Modelización teórica en entornos biológicosestudio de la interacción entre pares de bases del adn y del carácter antioxidante de los carotenoides

Résumé

En la presente Tesis se han estudiado mediante técnicas computacionales los mecanismos involucrados en los procesos de mutación genética. Concretamente, hemos determinado las interacciones entre los dos pares de bases del ADN, adenina-timina (AT) y guanina-citosina (GC), en fase gaseosa y en disolución, por medio de diferentes modelos teóricos. De acuerdo con nuestros resultados, la combinación del funcional BP86 y la base de Pople 6-311++G(d,p) proporciona los mejores resultados para el estudio de estos sistemas, dentro del marco de la teoría del funcional de la densidad (DFT). Una vez determinado el método teórico y el modelo de solvatación, hemos llevado a cabo el estudio de las reacciones de Doble Transferencia de Protones, prestando especial interés al papel que pueden jugar las moléculas de agua del entorno en este proceso. La transferencia de protones en el ADN está implicada en el cambio de las formas tautoméricas de los pares de bases, por lo que pueden explicar errores en la secuencia genética, relacionados a su vez con el proceso de mutación espontánea. Los resultados obtenidos demuestran que la reacción de transferencia es posible sólo en el par GC, donde los efectos del entorno juegan un papel decisivo. Así, mientras en fase gaseosa la transferencia sigue un mecanismo concertado sincrónico, en disolución la reacción sólo puede tener lugar a través de la catálisis por las moléculas de agua en un mecanismo concertado asincrónico. Estos resultados evidencian la necesidad de incluir los efectos de solvatación para modelar el entorno biológico. Sin embargo, la mutación espontánea no es la única causa de alteración del ADN, ya que puede sufrir el ataque de otras especies presentes en el medio, como son los radicales libres. Por este motivo, se ha sugerido que la incorporación de moléculas con capacidad antioxidante reduce el efecto de los radicales libres sobre la estructura del ADN. Uno de los grupos de antioxidantes más importante lo forman los carotenoides, que son los pigmentos naturales más abundantes en la naturaleza. En esta Tesis hemos caracterizado las geometrías moleculares y espectros vibracionales de tres de los carotenoides más representativos: beta-caroteno, capsanteno y capsorubeno. Para ello hemos realizado una calibración previa del método teórico, concluyendo que el funcional B3LYP en combinación con la base 6-31G(d) pueden considerarse adecuados para el estudio teórico de estas moléculas. Además, empleando este mismo nivel teórico hemos caracterizado las posiciones más reactivas de la molécula de beta-caroteno en la reacción con el radical libre NO2, uno de los principales tóxicos en el humo del tabaco, en el que hemos incluido además los efectos de disolventes de diferente polaridad mediante el modelo del polarizable continuo (PCM). De acuerdo con los resultados obtenidos, se concluye que la polaridad del disolvente es decisiva para que la reacción transcurra a través del mecanismo de transferencia electrónica o en combinación con la abstracción de un átomo de hidrógeno en posición alílica en uno de los anillos terminales de beta-ionona.