Theoretical investigation of bioinorganic compounds: biomimetic catalysts and metal-mediated mismatched DNA base-Pairs

Abstract

Una delle principali sfide nel mondo scientifico è superare la linea di confine tra la natura e il mondo inanimato. La Chimica Biomimetica e la Biologia Sintetica collaborano al raggiungimento di questo obiettivo. Lo sviluppo della Chimica Biomimetica è stato ispirato dall’elevata efficacia catalitica degli enzimi naturali, che giocano un ruolo chiave nella maggior parte delle reazioni chimiche che avvengono nell’organismo. Essa può essere definita come una branca della chimica che cerca di imitare le reazioni naturali e i processi enzimatici allo scopo di accrescere il potere della chimica stessa. La Biologia Sintetica, invece, è una nuova area di ricerca che rappresenta la convergenza di nuovi sviluppi in chimica, in biologia e in scienza computazionale al fine di progettare e creare nuovi sistemi biologici, partendo da materiale biologico già esistente e modificato mediante l’applicazione di processi chimici, da utilizzare in ambito industriale, energetico, medico e ambientale. La presente tesi pone l’attenzione sul meccanismo di azione seguito da alcuni catalizzatori biomimetici, per i quali sono state investigate sia la regioselettività, sia l’attività riscontrata sperimentalmente, e sullo studio delle proprietà energetiche e strutturali relative a nuovi sistemi bio-ispirati. I catalizzatori biomimetici e i nuovi sistemi biologici il cui comportamento è stato studiato e razionalizzato come scopo di questo lavoro di tesi possono essere suddivisi in tre categorie: i- Alcuni composti del naftalene caratterizzati dalla presenza di atomi di selenio, zolfo o tellurio, come mimici degli enzimi iodotironine deiodinase (ID), coinvolti nell’attivazione e inattivazione degli ormoni tiroidei. ii- Una serie di complessi di monooxomolibdeno(IV) come biomimetici dell’enzima trimetilammina-N-ossidoreduttase (TMAOR). iii- Alcuni modelli di DNA duplex, contenenti coppie di nucleobasi non complementari mediate da metalli di transizione. Lo studio teorico dei sistemi sopra elencati è stato effettuato utilizzando l’approccio quantomeccanici (QM) basato sulla teoria del funzionale della densità (DFT).