¿Alguna vez te has detenido a admirar la riqueza de colores que adornan a las flores y frutas? Estos tonos vibrantes esconden un fascinante mundo de moléculas orgánicas que tienen el potencial de mejorar nuestra salud. Entre esta fascinante colección de moléculas vegetales encontramos a los flavonoides, los cuales desempeñan un papel fundamental en la pigmentación de las plantas, y en gran medida, son los responsables de los colores vivos que adornan nuestro entorno natural. Además de estas funciones estéticas, los flavonoides proveen a las plantas de protección contra factores externos, como la luz ultravioleta, altas concentraciones de metales pesados en el suelo y daños provocados por reacciones de estrés oxidativo.
Pero, ¿qué tienen que ver los flavonoides con la salud humana? Estudios han demostrado que las propiedades antioxidantes se aprovechan también en nuestro cuerpo, protegiendo las células contra daños causados por radicales libres y estrés oxidativo1. Además, han mostrado tener acción antiinflamatoria y anticancerígena debido a su interacción con proteínas importantes en procesos relacionados con el ADN de las células2. Sin embargo, al ser compuestos fotoquímicos de las plantas, el organismo humano no puede producir estas sustancias por sí mismo, así que solo es posible obtenerlos mediante la suplementación o una alimentación rica en frutas, vegetales, raíces y bebidas vegetales; por ejemplo, las cebollas y el té son fuentes dietéticas ricas en flavonas y flavonoles (subgrupos de los flavonoides).
La asombrosa importancia de los flavonoides en la naturaleza y su impacto en la salud humana puede estudiarse a través de analizar su estructura química y las interacciones físicas que relacionan esta estructura con su actividad molecular.
La estructura fundamental de todos los flavonoides (ver Figura 1) consta de dos anillos bencénicos, cada uno compuesto por seis átomos de carbono y un anillo heterocíclico conformado por cinco átomos de carbono y un átomo de oxígeno, a los cuales se añaden distintos grupos hidroxilo (oxígeno e hidrógeno). La presencia de estos grupos hidroxilo está directamente relacionada con las propiedades antioxidantes de los flavonoides. Comprender esta arquitectura molecular, aunque pueda parecer compleja inicialmente, es esencial para comprender cómo los flavonoides interactúan con nuestro organismo.
Figura 1. Estructura y principales fuentes de los flavonoides
Para adentrarnos en las sutilezas de estas interacciones, entra a escena la biofísica, que es una disciplina que combina los principios de la física y la biología para explorar cómo funcionan las moléculas en los sistemas biológicos. En el caso de los flavonoides, la biofísica nos permite adentrarnos en el nivel molecular para analizar cómo estas moléculas interactúan con otras sustancias presentes en nuestro cuerpo, como proteínas y enzimas, y cómo estas interacciones afectan nuestra salud.
¿Qué significa estudiar física a nivel molecular?
Podemos resumir la respuesta a través de una sencilla “receta” de tres pasos:
- Descripción del sistema: ¿cuáles son las partículas o bloques fundamentales de los que se compone nuestro sistema?
- Interacciones: ¿qué ecuaciones matemáticas describen las interacciones entre nuestras partículas?
- Dinámica: ¿cómo se describen matemáticamente las interacciones en un tiempo determinado?
Figura 2. Jerarquía de los bloques funda- mentales que describen un sistema molecular.
Si elegimos núcleos atómicos y electrones como nuestros bloques fundamentales, podemos describir átomos y moléculas. A este nivel, la interacción física más importante que entra en juego es la fuerza electromagnética, ya que nuestras partículas son objetos que poseen carga eléctrica
Es importante destacar que, al estudiar sistemas tan diminutos y ligeros (un protón pesa aproximadamente lo que 1 gramo dividido entre 1024 partes, es decir un 1 seguido de 25 ceros, mientras que un electrón pesa cerca de una 1800-ava parte de eso), entramos en el fascinante terreno de la física cuántica: una teoría fundamental en la física que se encarga de describir el comportamiento de partículas a escala subatómica, donde las reglas de la física clásica ya no se aplican.
A pesar de que las propiedades de la mecánica cuántica desafían nuestra intuición, en la realidad, los efectos exóticos cuánticos de la naturaleza fundamental de la materia se vuelven menos significativos a medida que aumenta el número de átomos en nuestras moléculas. Por ejemplo, al tratar con la física de macromoléculas, como las proteínas, compuestas por miles de átomos, resulta más conveniente aplicar los principios de la física clásica en lugar de describir minuciosamente los movimientos de cada átomo. No obstante, cuando se trata de moléculas como los protagonistas de este artículo, los flavonoides, los cuales constan de alrededor de 25 átomos, los efectos cuánticos adquieren gran relevancia.
Una característica esencial de los flavonoides es su insolubilidad en agua, que se debe a sus interacciones con las moléculas de agua. Esta particularidad presenta un desafío importante en la formulación de suplementos alimenticios que aprovechen sus beneficios. Investigar la física molecular de las interacciones de los flavonoides con otros compuestos es crucial para abordar este desafío4 y desarrollar suplementos más efectivos y de mejor absorción. Además de sus aplicaciones directas en dieta y suplementos alimenticios, existen otro tipo de propuestas que intervienen con la calidad de nuestra nutrición. Como se mencionó anteriormente, los flavonoides son conocidos por proteger a las plantas de la radiación ultravioleta (UV). A nivel molecular, hay estudios que exploran la formulación de alimentos enriquecidos con flavonoides, para prevenir la degradación de los nutrientes en los alimentos debido a la exposición a los rayos UV4, brindando una capa adicional de protección a nuestra salud y bienestar al reducir la ingesta de compuestos dañinos en la dieta.
El estudio de la física de los flavonoides nos revela no solo la fascinante complejidad de estas moléculas, sino también las prometedoras oportunidades que ofrecen. Es destacable la multidimensionalidad de estos estudios, que abarcan diversas disciplinas científicas, basándose en la física y la biología, y valiéndose del uso de herramientas computacionales debido a la complejidad matemática intrínseca a estas investigaciones. Estos enfoques multidisciplinarios amplían nuestra comprensión de la naturaleza y abren nuevas puertas hacia campos cruciales como la medicina y la nutrición, donde estos compuestos pueden desempeñar un papel fundamental en el cuidado de la salud y el bienestar.
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