Investigación
Investigación
Las reacciones químicas generalmente tienen lugar a través de interacciones de corto alcance (a menudo subnanométricas). Este es el territorio de la Dinámica de Reacciones, nuestro campo de trabajo.Inicialmente el grupo se centraba en el estudio de sistemas tri-, tetraatómicos que reaccionan en una sola superficie de energía potencial. En la última década, hemos ampliado nuestro alcance pasando a abordar diferentes tipos de sistemas químicos, desde la estructura de las moléculas ultrafrías (que podrían usarse para implementar qubits) hasta los sistemas de interés biológico, donde estudiamos el mecanismo seguido por las enzimas para catalizar eficientemente las reacciones químicas.
Nuestras principales líneas de investigación actuales son:
- Cruce entre sistemas en sistemas de interés biológico
- Descubrimiento de fármacos
- Mecanismos de colisión de procesos en fase gas
Como el oxígeno molecular es un triplete en su estado electrónico fundamental y la mayoría de las moléculas orgánicas no tienen electrones no apareados, las reacciones enzimáticas con O2 implican cambios en el estado de espín del sistema (cruce entre sistemas). Este proceso está prohibido en la teoría cuántica no relativista y, en consecuencia, debería ser muy lento a temperatura ambiente.
En nuestro grupo estudiamos las principales estrategias utilizadas por las enzimas para catalizar estas reacciones mediante la combinación de métodos multirreferenciales con cálculos QM / MM.
Bibliografia Recomendada:
P. Ortega et al. DpgC-Catalyzed Peroxidation of DPA-CoA:
DpgC-Catalyzed Peroxidation of DPA-CoA: Insights onto the Spin-Forbidden Transition and Charge Transfer Mechanisms . ChemRxiv (2020)
P. Ortega et al. DpgC-Catalyzed Peroxidation of DPA-CoA:
https://doi.org/10.1063/5. J. Chem. Phys. 154, 144303 (2021)
P. Ortega et al. DpgC-Catalyzed Peroxidation of DPA-CoA:
https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0042967 J. Chem. Phys. 154, 124304 (2021)
En colaboración con los grupos experimentales de la Dra. MA Castro y el Dr. D. Díez (USAL), llevamos a cabo cálculos de Dinámica Molecular (MD) y simulaciones de cribado virtuales para comprender el mecanismo de acción de inhibidores sintetizados en su laboratorio, así como para proponer nuevos inhibidores con una mejor actividad farmacológica.
Bibliografía recomendada:
P. Ortega et al. DpgC-Catalyzed Peroxidation of DPA-CoA:
IJP: Drugs and Drug Resistance.11, 70 (2019).
Uno de los principales objetivos de la dinámica de reacciones es lograr un control absoluto del resultado de cualquier reacción. Para conseguirlo, sería necesario diseñar un experimento en el que seleccionando la geometría relativa y la energía de los diferentes reactivos consiguiéramos maximizar la sección eficaz de la reacción de interés, a la vez que minimizaríamos la probabilidad de reacción para cualquier otro proceso. Para poder diseñar un experimento así, sería necesario conocer completamente todos los mecanismos de reacción involucrados.
A fin de lograr esta tarea, estudiamos la estereodinámica de las colisiones en fase gaseosa, en estrecha colaboración con nuestros “capos” del grupo de Dinámica de Reacción Química y Femtoquímica en la UCM. Nuestros resultados han arrojado luz sobre cómo afectan los efectos cuánticos (tales como interferencias, resonancias, cero punto de energía) sobre la dinámica, y nos permite sugerir formas para controlarlos modificando así la reactividad.
Sobre el mismo tema, también hemos desarrollado una función de deflexión generalizada que nos permite desenredar y caracterizar los mecanismos de colisión que tienen lugar.
En esta línea de investigación, también hemos colaborado con destacados grupos experimentales en el extranjero. Especialmente intensa ha sido la colaboración con el grupo del Prof. Mark Brouard (Universidad de Oxford, UK).
Bibliografía recomendada:
C. G. Heid et al.
Nat. Chem.11, 662 (2019)
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Chem. Sci.9, 4837 (2018)
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P.G. Jambrina et al.
Nat. Chem.7, 661 (2015).
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