Descripción: El trabajo de tesis puede subdividirse en dos incisos generales: el desarrollode técnicas de simulación computacional orientadas al tratamiento de losefectos del entorno en sistemas moleculares de gran tamaño, y la aplicaciónde estas y otras metodologías de cálculo a diversos problemas atenientes a lareactividad de las hemoproteínas. En relación con el primer ítem, se halla la implementación de un métodohíbrido que combina el cálculo de estructura electrónica con un campo defuerzas clásico, introduciendo de manera autoconsistente en el hamiltonianomecanocuántico el potencial electrostático proveniente de una distribuciónde cargas parciales. Esta clase de técnicas, denotada habitualmente conlas siglas QM-MM (Quantum Mechanics-Molecular Mechanics), resulta útilpara el estudio de los efectos del entorno, por ejemplo un solvente o una proteína. La implementación del método híbrido fue realizada sobre el programa SIESTA, un algoritmo de cómputo basado en la teoría de los funcionales de ladensidad (DFT) que utiliza funciones de base numéricas y pseudopotenciales. En lo que respecta al segundo inciso, se realiza en primer término unestudio metodológico tendiente a evaluar la aptitud de los diferentes tratamientosmecanocuánticos para describir la configuración electrónica de lasmetaloporfirinas. Seguidamente la investigación se focaliza sobre tres problemasespecíficos: (i) inhibición del citocromo P450 por el óxido nítrico; (ii)relación entre la afinidad por el oxígeno molecular y las uniones hidrógeno enla cavidad distal de la hemoglobina; (iii) modulación del efecto trans negativodel NO en el sitio activo de diferentes hemoenzimas, y sus implicancias en laactivación de la guanilato ciclasa. A través de estos ejemplos se realiza unalectura microscópica de la actividad de las hemoproteínas, de sus propiedadesreactivas, y de la modulación que sobre el sitio activo ejerce el entorno. Seestudian los efectos de los residuos proximales y distales, y se caracterizandistintos aspectos energéticos, estructurales y electrónicos que contribuyen ala interpretación de observaciones experimentales.

Descripción: En este trabajo hemos estudiado aspectos dinámicos y de equilibrio relacionadoscon procesos reactivos que toman lugar en agregados acuosos, mediante técnicas desimulación de Dinámica Molecular. La metodología empleada consiste en un esquema mixto cuántico-clásico, que involucraun cálculo de estructura electrónica sobre una porción del sistema -aquella en lacual la densidad electrónica cambia sustancialmente durante la reacción- en conjuntocon potenciales empíricos de campo medio para modelar el solvente. Investigamos en primer lugar la dinamica del desprendimiento electrónico en Ioduroproducido por una excitación electrónica, en agregados acuosos, Iˉ(H2O)n, con Nentre 6 y 100. Nuestro objetivo estuvo focalizada en el análisis de los efectos térmicosy de tamaño sobre los mecanismos microscópicos que gobiernan la reacción de desprendimiento. Nuestras simulaciones indican que la excitación electrónica genera estadoselectrónicos altamente difusos en los agregados más pequeños, favoreciendo la estabilizacióndel solvente. Los tiempos característicos del proceso de relajación del solventeresultaron ser del orden de 0.05-0.1 p8. En segundo lugar estudiamos la reacción de disociación de ácido nítrico en agregados acuosos, HNO3(H20)n. Para ello utilizamos la metodología mixta, resolviendoel problema de estructura electrónica a través del formalismo de los Funcionales de la Densidad (DFT). Un aspecto importante de nuestra motivación fue saber el númeromínimo de moléculas de agua necesarias para convertir la disociación del ácido enun proceso espontáneo. Al respecto, nuestras simulaciones muestran la existencia deun valor umbral por debajo del cual la disociación no ocurre, que se encuentra entre 3 ≤ N ≤ 10. Finalmente estudiamos la dinamica de la reacción de transferencia de protón entreácido bromhídrico y el ion hidroxilo que toma lugar en agregados acuosos pequeños, con N = 2 y 6 moléculas de agua. En este último caso agregamos un ingrediente más en lamodelización del solvente, incorporando explícitamente los efectos de polarización.

