Intercambio de electrones

El equipo de investigadores que dirige Daniel Murgida utiliza herramientas de la fisicoquímica para abordar problemas biológicos. De este modo intentan dilucidar el funcionamiento de la más fundamental de las reacciones bioquímicas: la transferencia electrónica.

15 Ago 2012 POR Patricia Olivella

Daniel Murgida y su grupo de investigación. Foto: Diana Martinez Llaser.

Entrevista a Daniel Murgida

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Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y diversas. El principal interés del Grupo de Biofisicoquímica dirigido por Daniel Murgida es el estudio de los factores que regulan las reacciones de transferencia de carga en proteínas, la base de una amplia variedad de procesos biológicos. “Si bien las preguntas científicas que intentamos contestar son de origen biológico, nuestro abordaje de los problemas es eminentemente fisicoquímico. Esto nos permite obtener descripciones detalladas de los procesos a nivel atomístico con técnicas experimentales y teóricas basadas en la mecánica cuántica”, explica Murgida.

Las investigaciones del equipo se enmarcan, esencialmente, en el campo de la biofisicoquímica básica. “Utilizamos una combinación de metodologías experimentales y teóricas propias de la química, la física y la biología para intentar abordar interrogantes abiertos sobre el funcionamiento y regulación de la más fundamental de las reacciones bioquímicas: la transferencia electrónica. Dentro del mundo de la transferencia electrónica biológica, nos dedicamos a las proteínas transportadoras de electrones y enzimas redox, que participan en las cadenas respiratorias de mamíferos y bacterias modelo”, agrega.

“Estos sistemas nos resultan particularmente fascinantes porque se trata de moléculas que actúan en membranas biológicas que in vivo se encuentran sometidas a fuertes campos eléctricos locales cuya influencia sobre la estructura, dinámica, termodinámica y función de las distintas proteínas es, increíblemente, un aspecto todavía muy poco estudiado”, asegura el investigador.

Ser capaces de describir con detalle molecular las estrategias químicas a las que ha recurrido la evolución para crear maquinarias tan complejas y eficientes, y desentrañar procesos como la regulación y la influencia de campos eléctricos sobre estas proteínas, es esencial para comprender íntimamente aspectos básicos como son la transducción de energía y la muerte celular programada. Además, las potenciales aplicaciones de este conocimiento son muy diversas. “Desde un punto de vista biomédico, puede contribuir a desarrollar tratamientos para una amplia variedad de enfermedades mitocondriales. Desde un punto de vista químico, nos permite aprender de la experiencia de millones de años de evolución para generar nuevos materiales bioinspirados, como catalizadores. Por otra parte, aprender cómo los campos eléctricos regulan la estructura y función de las biomoléculas nos ayuda al diseño racional de dispositivos tecnológicos híbridos, como por ejemplo sensores de alta selectividad y sensibilidad, basados en enzimas y proteínas redox inmovilizadas sobre electrodos, entre otras aplicaciones de electrónica molecular”, comenta Murgida.

El trabajo altamente interdisciplinario del que participan la misma cantidad de químicos que de biólogos, le permite al equipo hacer un abordaje integral de la investigación, que abarca desde la obtención de las proteínas silvestres y mutantes seleccionadas, hasta el estudio estructural y dinámico de las mismas en diferentes condiciones reactivas, utilizando una batería de métodos espectroscópicos avanzados, electroquímicos, espectroelectroquímicos y computacionales. “En nuestro trabajo cotidiano, en nuestro laboratorio o en los de los grupos con los que colaboramos, utilizamos una gran batería de métodos instrumentales. Algunos de ellos son muy sofisticados y costosos, pero no por ello dejan de ser técnicas estándar basadas en equipos comerciales. Sin embargo, en ocasiones esto no es suficiente para abordar el problema de interés y es allí donde debemos desarrollar nuestras propias técnicas e instrumentos”, explica Murgida.

El caso estrella del laboratorio es la espectroelectroquímica Raman resonante intensificada por efecto de superficies, técnica que desarrollaron y perfeccionaron en los últimos años. “En este método es posible inmovilizar complejos proteicos sobre superficies nanoestructuradas de electrodos recubiertos con films biomiméticos. El fenómeno Raman se basa en interrogar a la molécula de interés con un láser apropiado para obtener información sobre las vibraciones de los átomos que conforman la molécula, lo que nos permite inferir información estructural. Las nanoestructuras de la superficie del electrodo interactúan con la radiación electromagnética amplificando las señales Raman al nivel de poder detectar eventualmente moléculas únicas. Todo este equipo se encuentra acoplado a un microscopio confocal. Es decir que la técnica que desarrollamos nos permite obtener información estructural y dinámica de las proteínas en condiciones reactivas, en ambientes biomiméticos y bajo la acción de campos eléctricos controlados, todo esto en tiempo real y con resolución espacial”, describe Murgida.

Equipos con estas características son muy escasos y los pocos que hay se encuentran en países desarrollados. Por eso, los investigadores, junto con otros grupos de los departamentos de Química Inorgánica y de Física están impulsando la creación de un centro de láseres en la Facultad para poder brindar servicios tecnológicos.