El agua pesada tiene un sabor dulce

Por Francisco R. Villatoro, el 3 junio, 2021. Categoría(s): Biología • Bioquímica • Ciencia • Noticias • Química • Science ✎ 8

El agua (destilada) es insípida, no tiene sabor; solo se dice que es «agua dulce» cuando se la compara con el «agua salada». Pero en 1935, el químico Klaus Hansen publicó en Klinische Wochenschrift  que el agua pesada tiene un sabor dulce; algo paradójico, ya que la estructura química del D₂O es idéntica al H₂O (no influye que el deuterio tiene el doble de masa que el hidrógeno). Además, en 1935, Harold C. Urey, Premio Nobel de Química en 1934 por el descubrimiento del deuterio en 1931, publicó en Science  que el agua pesada le era insípida. Se publica en Communications Biology  una solución a la polémica entre Hansen y Urey: el agua pesada tiene un sabor dulce para los humanos, aunque no para los ratones. Por supuesto, un solo artículo nunca es suficiente para afirmar que la polémica esté resuelta de forma definitiva.

El receptor humano del sabor dulce es una proteína transmembrana: un heterodímero formado por dos proteínas codificadas por dos genes de tipo TAS1R, en concreto, TAS1R2 y TAS1R3. El heterodímero humano TAS1R2/TAS1R3 reconoce los edulcorantes naturales y sintéticos (aunque el receptor homólogo de los ratones no reconoce muchos de los sintéticos). Se han realizado experimentos con humanos y ratones, en cultivo celular y por ordenador. Solo quiero destacar estos últimos: simulaciones por dinámica molecular de la interacción del agua con el sitio activo (potencial) del receptor TAS1R2/TAS1R3. Se observa un pequeño efecto cuántico de origen nuclear que influye en la respuesta de este receptor humano a estas moléculas isotópicas. Se propone como hipótesis que movimiento de la molécula de agua en el sitio activo depende del radio de giro, que es menor para el D₂O que para el H₂O al ser la masa del D mayor que la del H; recuerda que si el momento de inercia es I = m k², se llama radio de giro a k. Por supuesto, para confirmar esta hipótesis se requieren simulaciones cuánticas del sitio activo (más allá de lo que permite el software de dinámica molecular usado).

El artículo es Natalie Ben Abu, Philip E. Mason, …, Pavel Jungwirth, «Sweet taste of heavy water,» Communications Biology 4: 440 (06 Apr 2021), doi: https://doi.org/10.1038/s42003-021-01964-y, bioRxiv 22 May 2020, doi: https://doi.org/10.1101/2020.05.22.110205; más información en la nota de prensa «Heavy water tastes sweet,» EurekAlert, 07 Apr 2021; también cito los artículos clásicos de Klaus Hansen, Erling Rustung, «Untersuchungen Über die Biologischen Wirkungen von „Schwerem Wasser“ bei Warmblütigen Tieren,» Klinische Wochenschrift 14: 1489-1493 (1935), doi: https://doi.org/10.1007/BF01779088, y de H. C. Urey, G. Failla, «Concerning the taste of heavy water,» Science 81: 273 (15 Mar 1935), doi: https://doi.org/10.1126/science.81.2098.273-a.

Si te interesan los experimentos con humanos, con ratones o en cultivo celular, te remito al artículo. Solo comentaré aquí el análisis molecular del receptor TAS1R2/TAS1R3, un canal de calcio transmembrana responsable del sabor dulce; los autores del artículo se centran en TAS1R3, que presenta mayores diferencias entre humanos y ratones. Se ha modelado el heterodímero usando el software I-TASSER (Iterative Threading ASSEmbly Refinement), que usa un enfoque jerárquico para predecir la estructura de una proteína y desvelar su función potencial. La figura muestra en color amarillo (arriba para TAS1R2 y abajo para TAS1R3) los dos sitios activos predichos donde pueden quedar atrapadas moléculas de agua que interaccionen con el receptor.

Las simulaciones mediante dinámica molecular en la escala de los microsegundos muestran la interacción de una molécula de agua insertada en el sitio activo del TAS1R3. Este tipo de simulaciones son cuasiclásicas, una especie de híbrido entre cuánticas y clásicas; a gran escala la simulación es clásica, pero a pequeña escala se incluyen ciertos efectos cuánticos. Como muestral a figura, se observa que el radio de giro estimado a partir del movimiento de la molécula de agua atrapada en el sitio activo oscila alrededor de un valor promedio menor para el D₂O que para el H₂O; dicha diferencia parece afectar al canal de calcio del receptor. Este tipo de simulaciones no son realmente cuánticas, pero sugieren que el radio de giro afecta a la interacción cuántica entre la molécula de agua y el receptor del sabor. En rigor no es un resultado concluyente, pero apunta a que podría ser la explicación del sabor dulce del agua pesada; la cuestión solo se podrá decidir con futuras simulaciones cuánticas ab initio.

En resumen, el agua que bebes no es dulce porque solo contiene un átomo de deuterio por cada 6400 átomos de hidrógeno. Sin embargo, en dosis de pocos mililitros de agua pesada ultrapura, los experimentos con humanos apuntan a que el agua pesada tiene un sabor ligeramente dulzón; en las pruebas sensoriales se pierde el dulzor cuando se bloque el receptor de sabor dulce TAS1R2/TAS1R3 usando lactisol. Además, la hipótesis del dulzor tiene una explicación mecanicista convincente. Pero se necesitan futuros estudios para confirmar de forma definitiva la hipótesis. Habrá que estar al tanto.



8 Comentarios

  1. Curioso asunto 🙂
    Muchas gracias, Francis.

    Aprovecho para plantear una inquietud acerca del agua deuterada que está resumida en este comentario…
    https://danielmarin.naukas.com/2021/04/23/el-experimento-moxie-de-perseverance-fabrica-oxigeno-en-marte/#comment-525778

    De ahí me surgen dos preguntas, no sólo a Francis, estáis todos invitados 😉

    La primera se refiere al dato de la wikipedia (ver el comentario que acabo de enlazar) versus el del último párrafo de la presente entrada… ¿cuál es el correcto?

    La segunda, partiendo del dato más recurrente en multitud de artículos, que el agua marciana está enriquecida con hasta 8 veces más deuterio (8 VSMOW, Vienna Standard Mean Ocean Water) que el agua oceánica terrestre… ¿alguien sabe qué efecto (ninguno, despreciable, poco, moderado, mucho, letal) tendría para el ser humano el consumo exclusivo e ininterrumpido durante meses o años de agua marciana?

    Desde ya muchas gracias. Saludos.

    1. Pelau, creo que mi comentario es incorrecto y lo correcto debe ser el comentario de la wikipedia que citas (el agua pesada en el agua es básicamente DHO); lo cambio. En cuanto a la toxicidad en mamíferos, no me consta que haya ningún estudio sobre el efecto a largo plazo, pero se sabe que no es tóxico en pequeños mamíferos hasta al menos en un 20 % (durante la duración de los estudios); así, multiplicar por ocho la concentración hasta alcanzar un valor menor de 1 % no espero que tenga ningún efecto a largo plazo.

  2. Soy un total ignorante en todos los temas que toca Francis, así y todo sigo el sitio con pasión. Me parece increíble !!! que la ciencia se dedique a intentar saber si el agua pesada es dulce. Nuevamente perdón mi ignorancia, saber el sabor del agua pesada es importante para la física, la química u otra ciencia ?

  3. Candidato a los premios Ig nobel? por otra parte es interesante conocer bien las propiedades fisicoquímicas de los diferentes variantes de agua pesada.

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