Instituto de Biotecnologia UNAM

Dra. Maria Brenda Valderrama

El trabajo con proteínas es una de las facetas más prometedoras de la biotecnología moderna. La implementación de procesos basados en enzimas ha sido fundamental para el desarrollo de una nueva industria ambientalmente amigable pero también para el desarrollo de la biomedicina contemporánea mediante al menos nueve tipos de productos entre ellos la terapia enzimática. Las proteínas que unen metales son muy abundantes y constituyen alrededor del 30% de las proteínas totales. Los metales en las proteínas cumplen dos papeles no necesariamente excluyentes: estructural y catalítico. En su papel estructural, sirven de centro de nucleación para el plegamiento de las proteínas y fortalecen su estructura; en su papel catalítico, los metales le proporcionan a las enzimas la capacidad de llevar a cabo reacciones redox.

Nuestro interés de investigación se dirige al estudio de la interacción de metales de transición, especialmente cobre y hierro, con proteínas así como caracterizar las consecuencias de esta interacción. Entre los modelos de estudio con los que contamos se incluyen proteínas con grupos hemo, proteínas con núcleos mononucleares de hierro, proteínas con cobre en diferentes arreglos, y finalmente, proteínas involucradas en la homeostásis de metales en sistemas biológicos.

La estrategia que utilizamos consiste en abordar los problemas de estudio desde un punto de vista básico, conjuntando experiencia en química bioinorgánica y biocatálisis redox con el objetivo de generar estrategias de modificación racional de metaloproteínas.

Algunos de los proyectos que estamos realizando actualmente son:

Identificación de los caracteres estructurales que confieren a la ZoPrx tolerancia al peróxido de hidrógeno. Todas las hemoproteínas son sensibles al peróxido de hidrógeno pues la presencia de este compuesto ocasiona la acumulación del Compuesto III, un intermediario altamente oxidante que ocasiona la desactivación de las proteínas. Esta sensibilidad limita fuertemente la utilización de estas enzimas en aplicaciones médicas e industriales. En un trabajo previo identificamos una isoforma de peroxidasa en raíces de rábano japónes tolerante el peróxido. Actualmente estamos trabajando en la caracterización del Compuesto III, como el intermediario clave del proceso, con la finalidad de identificar los determinantes estructurales de la tolerancia. Las perspectivas a futuro serán la construcción de variantes quiméricas con otras hemoproteínas que contengan los determinantes de estabilidad con la finalidad de obtener productos de interés biotecnológico. Este proyecto es actualmente el tema de tesis Doctoral de la M. en C. Paloma Gil Rodríguez y participan también las Dras. Rebecca Pogni y Camilla Baratto del Departamento de Química de la Universidad de Siena, Italia.
P. Gil-Rodríguez, C. V. Ferreira-Batista, R. Vazquez-Duhalt, B. Valderrama, Engineering in Life Sciences 8, 286 (2008).
P. Gil-Rodriguez, B. Valderrama, International Journal of Plant Physiology and Biochemistry 1, 9 (2010).

Historia Natural de las oxidasas multicobre bacterianas. Las oxidasas con cobre poseen una serie de ventajas sobre las que contienen hierro, siendo la principal su capacidad para llevar a cabo la activación oxígeno molecular acoplada a la reducción de otras proteínas o de compuestos orgánicos. Las proteínas con cobre son ancestrales y ubicuas, siendo las oxidasas multicobre una de las más distribuidas en los seres vivos. Se denominan multicobre pues contienen tres diferentes núcleos metálicos que participan coordinadamente en la catálisis, sin embargo, la familia posee otras funciones diferentes a la función redox. Algunos miembros de la familia son secuestradoras de cobre, otras pertenecen a cascadas regulatorias y algunas otras participan en la desintoxificación celular como parte de sistemas de extrusión de cobre. Esta diversidad de función así como la conservación del plegamiento han dado lugar a una variedad muy interesante de arreglos de sitios de unión de cobre. Pensamos que el entendimiento de la evolución de esta familia nos aportará información muy valiosa para el diseño y manipulación de parámetros catalíticos en sistemas modelo. Este proyecto es el tema de tesis Doctoral del M.C. Alejandro Brena.y participan también el Dr. Hector Ayala y el Dr. Enrique Rudiño.
B. Valderrama, P. Oliver, A. Medrano-Soto, R. Vazquez-Duhalt, Antonie van Leeuwenhoek 84, 289 (2003)
R. deNecochea et al., FEMS Microbiology Letters 244, 235 (2005).
S. Ito-Kuwa et al., Microbiol Immunol. 52, 492 (2008).

