¿Cuál es la diferencia entre autocatálisis y autorreplicación en términos de terminología química?

Question

Quiero saber si existe alguna diferencia entre el significado de autocatálisis y autorreplicación en la terminología química moderna.

Por ejemplo, quiero saber si ambos términos pueden usarse indistintamente para entidades que requieren la presencia de sí mismas en un entorno de reacción para catalizar la formación de sí mismas o si hay alguna diferencia experimentalmente concebible entre las moléculas capaces de autocatalizar y la autorreplicación de entidades (por tanto, la categoría incluye tanto moléculas como complejos más grandes de moléculas) en términos de la ciencia de la química.

Quiero saber si la definición de autocatálisis frente a la autorreplicación es un problema de clarificación de definiciones -por ejemplo, un problema de filosofía- o si hay alguna diferencia experimentalmente identificable en el mundo real entre los 2 procesos en términos de química ?

Answer 1

Ambos términos representan conceptos muy distintos y son todo menos intercambiables.

Autocatalización significa que el producto de una reacción cataliza la misma reacción. Pero no se centra en que la reacción catalizada sea exactamente eso o sólo ese producto catalizarla. Como ejemplo, tomemos la hidrólisis de ésteres ácidos, por ejemplo, con acetato de etilo:

$$\ce{CH3COOC2H5 + H2O ->[H+] CH3COOH + C2H5OH}\tag{1}$$

Se trata de una reacción catalizada por ácidos que produce un ácido en su curso. Este ácido aumenta la acidez global de la solución y cataliza así la reacción que la ha creado. Pero esta característica no es en absoluto específica del ácido que hemos generado. Por un lado, también podríamos añadir ácido sulfúrico a la mezcla de reacción para generar el mismo efecto catalizador. Por otro lado, el ácido producido en esta reacción también catalizaría la hidrólisis del formiato de metilo. Así pues, ni se requiere una estructura específica para la catálisis ni la catálisis se limita a sí misma.

Autorreplicación de nuevo significa que un producto es capaz de catalizar su propia formación pero sólo su propia formación. La catálisis debe ser específica para un determinado (conjunto de) reactivo para producir un determinado (conjunto de) producto. Los compuestos similares pero diferentes que tienen los mismos grupos funcionales no deben ser capaces de catalizar eficazmente la reacción en cuestión y el producto de la reacción no debe ser capaz de catalizar cualquier otra reacción con la misma eficacia.

Normalmente, la autorreplicación se consigue haciendo que la molécula del producto actúe como una plantilla que acerca dos motivos reactivos y permite una reacción más eficiente a sí misma. Por ejemplo, se puede considerar el complejo trimérico que se muestra en la figura siguiente:

Figura 1: El sistema autorreplicante descrito por Terford y von Kiedrowski [1]

Aquí, la amina y el aldehído que se muestra en la mitad derecha de la figura pueden condensarse para formar una imina. Por supuesto, este proceso puede ser catalizado por ácidos o bases. Sin embargo, el producto de condensación que se muestra en la mitad izquierda de la figura es capaz de formar enlaces de hidrógeno con los dos compuestos de forma tan selectiva que los elementos reactivos se acercan. Esto facilita la creación de la imina porque el grupo amino ya está en la posición perfecta de ataque.

Por lo tanto, el producto imina es capaz de catalizar su propia formación por templado, pero no la formación de sistemas estrechamente relacionados; y no hay ningún otro compuesto o grupo funcional que tenga un efecto catalítico igual de bueno sobre los reactivos. No se trata sólo de autocatálisis, sino también de autorreplicación.

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Referencia:

[1]: A. Terford, G. von Kiedrowski, Angew Chem. Int. Ed. 1992 , 31 , 654-656. DOI: 10.1002/anie.199206541 .