Los modelos moleculares digitales 3D y la Química

MARZOCCHI, VICTORIO; VILCHEZ, ALICIA; VANZETTI, NICOLÁS

Santa Fe

Congreso; 5ta Escuela y Workshop Argentino en Ciencias de las Imágenes ECImag 2012; 2012

En 1953, Watson y Crick publicaron un artículo proponiendo la estructura helicoidal del ADN que incluía una figura esquemática y para visualizar la compleja estructura construyeron un modelo mecánico [1,2]. ¿Cuál ha sido la evolución de estos modelos - croquis 2D y modelo mecánico 3D - en más de medio siglo transcurrido? En cuanto al modelado molecular mecánico 3D, actualmente hay una variada oferta de kits comerciales del tipo esferas (átomos) y varillas (enlaces) construidos generalmente en plástico, pero el extraordinario desarrollo se ha producido en los modelos en 2D que simulan 3D, que ha permitido pasar de aquella figura esquemática del ADN a un modelo molecular digitalizado 3D con múltiples opciones de renderización, incluso visión estereoscópica sin grandes requerimientos de hardware y software. Para una dada sustancia, conocida su composición y estructura química, si además se conocen experimentalmente los parámetros conformacionales de la molécula, se puede obtener su modelo molecular digitalizado como una superficie tridimensional resultante de la intersección de esferas (átomos) y cilindros de poco diámetro (enlaces). Los primeros repositorios en internet de modelos moleculares digitales 3D (esferas y varillas) datan de mediados de la década de los años 90 [3] y en la actualidad hay una gran cantidad de ellos, algunos con varias decenas de miles de complejos modelos moleculares y la mayoría usan el formato de archivo .pdb [4]. Hay una abundante disponibilidad de software específico, tales como editores de moléculas, animadores, conversores de formato, y de diseño molecluar y predicción de propiedades que aplican campos de fuerzas basados en teorías como dinámica molecular y mecánica cuántica [5]. El desarrollo de software con la filosofía libre, ha permitido acceder libremente al código de programación sentando las bases de un acelerado y diversificado desarrollo que redunda en una excelente disponibilidad de software de visualización y modelado molecular de este tipo. Además, generalmente el software libre se consigue legalmente gratis, lo que permite su instalación tanto en máquinas individuales como en gabinetes para uso masivo con fines educativos. El Gabedit es un software de visualización y modelado molecular libre que además de las opciones de trabajo en entorno gráfico, posee un avanzado constructor de moléculas [6,7]. Para animar modelos moleculares 3D se ha desarrollado el Jmol, un visor Java de código abierto para estructuras químicas en tres dimensiones con prestaciones para compuestos químicos, cristales, materiales y biomoléculas. Es una miniaplicación interactiva para el navegador web, libre, gratis, en castellano, que se propagandiza como ?el futuro de la visualización molecular está aquí? para ?docencia primaria, secundaria, terciaria? [8]. El Jmol ofrece la opción de visión estereoscópica con lentes 3D anaglifo, dos elocuentes ejemplos de aplicación son: el Biomodel 3 y el repositorio RCSB. El Biomodel 3 contiene modelos animados con Jmol de glúcidos, lípidos, vitaminas, proteínas y ácidos nucleicos, y se considera como material de uso en la educación secundaria [9]. Por otra parte, el repositorio RCSB, probablemente el portal de macromoléculas biológicas más importante que nuclea a organizaciones de EEUU, Europa y Japón, tiene incluido en su página el Jmol para visualizar las macromoléculas [4].