Descripción: En esta Tesis se analizan criterios para poder comprender cómo se puedenemplear los parámetros de resonancia magnética nuclear de alta resolución paraidentificar interacciones moleculares. Desde el punto de vista metodológico, seimplementó el cálculo de las cuatro contribuciones a la constante de acoplamientoisótropa empleando la teoría de la funcional de la densidad y se desarrolló un criteriopara descomponer el término de contacto de Fermi en contribuciones por orbitales. Esta descomposición provee contribuciones de las capas internas, los pares no ligantesy los enlaces. Estos métodos son muy eficientes por lo que pueden utilizarse paraanalizar problemas de interés químico y biológico que contienen hastaaproximadamente 30 átomos (tanto de la primera fila de la Tabla Periódica comohidrógenos) empleando recursos computacionales modestos. Desde el punto de vistapráctico, en esta Tesis se utilizan estos logros para analizar acoplamientoscaracterizados por distintos mecanismos de transmisión. Se analizan también cómoinfluencian determinadas interacciones moleculares a las constantes deapantallamiento magnético. Se presta especial atención a las interacciones de origenelectrostático y a las de transferencia de carga. Para describir a estas últimas se utilizael análisis NBO, Natural Bond Orbitals.

Descripción: En este trabajo de Tesis se analizan diversos factores que afectan los valores de las constantes de acoplamiento indirecto (en fase ísótropa) entre spines nucleares a través del cálculo de los cuatro términos de Ramsey, FC, SD, PSO y DSO dentro del marco de la Teoría de la Funcional de la Densidad (DFT). Entre los efectos estudiados se pueden mencionar el efecto de la orientación del par no ligante del nitrógeno en los acoplamientos Jcc, el efecto de átomo pesado en los acoplamientos 3JCH,y el efecto de sustituyente en los acoplamientos flúor-flúor. En los acoplamientos JFF se estudia la importancia de los términos que no son de contacto y se resalta particularmente la importancia del término PSO. Para comprender los mecanismos de transmisión del PSO, se implementó la separación de dicho término en contribuciones por orbitales localizados NBOs y NLMOs. Se estudia además la relación entre la transmisión de la contribución del término de contacto de Fermi a las constantes de acoplamiento y la transmisión de la corrección contacto de Fermi /Spin órbita a las constantes de apantallamiento magnético a través de la implementación del cálculo de dicha corrección dentro del marco de DFT

Descripción: En este trabajo de tesis doctoral se desarrolla una serie de proyectos vinculados con la química estructural y la reactividad del ion [IrCl˅5(NO)]˄-. En trabajos previos del grupo se mostró que el cambio de contraión de K˄+ a Ph4P+ (o Ph˅4As˄+) originaba un cambio en la estructura cristalina de las sales de [IrCl˅5(NO)]˄- modificando la distribución electrónica de la entidad IrNO. Se observó un cambio desde el estado Ir˄III - NO˄+, presente en la sal de K˄+, Al Ir˄IV-NO estabilizado en las estructuras de Ph˅4P[IrCl˅5(NO)]. Con el objetivo de comprender la influencia del contraión en este sistema , en este trabajo reportamos la síntesis y los estudios estructurales de tres nuevos haluros de fosfonio y cinco sales de fosfonio que contienen el ión complejo [IrCl˅5(NO)]˄-. Los parámetros estructurales determinados mediante difracción de rayos X (DRX) de monocristal y los estudios de espectroscopía infrarroja(IR) resultaron información clave para este análisis, complementado mediante cálculos de DFT. Adicionalmente, el ligando NO˄+ en [IrCl˅5(NO)]˄- es el mas electrofílico de los conocidos hasta la fecha debido a la débil retrodonación del metal, lo que ha permitido la obtención de diversas especies nitrosiladas estabilizadas por coordinación mediante la reacción con diferentes nucleófilos. Uno de los ejemplos que demuestran la utilidad de este ión complejo, son las N-nitrosaminas primarias derivadas de varias aminas alifáticas y aromáticas coordinadas a la plataforma [IrCl˅5]˄2- estudiadas previamente en el grupo. Presentamos en este trabajo de tesis el estudio de la oxidación de los compuestos, que nos permite revisar hipótesis previamente planteadas respecto a la reactividad de las mismas e identidadde los productos de descomposición.Para el abordaje de este tema se realizaron diversos experimentos en solución utilizando las tecnicas de RMN, espectrometría de masas ESI y espectroelectroquímica UV-vis, junto con la caracterización del producto sólido aislado. Presentamos también una vía de obtención,partiendo del [IrCl˅5(NO)]˄-, del [IrCl˅4(DMSO)˅2]˄- anión que posee grandes similitudes con metalodrogas clínicamente relevantes, y presenta diferentes rotámeros en las estructuras cristalinas que aquí reportamos. Estudiaremos el efecto de la cantidad de agua en cada una de las estructuras, la importancia de las uniones de hidrógenos en el arreglo supramolecular, y la preferencia, en términos energéticos, de una conformación sobre las otras.

