LABORATORIO DE BIOQUÍMICA EVOLUTIVA
Responsable: Dra. María Laura Mascotti
Las enzimas son esenciales para los organismos ya que facilitan las reacciones necesarias para la vida en tiempos compatibles con los procesos biológicos. ¿Cómo se formaron las primeras enzimas? ¿Cómo surgen nuevas funciones enzimáticas? ¿Cómo cambian a través del tiempo? Nuestro laboratorio se enfoca en responder estas preguntas a través del análisis evolutivo de familias de proteínas implementando reconstrucción de secuencias ancestrales. Utilizamos herramientas como la filogenia molecular, la bioinformática y abordamos la caracterización bioquímica y biofísica de proteínas y enzimas asistida por la síntesis de genes in vitro. El objetivo principal es desentrañar los caminos evolutivos que llevan a la emergencia de funciones enzimáticas particulares y los mecanismos moleculares involucrados.
Líneas de investigación:
- Emergencia de funciones enzimáticas
Las enzimas dependientes de cofactores nucleotídicos, tales como NAD(P)H o ATP, juegan un papel clave en el metabolismo celular. Uno de sus roles más importantes es la trasferencia de electrones entre diversos dadores/aceptores, función que garantiza la provisión energética celular. Este tipo de enzimas representa al 70% entre aquellas que dependen de cofactores orgánicos. Además, los cofactores nucleotídicos tuvieron un papel clave en la emergencia de las primeras proteínas funcionales.
Los objetivos de esta línea incluyen identificar y caracterizar distintas familias de oxidoreductasas codificadas por LUCA, LBCA, LACA o grupos taxonómicos particulares que nos permitan comprender: (i) cómo surge la actividad catalítica en una familia de proteínas a través del tiempo y (ii) cuales son los determinantes (mecanísticos, de secuencia, estructurales, etc.) que contribuyen al establecimiento de la preferencia de cofactor.
- Adaptación al oxigeno molecular
Desde su origen, la tierra ha experimentado grandes cambios geológicos. Sin duda uno de los procesos con mayor impacto sobre la vida fue el Gran Evento de Oxigenación (GOE). Durante el GOE, los niveles de O2 aumentaron en la superficie terrestre generando un cambio dramático sobre la biosfera existente y dando lugar, en periodos posteriores, a la emergencia de eucariotas. Existe una importante diversidad enzimas que utilizan oxígeno como sustrato y cuya historia evolutiva sugiere que se originaron antes del GOE. Esto sugiere que las mismas atestiguaron el GOE y eventualmente experimentaron mecanismos de adaptación al oxigeno molecular.
En esta línea estudiamos enzimas involucradas en reacciones de metabolismo primario o en pasos clave de biosíntesis de compuestos bioactivos. Los objetivos son: (i) elucidar el impacto y los efectos que causó el aumento del nivel de oxígeno atmosférico en la función enzimática, y (ii) determinar si surgieron nuevos mecanismos enzimáticos -comunes/convergentes o diversos- o si los mecanismos ya existentes fueron simplemente refinados/modificados.
- Origen(es) de la respiración bacterias
La respiración es un proceso vital para todas las células ya que provee la energía requerida para las tareas implicadas en el mantenimiento de la vida. La cadena respiratoria es un componente central para todos los dominios de la vida. Esta línea se enfoca en comprender cómo se ensambló la cadena respiratoria en el linaje Bacteria. Los objetivos específicos incluyen, (i) inferir la cantidad de enzimas y/o complejos enzimáticos formaban la cadena respiratoria de LBCA, (ii) investigar la naturaleza de cada uno de los componentes identificados, (iii) abordar el estudio de cada sistema enzimático de manera individual y realizar la reconstrucción ancestral del mismo. Nuestra meta es proponer un modelo histórico para la emergencia y evolución de la cadena respiratoria que pueda ser aplicado en predicciones de adaptación a cambios climáticos.
