LABORATORIO DE BIOQUÍMICA EVOLUTIVA
Responsable: Dra. María Laura Mascotti
Las enzimas son fundamentales para la vida, ya que permiten que las reacciones químicas necesarias para el funcionamiento celular ocurran a velocidades compatibles con los procesos biológicos. ¿Cómo surgieron las primeras enzimas? ¿Cómo emergen nuevas funciones? ¿Cómo se transforman las proteínas a lo largo de la evolución?
Nuestro laboratorio busca responder estas preguntas mediante el estudio evolutivo de familias de proteínas, combinando filogenia molecular, bioinformática, reconstrucción de secuencias ancestrales y caracterización bioquímica y biofísica de proteínas, con el apoyo de la síntesis de genes in vitro. Nuestro objetivo es comprender los procesos evolutivos y los mecanismos moleculares que permiten la emergencia, diversificación y adaptación de las funciones enzimáticas.
Líneas de investigación
Emergencia de funciones enzimáticas
Las enzimas dependientes de cofactores nucleotídicos desempeñan funciones centrales en el metabolismo celular, entre ellas la transferencia de electrones entre diferentes dadores y aceptores, un proceso fundamental para la obtención y utilización de energía.
En esta línea buscamos comprender cómo emerge la actividad catalítica y cómo se establecen nuevas especificidades funcionales a lo largo de la evolución. Estudiamos los determinantes mecanísticos, estructurales y de secuencia que permiten la aparición de nuevas actividades y, en particular, los procesos que conducen a la evolución de la preferencia por distintos cofactores.
Adaptación al oxígeno molecular
El Gran Evento de Oxigenación (GOE) produjo un aumento significativo de la concentración de oxígeno en la superficie terrestre y transformó profundamente las condiciones ambientales de la biosfera. Diversas enzimas que utilizan oxígeno como sustrato presentan historias evolutivas que se remontan a períodos anteriores o cercanos a este evento, lo que plantea preguntas sobre cómo sus funciones se vieron afectadas por la creciente disponibilidad de oxígeno.
En esta línea buscamos determinar cómo el aumento de la disponibilidad de oxígeno modificó la función enzimática y qué estrategias evolutivas permitieron la adaptación a este nuevo contexto ambiental. En particular, investigamos si la oxigenación favoreció la aparición de nuevos mecanismos catalíticos o si los mecanismos preexistentes fueron modificados y optimizados.
Ensamble y evolución de la cadena transportadora de electrones
La respiración constituye una estrategia fundamental para la obtención de energía en numerosos organismos y la cadena transportadora de electrones es un componente central de estos sistemas. Su diversidad actual refleja una extensa historia evolutival.
En esta línea buscamos comprender cómo se ensamblaron y diversificaron los componentes de la cadena transportadora de electrones en Bacteria y cómo evolucionaron durante la transición hacia la célula eucariota. Además, estudiamos la evolución de complejos y enzimas respiratorias particulares con el objetivo de explorar estrategias de complementación funcional aplicables a sistemas mitocondriales disfuncionales.
El rol de los lípidos en la eucariogénesis
El origen de las células eucariotas se encuentra ligado al evento de endosimbiosis entre un hospedador Archaea y una alfaproteobacteria -quien daría origen a las mitocondrias. Este proceso implicó una profunda reorganización de las membranas celulares y la integración de componentes provenientes de los distintos linajes parentales.
En colaboración con el grupo de Biología Computacional del IHEM, estudiamos el papel de los lípidos en la evolución de las membranas durante la eucariogénesis, con especial interés en los mecanismos moleculares que pudieron favorecer la interacción y fusión de membranas durante este proceso.