Descripción: Los objetivos principales de esta tesis han sido (i) implementar un método cuántico clásico (QM-MM) y (ii) la aplicación de esquemas de simulación computacional clásicos y QMMM al estudio de la reactividad química en biomoléculas. Respecto al primer objetivo, hemos implementado exitosamente un método híbrido QMMM basado en la teoría de los funcionales de la densidad (DFT), desarrollado para simular reactividad química en medios complejos. En particular, éste método es adecuado para el estudio de sitios activos enzimáticos o solutos en fases condensadas. El método combina una descripción basada en la mecánica cuántica (QM) para el soluto, con un tratamiento clásico (MM) del medio. El subsistema QM es descripto a nivel DFT, mediante la implementación del eficiente programa de bases numéricas SIESTA, mientras que el entorno se describe utilizando la parametrización clásica basada en el campo de fuerzas Amber. El segundo objetivo se ha logrado mediante la aplicación de dicha metodología a la investigación de tres problemas biológicos. Nuestra meta fue arrojar luz en las bases moleculares de los efectos del entorno y obtener nuevos resultados no obtenibles sólo de la experimentación. En primer lugar, hemos llevado a cabo cálculos sobre un sistema bien conocido para validar nuestro método, la conversión de corismato a prefenato catalizada por la enzima corismato mutasa del Bacilus subtilis. Hemos predicho correctamente tanto los factores energéticos como entrópicos experimentales para la actividad catalítica de esta enzima. Seguidamente, hemos llevado a cabo cálculos computacionales de la reacción de detoxificación del NO catalizada por la enzima hemoglobina truncada N (trHbN) oxigenada del Mycobacterium tuberculosis. Nuestros resultados sugieren que la dinámica de la enzima conlleva a un mecanismo de regulación de entrada selectiva de los ligandos O2 y NO y que la reacción química es catalizada por el grupo hemo solamente. Finalmente, hemos investigado la reacción de hidroxilación llevada a cabo por la enzima binuclear de cobre monooxigenasa −hidroxilante de peptidil-glicinas (PHM), concluyendo que la especie activa capaz de abstraer el átomo HA del sustrato es [CuO]+2 y que el proceso ocurre concertadamente y sin energía de activación.

