Dicroísmo

Qué es el dicroísmo

El dicroísmo es un fenómeno óptico propio de ciertas sustancias anisótropas: aquellas cuyas propiedades cambian según la dirección en que se miden. En términos elementales, un material dicroico "ve" un haz de luz de forma distinta según cómo esté polarizado, y absorbe más una componente que otra. El resultado macroscópico puede ser un cambio de color, un contraste marcado con la luz de origen, o (en el caso más discreto) una diferencia de intensidad que solo se detecta con un instrumento sensible.

El nombre viene del griego δίς (dis), "dos veces", y χρῶμα (chrôma), "color". Literalmente, "dos colores". El término lo acuñó el mineralogista francés Jean-Baptiste Biot a comienzos del siglo XIX al observar que ciertos cristales, como la turmalina, mostraban una tonalidad diferente cuando se los miraba desde ángulos distintos. Aquel dicroísmo de los cristales sigue siendo lo que un físico enseña primero al hablar del fenómeno. La biomedicina, sin embargo, lo aprovecha en una variante más sutil.

Dicroísmo circular en el estudio de biomoléculas

La luz polarizada circularmente vibra describiendo una hélice que gira a la derecha o a la izquierda según el sentido. Una molécula quiral (una molécula no superponible a su imagen especular, como casi todas las de la proteína) absorbe cada una de esas dos formas con intensidad ligeramente distinta. Esa diferencia, medida en función de la longitud de onda, produce el llamado espectro de dicroísmo circular. Es una firma óptica.

En la región del ultravioleta lejano (por debajo de 240 nm) la señal procede sobre todo de los enlaces peptídicos y refleja la estructura secundaria: las hélices alfa, las hojas beta y las regiones desordenadas dan curvas de forma reconocible a simple vista para un ojo entrenado. En el ultravioleta cercano (250 a 320 nm) la información proviene de los aminoácidos aromáticos y del entorno de los puentes disulfuro, es decir, de la estructura terciaria. La técnica ocupa un lugar propio entre las herramientas rápidas y no destructivas de análisis estructural. Basta una cantidad muy pequeña de muestra.

El dicroísmo circular ocupa un lugar propio en el estudio de las proteínas mal plegadas asociadas a enfermedades neurodegenerativas. El amiloide β en el alzhéimer, la α-sinucleína en el párkinson o el prión celular presentan cambios conformacionales que se detectan como variaciones características del espectro. La técnica también sirve para seguir en tiempo real el plegamiento de proteínas de novo, evaluar la unión de fármacos a su diana y comprobar la integridad estructural de proteínas terapéuticas (anticuerpos monoclonales, insulinas biotecnológicas) antes de su formulación.

Diferenciación con birrefringencia y dispersión óptica rotatoria

Conviene no mezclar el dicroísmo con otros fenómenos ópticos vecinos. La birrefringencia es la propiedad por la que un material tiene dos índices de refracción distintos según la dirección de la luz polarizada; se manifiesta como un desdoblamiento del rayo, no como una diferencia de absorción. En el dicroísmo, el rayo se debilita de forma desigual; en la birrefringencia, se divide.

La dispersión óptica rotatoria (ORD, en su acrónimo inglés) mide cómo cambia el ángulo de rotación del plano de polarización de una molécula quiral en función de la longitud de onda. Está emparentada con el dicroísmo circular por transformadas matemáticas rigurosas (las relaciones de Kramers-Kronig las conectan), pero explora otra faceta del mismo comportamiento óptico. En la práctica de laboratorio actual, el dicroísmo circular ha desplazado casi por completo a la ORD para el estudio de biomoléculas.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra dicroísmo?

Del griego δίς (dis, dos veces) y χρῶμα (chrôma, color). Se acuñó a principios del siglo XIX para describir cristales, como la turmalina o el cordierita, que cambiaban de tono según el ángulo de observación. La aplicación al estudio de biomoléculas es muy posterior, y se consolidó a partir de la década de 1960 con los primeros espectropolarímetros comerciales.

¿Sirve el dicroísmo circular para diagnosticar enfermedades en pacientes?

No de forma directa. Es una técnica de investigación básica y de desarrollo farmacéutico, no un método diagnóstico clínico. Su papel está en el laboratorio: caracterizar cómo se pliega una proteína, comprobar la calidad de un biofármaco antes de que llegue al paciente, estudiar los mecanismos moleculares del alzhéimer o del párkinson. La información que produce alimenta luego el diseño de fármacos y biomarcadores, pero el aparato no se usa en la consulta.

¿Cualquier molécula produce señal de dicroísmo circular?

Solo las quirales. Una molécula aquiral (superponible a su imagen especular, como el agua) absorbe por igual la luz polarizada a la derecha y a la izquierda, y no produce señal. Como casi todas las biomoléculas relevantes son quirales, ese requisito rara vez supone una limitación.

Referencias

1. Real Academia Española. Dicroísmo (Diccionario de la lengua española).
2. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Caracterización de estructura secundaria de proteínas por dicroísmo circular.
3. Greenfield NJ. Using circular dichroism spectra to estimate protein secondary structure. Nature Protocols. 2006;1(6):2876-2890.
4. Kelly SM, Jess TJ, Price NC. How to study proteins by circular dichroism. Biochim Biophys Acta. 2005;1751(2):119-139.