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Modelos moleculares de la reparación de ADN mediante fotoliasas

Las fotoliasas son enzimas que reparan los daños en el ADN causados por la exposición a la luz ultravioleta. Las posibilidades de uso de las fotoliasas para futuros productos de protección solar requieren un conocimiento detallado de su mecanismo de acción.
Modelos moleculares de la reparación de ADN mediante fotoliasas
Las fotoliasas utilizan la luz visible, preferiblemente en el extremo del violeta/azul del espectro, para reparar el ADN, fenómeno que se conoce como fotorreactivación. El mecanismo de la fotoliasa ha dejado de funcionar en los humanos y otros mamíferos placentarios que, en su lugar, utilizan un mecanismo de reparación por escisión de nucleótidos, menos eficiente, para la reparación del ADN.

Durante el proyecto de tres años de duración PINADBIO (First principles study of photoinduced non-adiabatic dynamics in DNA repair by photolyases), financiado por la Unión Europea, un grupo de investigadores estudió nuevos métodos más precisos de investigar los campos de fuerzas y la dinámica del proceso de reparación. Más en particular, el equipo estudió métodos viables de dinámica cuántica y de estructura electrónica multiconfiguración con el fin de proporcionar una descripción físicamente razonable de los pasos esenciales de la reparación.

El primer paso del proyecto fue el diseño de un modelo molecular de sitios activos capaz de describir el proceso de reparación y, a la vez, lo suficientemente pequeño como para poder estudiarlo. Los investigadores utilizaron la metodología desarrollada para estudiar la transferencia electrónica lenta inicial en la fotoliasa dímero pirimidina ciclobutano, que es un paso clave para comprender la eficiencia del proceso de reparación.

Simultáneamente, se han desarrollado métodos nuevos para examinar el entorno de energía electrónica en el espacio coordenado nuclear y para representar las superficies de energía potencial correspondientes.

Para simular la dinámica cuántica de un sistema molecular se necesita construir un hamiltoniano del modelo. En este caso, se construyeron modelos hamiltonianos simples parametrizados ajustando el modelo en un número importante de geometrías nucleares. Estos modelos se utilizaron en combinación con el método de la regla dorada de Fermi fuera del equilibrio para realizar una estimación de la escala de tiempo de la transferencia electrónica y, a continuación, lo compararon con los datos experimentales.

En conclusión, este nuevo enfoque resulta prometedor para la estadística cuántica en general, ya que proporciona nuevas perspectivas para tratar los efectos del entorno y resuelve el comportamiento no físico del subsistema cuántico para cualquier parametrización de la función de onda.

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Palabras clave

Modelos moleculares, reparación de ADN, fotoliasa, PINADBIO, estadística cuántica
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