Descripción: El propósito de esta tesis puede dividirse en dos incisos. Por un lado está enfocada en la caracterización de la adsorción y la reactividad sobre superficies de óxidos, tanto en interfases sólido-gas como sólido-líquido, a partir de un tratamiento computacional de primeros principios, basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT) en el contexto de ondas planas y pseudopotenciales. Por otro lado, nuestro objetivo es desarrollar herramientas metodológicas en el marco de DFT, apropiadas para la descripción de materiales en en- tornos complejos, a fin de abordar una variedad de problemas en química y en ciencia de los materiales, tales como los considerados en esta tesis. Primeramente, hemos explorado diferencias de energía libre y barreras cinéticas involucradas en la disociación de agua y metanol sobre superficies de TiO_2 en fase gaseosa. Esto se ha llevado a cabo mediante la combinación de los métodos de Umbrella Sampling y de dinámica molecular de Car- Parrinello. En otra línea, hemos examinado la ionización de funciones aminopropilo en su- perficies de SiO_2 sustituidas, en el marco de una colaboración computacional-experimental para determinar el comportamiento ácido-base de materiales híbridos mesoporosos. Este análisis fue realizado tanto en fase gaseosa como en presencia de una bicapa de agua, para evaluar el efecto de una capa de hidratación en los resultados. Seguidamente, introduci- mos un modelo de solvente continuo diseñado para la realización de simulaciones de DFT en superficies de sólidos en contacto con una solución. Tal esquema—ideado en condi- ciones periódicas de contorno dentro del método de Car-Parrinello— es el primero que permite realizar dinámica molecular de primeros principios en la interfaz sólido-líquido. Esta metodología es utilizada a continuación para caracterizar los procesos de adsorción de moléculas pequeñas en la interfase TiO_2 -agua. Una via alternativa para la descrip- ción del entorno en las simulaciones de estructura electrónica es la metodología híbrida de Mecánica Cuántica-Mecánica Clásica (conocida por las siglas QM-MM), en la cual un número limitado de átomos (el soluto) es tratado mediante mecánica cuántica, mientras que el resto del sistema (el solvente) se describe usando un campo de fuerzas clásico. Esta técnica está ampliamente difundida en aplicaciones en química relacionadas con molécu- las o sistemas finitos. En esta tesis introducimos una formulación híbrida QM-MM en condiciones periódicas de contorno, concebida para la simulación de sistemas extendidos.

Descripción: En este trabajo se desarrolla la síntesis, caracterización estructural y análisis de laspropiedades espectroscópicas y electroquímicas de una serie de oligómeros de ruteniospuenteados por cianuro. El objetivo principal de esta tesis es explorar el efecto de sintonizar laenergía de los centros metálicos cambiando los ligandos auxiliares con el fin de obtenercomplejos que estén en la frontera de delocalización electrónica. Estos compuestos se preparan a partir de la reacción de tetrapiridinas de rutenio dicianuradas (trans-[RuIIL4(CN)2]) con fragmentos {–RuII(py)4Cl} o {–RuII(T)(bpy)}, siendo L = piridina (py), 4-metoxipiridina (MeOpy) o 4-dimetilaminopiridina (DMAP); T = 2,2’;6’,2’’-terpiridina (tpy) otris(1-pirazolil)metano (tpm) y bpy = 2,2’-bipiridina. Todos los complejos dinucleares ytrinucleares así obtenidos mantienen sus centros metálicos como RuII, los cuales adoptan unaconfiguración lineal en todos los casos. Algunos de ellos fueron caracterizados porcristalografía de rayos X de monocristal, la cual mostró que los oligómeros están formados porfragmentos robustos ya que el cambio de ligandos auxiliares no impacta apreciablemente enlas distancias de enlaces al comparar compuestos análogos. Mediante la técnica de espectroelectroquímica se estudió la espectroscopía UV-vis, NIR e IR detodos los estados de oxidación de los compuestos sintetizados. La espectroscopía electrónicade los estados de valencia mixta presenta intensas bandas de transferencia de carga metalmetal,las cuales aumentan en intensidad y se hacen asimétricas a medida que aumenta elacoplamiento electrónico entre los rutenios. En la familia de complejos trinucleares trans- [RuL4{(μ-CN)Ru(py)4Cl}2]3+, mientras más básico es el ligando L, mayor es la comunicaciónelectrónica entre los fragmentos terminales. El caso extremo se da con L = DMAP donde selogra la completa delocalización electrónica; siendo este, el primer ejemplo reportado enliteratura de un trímero puenteado por cianuro Clase III. Resultados similares se obtienen alreemplazar los cloros terminales por acetonitrilos en el complejo trans-[Ru(py)4{(μ- CN)Ru(py)4Cl}2]2+. Para estudiar la interacción metal-cianuro-metal y la naturaleza de las transiciones electrónicasasociadas, se realizaron cálculos de DFT (Density Functional Theory) y TD-DFT (Time- Dependent Density Functional Theory), tanto en vacío como en solvente, para todas lasespecies redox de los complejos medidos experimentalmente. Estos cálculos resultaron unaherramienta muy útil para asignar a algunos de los sistemas estudiados como delocalizados (Clase III). Además, nos permitieron explicar el drástico cambio en el acoplamiento electrónicoal cambiar la py por MeOpy en los dímeros trans-[(T)(bpy)RuII(μ-NC)RuIIIL4(CN)]3+, donde elanálisis de orbitales moleculares del sistema más desacoplado muestra que el orbital donor yel aceptor se encuentran perpendiculares. Esto nos permite concluir que es necesarioconsiderar la orientación relativa de los orbitales moleculares del sitio donor y el aceptor,además de sintonizar las energías de los fragmentos cuando se desea ajustar el acoplamientode los centros metálicos.

