La tesis doctoral de Christian Solís investiga el papel como catalizador de reacciones químias de uno de los componentes principales de las membranas biológicas

 

La tesis doctoral de Christian Solís Calero, defendida en la Universidad de las Illes Balears, describe por primera vez la fosfatidiletanolamina como catalizadora de reacciones químicas en las membranas biológicas. La tesis la han dirigido los doctores Francisco Muñoz Izquierdo y Joaquín Ortega Castro, del Departamento de Química.

Las membranas biológicas cumplen con papeles clave en la vida celular: actúan como barreras de permeabilidad y permiten la comunicación selectiva entre el interior y el exterior de la célula. La importancia de las membranas biológicas para la vida se refleja en los genomas, en los que alrededor de un tercio de la información codificada corresponde a las proteínas de membrana. Los fosfolípidos como la fosfatidiletanolamina son componentes principales de las membranas que han sido destacados principalmente por su función estructural y como fuente de moléculas señalizadoras en el interior celular. No obstante, hasta el momento no se ha destacado el posible efecto catalítico de la fosfatidiletanolamina, como parte de las membrana biológicas, en alguna reacción química que se produce en su proximidad. Este efecto catalítico sí que ha sido descrito extensamente en otros tipos de biomoléculas como las proteínas y los ácidos nucleicos, que actúan como enzimas y ribozimas respectivamente, catalizadores específicos de casi todas las reacciones que suceden en la célula.

En la tesis doctoral de Christian Solís se describen por primera vez los mecanismos de reacciones químicas sobre la superficie de un modelo periódico de monocapa de moléculas de fosfatidiletanolamina, mediante cálculos computacionales de nivel de la teoría funcional de la densidad (o DFT). El modelo de superficie de fosfatidiletanolamina destaca por el uso de condiciones de contorno periódicas, lo que permite el modelaje de un sistema de grandes dimensiones como este, mediante el modelado de una pequeña parte de éste, la celda unidad. Estas condiciones de contorno hicieron posible modelar, en algunos pasos de las reacciones estudiadas, la formación y la escisión de enlaces de manera equivalente a los bordes de la celda.

Las reacciones estudiadas comprenden la formación de bases de Schiff, la reacción de reordenamiento de Amadori, la formación de la carboximetil-fosfatidiletanolamina a partir de glioxal y fosfatidiletanolamina, y la descomposición del peróxido de hidrógeno.

todas estas reacciones están relacionadas con la formación de los productos finales de glicación avanzada (AGE). Los AGE son productos finales de un proceso que se inicia con la glicación no enzimática de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, y están asociados a enfermedades como la diabetes y otras relacionadas con el proceso de envejecimiento como la enfermedad de Alzheimer y diversas enfermedades cardiovasculares.

Los mecanismos obtenidos de las reacciones estudiadas presentan diversos pasos en los que la superficie de fosfatidiletanolamina participan como catalizadores ácido-base a través de sus grupos aminos. Así, se ha verificado la participación de moléculas de agua como puentes para la transferencia concertada de protones entre los grupos donadores y aceptores. Este mecanismo, que se había determinado en otros sistemas moleculares, se ha descrito por primera vez para una superficie de fosfatidiletanolamina. 

Los grupos fosfato de las moléculas de fosfatidiletanolamina también participan en la reacción, pero lo hacen a través de un efecto catalizador pasivo, favoreciendo la formación de una red de puentes hidrógeno que conecta los grupos polares de las moléculas reactivas y las moléculas de agua puente, y estabilizando algunos intermedios de las reacciones estudiadas a través de interacciones electrostáticas con los grupos cargados positivamente de éstos.

Estos estudios están relacionados con otras investigaciones de química computacional en las que trabaja el grupo de investigación en Reactividad Molecular y Diseño de Fármacos de la UIB sobre mecanismos de reacciones de fármacos como la aminoguanidina y la metformina con moléculas precursoras de la formación de productos finales de glicación avanzada sobre las superficies de fosfatidiletanolamina. Todos estos estudios se complementan con estudios experimentales realizados par este mismo grupo de investigación, con el objetivo de ampliar el conocimiento de estas reacciones, de interés por la química, la biología, la farmacología y la biomedicina en general.

Ficha de la tesis doctoral

• Título: Estudio DFT de la reactividad sobre superficies aminofosfolipídicas. Mecanismos de reacciones relacionadas con la generación de productos de glicación avanzada (AGEs)
• Autor: Christian Solís Calero
• Programa de doctorado: Química Teòrica y Modelització Computacional
• Departamento: Química
• Directores: Francisco Muñoz Izquierdo y Joaquín Ortega Castro 

 

Fecha de publicación: 07/04/2014