Rediseño del sitio activo de la etileno sintasa de plantas. La etileno sintasa, también conocida como ACCO (oxidasa del ácido amino-ciclo-propiónico), pertenece a la familia de proteínas con plegamiento DSBH (doublé stranded Β-helix). Los miembros de la familia se caracterizan por la presencia de un sitio mononuclear de hierro coordinado por dos histidinas y un carboxilato. A pesar de su enorme interés fisiológico y biotecnológico por ser el etileno la hormona que controla la maduración de frutas y otros tejidos en plantas, existen todavía aspectos del mecanismo de reacción que no han sido completamente dilucidados. En particular a nosotros nos interesa comprender cómo se lleva a cabo la reacción desde el punto de vista estructural con la finalidad de diseñar variantes con diferentes propiedades, ya sean de especificidad, rendimiento o estabilidad mediante métodos racionales o aleatorios. Este proyecto es actualmente el tema de tesis Doctoral del M. en C. Francisco Gasteazoro y participan también las Dras. Gloria Saab y Jalila Simaan y la estudiante Nadia El Bakkali Taheri, estas últimas de la Universidad Paul Cesanne en Marsella, Francia.

Obtención de oxidasas multicobre bacterianas con mejor funcionalidad. La enorme diversidad de las oxidasas multicobre nos ha permitido identificar formas con diferentes propiedades. En esta línea estamos dedicados a la manipulación racional de diferentes proteínas de origen bacteriano o de hongos con la finalidad de obtener variantes con mejores propiedades de especificidad y estabilidad. La información sobre la que nos basamos proviene de análisis evolutivos, modelos estructurales de las proteínas, caracterización catalítica de las diferentes actividades, etc. El trabajo con proteínas bacterianas es el tema de tesis de Maestría del Ing. Davíd Ruíz y también participan los Dres. Enrique Rudiño Hector Ayala y Odón Vite Vallejo y los estudiantes de licenciatura Guadalupe Paredes, Gloria Vázquez y Kevin Méndez. N. Jimenez-Juarez et al., Journal of Biotechnology 117, 73 (2005). O. Vite-Vallejo et al., Enzyme and Microbial Technology 45, 233 (2009).

Participación del citocromo c de levadura en la transmisión de radicales libres entre proteínas y membranas. Uno de los productos de la reacción de hemoproteínas con peróxido de hidrógeno es la formación de radicales libres alojados en algunos aminoácidos. Estos radicales pueden participar en el proceso de desactivación oxidante de las proteínas pero también pueden servir como intermediarios en la transferencia del daño a otras proteínas y también a otros componentes celulares, tales como lípidos. Se ha demostrado que algunas peroxidasas animales son capaces de llevar a cabo esta transferencia, como por ejemplo la lactoperoxidasa y la mieloperoxidasas. En este proyecto queremos responder la pregunta si es que el citocromo c, que sabemos porta en su superficie radicales libres en forma de grupos tirosilo, es capaz de transmitirlo a lípidos de membranas. Este proyecto es el tema de tesis de licenciatura de Gustavo Rodríguez y participan también la estudiante Guadalupe Paredes las Dra. Rebecca Pogni y Camilla Barato del Departamento de Química de la Universidad de Siena, Italia.
B. Valderrama, M. Ayala, R. Vazquez-Duhalt, Chem. Biol. 9, 555 (2002).
B. Valderrama et al., FASEB J. 20, E472 (2006).

Dra. Maria Brenda Valderrama
DRMB
Investigador Adscrito al Departamento
Tutor de Maestría y Doctorado
Dr. Hector Gumercindo Ayala
Postdoctoral
Tec. Moises Geovanny Cruz
Estudiante
Edgar Abraham Trejo
Estudiante
Rodolfo Guillermo Valle
Estudiante
Lic. Giovanna Iveth Juarez
Servicio Social


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