Descripción: En este trabajo de tesis se presenta el estudio completo de las reacciones de nitrosación de aminas alifáticas primarias (RNH_2), por medio de complejos nitrosilados de metales de transición (aquellos que poseen el ligando NO⌃+ coordinado). El empleo de compuestos de coordinación está basado en la capacidad que éstos poseen para estabilizar ligandos lábiles, como pueden ser los diazo intermediarios de las reacciones anteriormente mencionadas. Los objetivos principales están relacionados con la búsqueda de complejos aptos, el estudio mecanístico y el análisis de los productos e intermediarios, como son los iones diazonio alifáticos o las nitrosaminas primarias, ambos sumamente inestables y prácticamente inexistentes en forma libre. Para algunos casos, como por ejemplo para las reacciones donde se emplearon los complejos [Fe(CN)5(NO)]2– y [Ru(bpy)2(NO)(Cl)]2+, a partir de la caracterización de los productos finales de la reacción, se realizaron estudios mecanísticos y se obtuvo de manera indirecta información sobre la estabilización de la especies inestables. Cuando el complejo utilizado fue el [IrCl5(NO)]–, se logró aislar y caracterizar completamente a las nitrosaminas primarias coordinadas a [IrCl5]2– derivadas de cinco aminas diferentes, estudiando además su descomposición, y se caracterizó en solución al ión n-butildiazonio coordinado al mismo fragmento. El estudio se llevó a cabo tanto por técnicas experimentales como por metodologías computacionales basadas en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT – Density Functional Theory). Por otro lado, vinculado a la alta electrofilicidad demostrada por el nitrosilo [IrCl5(NO)]–, se investigó el origen del comportamiento inusual en estado sólido encontrado para las sales de PPh4+ y AsPh4+ (tetrafenilfosfónio y tetrafenilarsonio), mostrando una distribución electrónica IrIV–NO• en lugar de IrIII–NO+, la que se observa para las sales de K+ y Na+.

Descripción: Las hemoproteínas (HPs) son un conjunto extenso de enorme relevancia biológica debido a su ubicuidad y diversidad funcional, íntimamente relacionada con la reactividad del grupo hemo. Las características físico-químicas del entorno del hemo dependen de la identidad, orientación y dinámica de los aminoácidos del mismo. La presente tesis tiene como objetivo comprender la relación entre las características del entorno del hemo y la función de la HP. En particular, nos concentraremos en el estudio de la interacción de las HPs con ligandos pequeños como O2, NO, CO, y HNO. Para comprender el funcionamiento de las HPs es necesario conocer primero la reactividad intrínseca del grupo hemo. En esta tesis se aborda este tema a través del estudio experimental de la reactividad de porfirinas aisladas. El segundo tema de esta tesis comprende el estudio, a través de técnicas de simulación computacional (clásicas, cuánticas e híbridas), de la reactividad de diferentes hemoproteínas frente a las especies mencionadas anteriormente. En este contexto, hemos estudiado los siguientes problemas: i) el mecanismo de reacción de diferentes metalo-porfirinas frente al HNO/NO-; ii) la reactividad de una proteína detectora de NO en un medio aerobio; iii) los mecanismos de regulación de la afinidad por oxígeno.

