Els investigadors Juan J. Novoa i Jordi Ribas-Ariño del Departament de Química Física de la UB i del Centre de Recerca en Química Teòrica de la UB (CeRQT), amb seu al Parc Científic de Barcelona, han presentat un model teòric d'una de les reaccions fonamentals dels processos respiratoris de molts organismes: la unió de l'oxigen amb les hemoglobines. L'estudi, que apareix publicat a la revista Chemical Communications de la Royal Society of Chemestry en versió en línia, ha estat destacat per altres seccions d'aquesta societat científica.

Les hemoglobines són les proteïnes responsables del transport i l’emmagatzematge d’oxigen més àmpliament distribuïdes en l’escala zoològica. Consten de quatre cadenes polipeptídiques que s’uneixen a grups hemo (un anell orgànic de porfirina amb un àtom central de ferro). Aquesta unió de l’oxigen molecular amb el grup hemo és una reacció reversible (és a dir, l’hemoproteïna s’uneix i s’allibera de l’oxigen) que es coneix molt bé experimentalment, però que fins ara no disposava d’un model teòric que l’expliqués. El model teòric que han presentat els investigadors de la UB concorda, doncs, amb els resultats experimentals ja coneguts.

El mecanisme descrit en aquest treball explica de manera senzilla, i des del punt de vista atòmic, les causes de la reversibilitat del procés d’addició de l’oxigen al centre actiu de les hemoproteïnes, el ferro. Com declara Novoa, «aquest model teòric pot servir de guia per a aquells investigadors que treballen en fisiologia respiratòria, ja que ara disposen d’un mapa sòlid i consistent amb els fets coneguts experimentalment, per entendre una de les seves etapes fonamentals: l’addició d’oxigen al grup hemo.» El model també pot aportar idees sobre com afectar aquest mecanisme.

Per a l’estudi, que ha durat tres anys, s’ha emprat un mètode de química computacional (CASPT2) que ha permès descriure correctament tota la reacció. Aquesta disciplina estudia les propietats atòmiques o moleculars de la matèria o d’alguns processos reactius, com en aquest cas, aplicant les equacions quàntiques i resolent-les amb mètodes computacionals. Així, doncs, com explica Novoa, «amb aquest mètode, hem fet un estudi sistemàtic de tots els camins de reacció de més baixa energia sense fer aproximacions prèvies.»

Fins ara, s’havien aplicat mètodes Density Functional Theory (DFT), uns dels més utilitzats en química computacional, però només tractaven aspectes parcials d’aquesta reacció i els resultats obtinguts no concordaven completament amb les dades experimentals. Això es deu al fet que els mètodes DFT utilitzen aproximacions que, en el cas de l’estudi dels compostos metàl·lics del ferro, no funcionen amb la precisió adequada. Per aquest motiu s’ha aplicat un sistema de càlcul teòric anomenat CASPT2, sense aproximacions prèvies, que ha demostrat que s’ajusta molt millor als resultats empírics. «Aquest mètode requereix una alta potència de càlcul i bons coneixements de la metodologia quimicoquàntica», destaca Novoa.

Més informació