El efecto Jahn-Teller en la simulación del cobre (II)

Los metales transicionales están presentes en la mayoría de las proteínas, formando complejos con ellas que les dan características catalíticas, electrónicas y estructurales requeridas para su rol biológico. Las simulaciones de dinámica molecular son frecuentemente aplicadas para comprender la dinámica de las metaloproteínas, misma que podría revelar importante información del papel que estas juegan en distintos procesos biológicos tales como la protección celular contra estrés oxidativo. Sin embargo, una desventaja de la aplicación de estas simulaciones en metaloproteínas es que los campos de fuerza incluidos en las mismas (representando los efectos electrónicos en torno al ion metálico) no tienen los parámetros necesarios para representar al centro metálico con precisión.
Mientras que algunos de los modelos utilizados en las simulaciones representan a los iones metálicos como esferas de van der Waals, otros lo hacen a través de la introducción de enlaces artificiales entre el metal y los ligantes. Las desventajas de estos modelos son distintas para cada uno, pero involucran eventos como la ausencia de la consideración del posible intercambio de ligantes o la interconversión entre distintas geometrías. Un modelo que busca resolver estos inconvenientes es el dummy model al presentar una aproximación no enlazada de dummy atoms con el centro metálico; sin embargo, pese a que este modelo ha proveído modelos viables para iones de zinc, calcio o níquel con distintas geometrías, encontró un inconveniente en el caso del cobre (II) debido a la distorsión Jahn-Teller que este presenta dada su configuración electrónica d9.
A manera de solucionar esto, un equipo de investigadores internacionales presentó en 2015 un dummy model para el cobre capaz de reproducir las propiedades de coordinación y conformación del ion metálico; previo a esto, otro estudio había presentado un modelo basado en teoría de traslape angular que, pese a contemplar el efecto Jahn Teller en el cobre, implicaba un costo computacional muy alto. Entre los hallazgos encontrados en el estudio se encuentran la preferencia por la formación de enlaces coordinados en las posiciones ecuatoriales del cobre (II) en solución acuosa, así como ciertos datos sobre la interacción de este ion metálico con péptidos beta-amiloides, lo cual podría ser de importancia para el estudio del Alzheimer.

Referencia:
Liao, Q., Kamerlin, S. C. L., & Strodel, B. (2015). Development and Application of a Nonbonded Cu2+ Model That Includes the Jahn–Teller Effect. The journal of physical chemistry letters, 6(13), 2657-2662.