Relación entre la estructura y las propiedades fisicoquímicas de centros metálicos redox de metaloenzimas presentes en los ciclos del carbono y nitrógeno.

Abstract

El proyecto involucra el estudio de metaloenzimas redox, metaloproteínas y compuestos de coordinación que contienen metales de transición paramagnéticos como una propuesta de investigación multidisciplinaria que, aun estando en el área de investigación básica, puede impactar en una amplia variedad de aplicaciones. Por un lado se estudiará el mecanismo catalítico de metaloenzimas aisladas de rizobacterias que son parte de los ciclos del N y del C y las características estructurales del sistema de transporte de Mo (ModABC) a la célula el cual es esencial para producir enzimas activas. Paralelamente, se estudiarán compuestos modelo, complejos extendidos de Cu(II) (S=1/2) y Co(II) de alto espín (S= 3/2) en distintos entornos de coordinación con comportamientos estructurales y/o magnéticos 0-3D, incluyendo sistemas dopados, para modelar caminos químicos que actúan como caminos de transferencia electrónica en metaloenzimas. El estudio de todos estos sistemas tiene como objetivo ampliar el conocimiento sobre las oxidoreductasas nitrato (NapAB) y nitrito reductasas (Nir) y formato dehidrogenasa (Fdh) para su uso potencial en aplicaciones tales como el desarrollo de catalizadores para procesos de biorremediación y producción sustentable de combustibles alternativos. Las técnicas con que contamos para las investigaciones planteadas están asociadas con microbiología (para el cultivo de microorganismos), biología molecular (para la producción de vectores de expresión y construcción de variantes de las enzimas), cinética enzimática, espectroscopia (rayos X, Resonancia Paramagnética Electrónica (EPR), UV-vis, dicroísmo circular, (espectro)electroquímica) y cálculos computacionales. Estas técnicas se utilizarán para la caracterización de las propiedades fisicoquímicas de los centros metálicos, evaluación del rol de aminoácidos esenciales en la catálisis e interacciones proteína-proteína, entre los aspectos más importantes. Para los compuestos modelo se trabajará en la síntesis, cristalización y caracterización estructural, espectroscópica y magnética complementadas con cálculos computacionales. Tal como lo requiere la propuesta el equipo de trabajo es multidisciplinario, con investigadores especialistas en los sistemas estudiados en el Grupo Responsable e investigadores de disciplinas complementarias, estudiantes de doctorado, de grado y docentes/investigadores en el Grupo Colaborador.

The project comprises the study of redox metalloenzymes, metalloproteins and coordination compounds containing paramagnetic transition metals as a multidisciplinary research project which, although in the field of basic research, may have implications for a variety of applications. On one hand, the catalytic mechanism of metalloenzymes isolated from rhizobacteria, which are part of the N and C cycle, and the structural characteristics of the Mo transport system (ModABC) to the cell will be studied. In parallel, model compounds, extended complexes of Cu(II) (S=1/2) and high spin Co(II) with high spin (S= 3/2), will be studied in different coordination environments with structural and/or magnetic behaviors 0- 3D, including doped systems. The aim is to produce model chemical pathways that serve as electron transfer pathways in metalloenzymes. The study of all these systems aims to extend the knowledge about nitrate oxidoreductases (NapAB), nitrite reductases (Nir) and formate dehydrogenase (Fdh) for their potential use in applications such as the development of catalysts for bioremediation processes and sustainable production of alternative fuels. The techniques used in the proposed research project are related to microbiology (for the cultivation of microorganisms), molecular biology (for the preparation of expression vectors and the construction of enzyme variants), enzyme kinetics, spectroscopy (X-rays, electronic paramagnetic resonance (EPR), UV-Vis, circular dichroism, (spectro)electrochemistry), and computational calculations. These techniques are used to characterize the physicochemical properties of the metal centers, evaluate the role of essential amino acids in catalysis and protein-protein interactions, among the most important aspects. For the model compounds, work will be done on synthesis, crystallization and structural, spectroscopic and magnetic characterization complemented by computational calculations. As required by the proposal, the research team is multidisciplinary, with specialists in the systems studied in the Responsible Group and researchers from complementary disciplines, doctoral students, undergraduate students and teachers/researchers in the Collaborating Group.