Electrochemical tunneling microscopy and spectroscopy of electron transfer proteins
- Autores: Montserrat López Martínez
- Directores de la Tesis: Ismael Diez Pérez (dir. tes.), Pau Gorostiza Langa (dir. tes.), Elvira Gómez Valentín (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ignacio Sirés Sadornil (presid.), Ana Lagunas Targarona (secret.), Stijn F. L. Mertens (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Electroquímica. Ciencia y Tecnología
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
La transferencia de electrones (ET) desempeña papeles esenciales en procesos biológicos cruciales como la respiración celular y la fotosíntesis. Tiene lugar inter- e intra- proteínas redox y en complejos de proteínas que muestran una eficiencia excepcional y gran capacidad de adaptación ambiental. Aunque los aspectos fundamentales de los procesos de ET se han estudiado en profundidad, se necesitan más métodos experimentales para determinar las vías electrónicas de ET. La comprensión de cómo funciona la ET es importante no sólo por razones fundamentales, sino también por las potenciales aplicaciones tecnológicas de estos sistemas redox nanoscópicos.
El objetivo general de esta tesis es investigar la transferencia de electrones en las proteínas redox a nivel de molécula individual. Para ello utilizamos la Microscopía de Túnel Electroquímico (ECSTM) y la Microscopía de Fuerza Atómica Conductor (cAFM), que son excelentes herramientas para estudiar materiales electrónicos y moléculas redox, incluyendo proteínas. En esta tesis, nos centramos en dos sistemas de proteínas redox: azurina, una pequeña proteína portadora de electrones y el fotosistema I, un complejo de proteína oxidorreductasa sensible a la luz.
En el estudio de la azurina, estudiamos la conductancia de las proteínas en función de su estado redox y el efecto de parámetros técnicos como las propiedades de contacto entre la azurina y los electrodos metálicos, y la fuerza mecánica aplicada en dicho contacto. Para ello hemos adaptado nuestra configuración de ECSTM para un método de corriente alterna a menudo utilizado en Microscopía de Túnel de ultra alto vacío (UHV-STM). También trabajamos en el desarrollo de una metodología que combina medidas de fuerza de una sola molécula basadas en AFM con medidas eléctricas, mientras trabajamos en un ambiente controlado electroquímicamente. Estas técnicas pueden conducir a una comprensión más profunda de las vías de ET y de la compleja relación entre la estructura de las proteínas redox y sus propiedades electrónicas.
En el estudio del fotosistema I, desarrollamos un método para inmovilizar complejos sobre un sustrato adecuado para la obtención de imágenes y espectroscopía con ECSTM, oro atómicamente plano. En estas condiciones, caracterizamos el fotosistema I mediante imágenes y espectroscopia, y evaluamos sus propiedades de conductancia y sus parámetros de decaimiento de la corriente con la distancia, en una amplia gama de potenciales electroquímicos biológicamente relevantes.
La caracterización de las vías de conducción en las proteínas redox a escala nanométrica puede permitir importantes avances en bioquímica y causar un alto impacto en el campo de la nanotecnología.