Descripción: El óxido nítrico (NO) puede unirse a los metales como NO+ (nitrosonio), NO● o NO¯ /HNO (nitroxilo), resultando ambiguos los estados de oxidación del metal y el ligando en los fragmentos M-NO. Por eso, Enemark y Feltham propusieron designar estos fragmentos como {MNO}n, donde "n" es la suma de los electrones d del metal y los electrones π* del NO. En esta tesis se trabajó con complejos {MNO}n con dos enfoques diferentes. El primero se enmarca en el área de química bioinorgánica y está relacionado con el estudio de complejos {MNO}n biológicamente relevantes (porfirinatos de hierro). El otro enfoque involucra complejos {MNO}n organometálicos y el objetivo específico es estudiar la estructura electrónica y reactividad de complejos {RhNO}n con ligandos pinza tridentados y complejos {ReNO}n con un ligando derivado de ciclopentadienilo. En la primera parte, nos enfocamos particularmente en complejos {FeNO}n (n= 6, 7, 8) con ligandos porfirinatos, dado que estas especies han sido postuladas como intermediarias en variedad de procesos catalíticos en sistemas biológicos. Nuestro modelo de nitrosilo hémico es el complejo {FeNO}7 Fe(TFPPBr8)NO (1●) (TFPPBr8 = meso-[tetrakis(pentafluorofenil)]-octabromoporfirina), cuyo voltagrama presenta dos ondas de reducción reversibles y una onda de oxidación. Se presentan resultados del estudio de los tres procesos de transferencia electrónica observados para 1● por métodos químicos, espectroelectroquímicos y cálculos DFT. El producto de reducción por un electrón, {FeNO}8, fue obtenido químicamente por reducción con cobaltoceno, pudiendo aislarse como [Co(Cp)2]+[Fe(TFPPBr8)NO]¯ (1¯) y caracterizarse completamente por espectroscopías UV-Vis, FTIR y RMN 15N. Los datos experimentales junto con cálculos DFT sugieren una estructura electrónica intermedia entre FeINO● y FeIINO¯, a diferencia de complejos {FeNO}8 no hémicos, mejor descriptos principalmente como FeIINO¯. También se estudió la reactividad de 1¯ con ácidos; el complejo {FeNO}8 protonado (HNO) no es estable, reoxidándose a la forma {FeNO}7: Este resultado motivó la realización de cálculos DFT para dilucidar los factores determinantes de la estabilidad de complejos {MNO}8 protonados, pudiéndose obtener una conclusión interesante a tal respecto, respaldada por evidencias experimentales de varios sistemas previamente reportados. Esperamos que la estabilidad alcanzada para la especie {FeNO}8 en un modelo hémico permita futuros estudios de reactividad de esta especie biológicamente relevante. También se estudió la oxidación de 1● al complejo {FeNO}6 1+ y la reducci ón de 1¯ a 1²¯. Como era de esperar, 1+ resultó muy inestable a la labilización del ligando NO, mientras que 12²¯ mostró una estructura electrónica distinta a la esperada, con contribuciones importantes de estados de espín intermedio y alto. Dada la inestabilidad del complejo {FeNO}6 1+, se preparó el complejo {FeNO}6 derivado de un porfirinato sin atractores de electrones, [Fe(TPP)NO]+ (TPP = meso-[tetrakis(fenil)]-porfirina), el cual resultó sorprendentemente muy estable a la pérdida de NO y pudo estudiarse su reactividad con hidruro, reacción reportada para varios complejos {MNO}6 pero no para derivados de porfirinatos de hierro. En el marco del estudio de complejos {MNO}n organometálicos, se trabajó con complejos {RhNO}8 con ligandos pinza tipo PCP y PNP previamente sintetizados y caracterizados en nuestro laboratorio y con un complejo {ReNO}6, [(η5-C5Me4(CH2)2NMe2NO)Re(CO)2(NO)][BF4]2. Se estudió el comportamiento ré- dox de todos ellos por voltametría cíclica y se caracterizaron las especies oxidadas/ reducidas por espectroelectroquímica FTIR. Además se realizaron cálculos DFT para elucidar la estructura electrónica de las distintas especies. El complejo {ReNO}6 presentó una reducción cuasirreversible de dos electrones, pero el complejo {ReNO}8 diamagnético no fue estable, descomponiéndose en otros complejos diamagnéticos con y sin ligando NO. En cambio, los complejos {RhNO}8 con ligando PCP presentaron reducciones monoelectrónicas para dar los complejos paramagnéticos {RhNO}9, uno de los cuales fue suficientemente estable para caracterizarse espectroscópicamente por IR y EPR, mostrando una estructura predominante RhINO●. Dichos complejos {RhNO}9 presentaron una reactividad interesante, activando enlaces carbonohal ógeno, similar a la reportada para otros complejos paramagnéticos no nitrosilados de otros metales. La reactividad con halogenuros de alquilo y arilo fue estudiada para uno de los complejos {RhNO}9 a través de espectroscopías RMN 31P, 1H y 19F, y cromatografía gaseosa acoplada a espectroscopía de masa, proponiéndose un mecanismo apoyado por cálculos DFT.

