta-CD.  Más información en la referencia citada al final del texto.

Es posible que ustedes se están preguntado para qué sirve todo el trabajo realizado en laboratorios de mi torre de Barad-dûr que hoy les he mostrado. La respuesta es clara y evidente… lo que pasa es que como ustedes no nacieron en Mordor no alcanzan a darse cuenta de su importancia.

Por una parte conocer las razones de la aparición de las micelas de ácido ruménico y de la existencia de un equilibrio monómero/micela de tipo dinámico es clave para entender las funciones de ese ácido graso. Varios estudios han demostrado como las propiedades nutricionales, espectroscópicas, fisiológicas y funcionales de un mismo compuesto no solamente son diferentes, sino que pueden llegar a ser opuestas dependiendo si se encuentra en estado monomérico o micelar. Esto significa que es imprescindible conocer la concentración exacta a la que se encuentra una molécula antes de hablar de sus propiedades ya que una pequeñísima variación en dicha concentración puede cambiar totalmente las mismas.

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Por otra parte la puesta a punto de un método fluorimétrico rápido, fiable y preciso para determinar el punto exacto de formación de las micelas (la concentración micelar crítica) es fundamental si queremos alterar el equilibrio monómero/micela, desplazándolo hacia la zona que más nos convenga.

Por último, si queremos usar el ácido ruménico de naturaleza hidrofóbica para enriquecer alimentos funcionales de naturaleza hidrofílica (zumos, productos desnatados, etc.) es necesario su encapsulación en ciclodextrinas. Conocer las constantes de encapsulación de los complejos entre el ácido ruménico y las ciclodextrinas como les he mostrado hoy es imprescindible para saber qué cantidad exacta hay que añadir de ácido ruménico y de ciclodextrinas. Además, el estudio también determina las condiciones de temperatura y pH óptimas para la encapsulación.

Pero no se equivoquen. Lo más importante de este trabajo es que el refugio de los elfos, Rivendell, ha sido destruido. El lugar donde se ocultaba la Gran Casa de Elrond, donde encontró refugio Bilbo Bolsón, donde Aragorn se educó para ser Rey en su juventud y donde la Compañía del Anillo fue creada, ya no existe… y esta noticia es tan importante que la revista Food Chemistry la acaba de publicar en su último número. No hay nada más bonito que ver a Elrond humillado mientras yo uso el anillo único para bailar como si fuese un Hula Hoop. Es lo que hay queridos Elfos. Sois basura.

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Elrond humillado y Sauron de fiesta

Sauron

Bibliografia: Physicochemical, thermal and computational study of the encapsulation of rumenic acid by natural and modified cyclodextrins. Adrián Matencio, Carlos Javier García Hernández-Gil, Francisco García-Carmona, José Manuel López-Nicolás. Food Chemistry 216 (2017) 289–295.

Nota: Para ver el resto de posts de la serie "La ciencia de El Señor de los Anillos" pinchen este enlace.