Alumno investigador: Sergio Mato Domínguez

Centro: Departamento de Química-Física y Química Inorgánica

Tareas realizadas:

Durante el transcurso de las tareas de investigación, se determinó la estructura molecular de la sulfanilamida, un fármaco antibacteriano, a fin de correlacionarla con las propiedades de esta molécula. Además, se estudió su complejo monohidratado para poder entender el efecto de la microsolvatación en las estructuras más estables. Para ello, se emplearon técnicas de microondas de alta resolución por transformada de Fourier, combinadas con la ablación láser de picosegundos. Este conjunto de técnicas permite transferir, aislar y caracterizar cualquier tipo de sistema. En paralelo se llevaron a cabo distintos tipos de modelador molecular, desde cálculos de mecánica molecular, hasta cálculos mecanocuánticos tales como el DFT, Ab initio. Todos los resultados se completaron con simulaciones de acoplamiento molecular (Molecular Docking).
Entre los resultados, se obtuvieron las constantes de rotación, reglas de selección y la estructura hiperfina que permitieron caracterizar inequivocamente un único confórmero para el monómero, siendo estabilizado por una interacción intramolecular N-H···O=S. Los resultados indican que dicha estructura está en disposición ecuatorial, con la orientación del NH2 del grupo anilínico opuesto al grupo sulfona. Adicionalmente, se encontraron sus correspondientes isotopómeros de 34S y13C en abundancia natural. En cuanto al estudio de microsolvatación, los resultados muestran que una sola molécula de agua altera la preferencia conformacional y obliga a la sulfanilamida a cambiar de su configuración inicial eclipsada a una disposición alternada. El complejo con agua observado adopta una estructura en la que el agua forma tres enlaces de hidrógeno con sulfanilamida que estabilizan la molécula. Finalmente, los resultados obtenidos concuerdan con el Docking molecular de la sulfanilamida en el receptor de la dihidropteroato sintasa cuando se utiliza un modelo solvente implícito (VSGB 2.0).
Los resultados obtenidos gracias a esta beca han dado lugar a una publicación en una revista Q1 indexada en el JCR, además de una comunicación oral en un congreso internacional. Las referencias son las siguientes:
*S. Mato, R. Aguado, S. Mata, J. L. Alonso, I. León. A solvent-mediated conformational switch in sulfanilamide. Phys. Chem. Chem. Phys, 2022, Just accepted F.I. 5.636, Q1. DOI:10.1039/D2CP03367D
*Nombre del congreso: International Symposium of Molecular Spectroscopy, ISMS 2022. Tipo de comunicación: Oral. Autores*: S. Mato, R. Aguado, J. L. Alonso, I. León. Fecha: Del 21 de Junio al 26 de Junio de 2022.

Objetivos alcanzados:

• Se ha caracterizado de forma inequívoca la estructura intrínseca de la sulfanilamida aislada. Asimismo, la del clúster con agua, habiendo en ambos casos un único confórmero detectado.
• Se ha realizado un análisis de las interacciones intra- e intermoleculares de la sulfanilamida que gobiernan la preferencia conformacional y comportamiento químico.
• Se ha dilucidado el rol del agua dentro de la acción biológica de la sulfanilamida. Observando la influencia del medio extracelular en su transporte hasta el centro activo de la enzima dihydropteroate synthase (DHPS) donde tiene su función.
• Se ha realizado un modelo de acoplamiento molecular enzima-sustrato, permitiendo un mayor entendimiento del proceso.
• Se ha validado a nivel molecular los modelos de solvatación en fases condesadas en mecanismos de acoplamiento molecular.

Sectores de aplicación:

Nuestros resultados resaltan y validan la importancia de las interacciones con los medios circundantes al nivel más simple, lo que permite abrir una vía completamente nueva para la investigación de estas interacciones en los procesos de reconocimiento molecular, para refinar los modelos proteína-ligando, la predicción de estructuras novo, diseño de proteinas, descubrimiento temprano de fármacos, optimización de métodos computacionales o incluso reacciones químicas. Por lo tanto, anticipamos un gran interés en las comunidades de química, biología, informática, farmacología o química médica, entre otras.

Metodología utilizada:

Metodología experimental:
Se preparó una barra sólida de sulfanilamida, la cual se vaporizó mediante ablación laser, utilizando un láser de NdYAG de picosegundos. A continuación, se caracterizaron los productos de la ablación mediante dos espectrómetros de microondas de pulso multifrecuencia con transformada de Fourier y chorro supersónico (LA-CP-FTMW); uno opera en la región de 2 a 8 GHz y el otro de 6-18GHz. De esta manera se obtiene el espectro experimental de la sulfanilamida en el dominio frecuencias. Adicionalmente, se utilizo otro espectrómetro de haz molecular con transformada de Fourier (LA-MB-FTMW) de 2-8GHz para resolver la estructura hiperfina generada por los núcleos de nitrógeno.

Metodología teórica:
Se ha realizado una búsqueda conformacional de la sulfanilamida y del complejo con agua mediante cálculos de mecánica molecular(MMFFs) con una ventana energética de 30kJ/mol. Posteriormente, se optimizaron las geometrías con metodologia MP2/6-311++(d,p) y B3LYP-D3 (BJ)/6-311++(d,p) recopilando los parametros espectroscopicos y termodinamicos que facilitan las asignacion conformacional.