Descripción: En esta tesis doctoral se abordó el estudio de los parámetros que regulan las reacciones de transferencia electrónica (TE) en sistemas proteicos dentro del marco teórico desarrollado por Marcus. Para ello se emplearon métodos espectroscópicos, electroquímicos, espectroelectroquímicos y computacionales. En particular, se investigaron dos componentes de la cadena de transporte respiratorio: el citocromo c (Cyt), un transportador soluble de electrones y el centro de CuA, el aceptor primario de la citocromo c oxidasa. En primer lugar, se estudió el rol de la dinámica proteica del Cyt y su modulación por campos eléctricos de relevancia biológica. Se verificó que dicha dinámica es crucial en la regulación de las reacciones de TE que tienen lugar en la cadena de transporte de electrones a través de la modulación del acoplamiento electrónico entre donor y aceptor. Por otro lado, se encontró evidencia de que el campo eléctrico regularía la alternancia entre dos conformaciones del Cyt que difieren principalmente en la magnitud de la energía de reorganización. Finalmente, se constató el rol fundamental de las fluctuaciones térmicas y la dinámica proteica para las reacciones de TE en centros de CuA. Dichos centros podrían alternar entre dos estados electrónicos distintos, en los cuales el balance entre la energía de reorganización y el acoplamiento electrónico permitiría conferir direccionalidad a las reacción de TE a pesar de presentar un ΔG≈0. El conjunto de los resultados obtenidos sugiere que los procesos de TE en sistemas biológicos se encuentran finamente regulados, y en particular nos permiten postular un mecanismo de retroalimentación negativa cuyo actor principal es el campo eléctrico interfacial.

Descripción: En la presente tesis se ha estudiado cómo afecta el campo eléctrico a las reacciones rédox y de coordinación de ligandos en hemoproteínas de membrana y en porfirinas aisladas. Las porfirinas fueron utilizadas como sistemas modelo del sitio activo de estas proteínas. En principio, a través de cálculos de estructura electrónica, se determinó cómo incluye el campo eléctrico en la energía de reacciones rédox y de coordinación de ligandos en sistemas modelos de sitios activos de hemoproteínas típicas. Con el fin de realizar un estudio experimental, se escogió una reacción en la cual se predijo computacionalmente que el efecto del campo eléctrico sería importante. Por medio de la técnica SERRS (Surface Enhanced Resonance Raman Scattering ), se midió para este sistema la constante de equilibrio de coordinación de un ligando soluble a una porfirina inmovilizada en superficie a distintos potenciales eléctricos aplicados. Posteriormente, utilizando dos estrategias distintas, se estimó la magnitud del campo eléctrico presente a cada potencial de estos experimentos. Finalmente, se estudió utilizando dinámica molecular clásica, el efecto del campo eléctrico en la reacción de disociación de un ligando en la hemoproteína completa citocromo c. Se encontró que no existe efecto del campo eléctrico sobre el sitio activo pero si sobre el resto de la proteína. Se pudo comprender como actúa un campo eléctrico modulando una reacción química tanto en sistemas pequeños y rígidos como las porfirinas, y en sistemas grandes y flexibles como las proteínas. Se identificaron cuáles son las características que debe poseer tal proceso para que sea afectado por el campo eléctrico