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¿COMO LOS ENLACES QUIMICOS SE ROMPEN O SE FORMAN? ¿COMO LOS ATOMOS SE REORGANIZAN EN UNA MOLECULA PARA ALCANZAR SU FORMA ISOMERICA? EL TENER ACCESO AL CAMBIO DE LAS ESTRUCTURAS DE LA MATERIA EN TIEMPO REAL DURANTE UNA REACCION QUIMICA O UN PROCESO BIOLOGICO ES ESENCIAL PARA RESPONDER ESTAS PREGUNTAS Y ENTENDER SU FUNCION. AUNQUE MUCHAS TRANSFORMACIONES ESTRUCTURALES, COMO POR EJEMPLO EL PLEGAMIENTO DE PROTEINAS, SE DESARROLLAN EN TIEMPOS RELATIVAMENTE LARGOS, ESTAS SON ORIGINADAS POR EXCITACIONES ELECTRONICAS QUE OCURREN EN LA ESCALA DEL ATTOSEGUNDO, E INCLUSO A ESCALAS ¿MAS LENTAS¿ DE POCOS FEMTOSEGUNDOS CUANDO UNO TIENE EN CUENTA CAMBIOS ATOMICOS EN DISTANCIAS PICOMETRICAS. ES REALMENTE DIFICIL CAPTURAR TAL RAPIDA DINAMICA, PERO HOY EN DIA ESTA CONSENSUADO QUE SE REQUIERE DICHA CAPACIDAD PARA ENTENDER EVENTUALMENTE LAS FUNCIONES RELACIONADAS CON LOS CAMBIOS ESTRUCTURALES. EN 2016, EN NUESTRO GRUPO CONSEGUIMOS ALCANZAR UN VERDADERO HITO EN ESTA LINEA, CONSEGUIMOS CAPTURAR IMAGENES EN TIEMPO REAL DE COMO UN ENLACE MOLECULAR SE ROMPIA Y UN PROTON SE ALEJABA DE LA MOLECULA ORIGINAL. EL METODO QUE UTILIZAMOS SE CONOCE COMO ¿LASER-INDUCED ELECTRON SELF-DIFFRACTION (LIED)¿, Y MOSTRAMOS QUE ESTE METODO CUMPLE TANTO CON LA NECESARIA RESOLUCION ESPACIAL (PICOMETRO) COMO CON LA RESOLUCION TEMPORAL (ATTOSEGUNDO). SIN EMBARGO, SE REQUIERE MAS ESFUERZO DE INVESTIGACION Y DESARROLLO PARA TENER UN METODO QUE PROPORCIONE PELICULAS COMPLETAS DE LA REORGANIZACION DE LOS ATOMOS EN MOLECULAS DURANTE UNA REACCION QUIMICA. MOTIVADO POR NUESTROS RESULTADOS, PROPONGO DESARROLLAR UNA NUEVA Y EXCITANTE AREA DE INVESTIGACION CIENTIFICA DANDO UN PASO ADELANTE Y ESTUDIAR TANTO CONFORMACIONES EN MOLECULAS PEQUEÑAS COMO DE COMPLEJOS AMINOACIDOS DE RELEVANCIA BIOLOGICA PARA EL PLEGAMIENTO DE PROTEINAS QUE CONLLEVAN MUTAGENESIS. MI PLAN DE INVESTIGACION ESTABLECERA UN METODO DE PARA HACER IMAGENES A TIEMPO REAL, QUE TIENE UN GRAN POTENCIAL PARA CRECER Y DESARROLLARSE EN UN CAMPO NUEVO DE INVESTIGACION CON IMPACTO EN FISICA, QUIMICA, Y BIOLOGIA. (Spanish)

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HOW DOES A CHEMICAL BOND BREAK OR FORM? HOW DO ATOMS MOVE TO CHANGE A MOLECULE¿S ISOMERIC FORM? THE ABILITY FOR TIME-RESOLVING STRUCTURAL CHANGES OF MATTER DURING A CHEMICAL REACTION, OR A BIOLOGICAL PROCESS, IS THE BASIC REQUIREMENT FOR ANSWERING SUCH QUESTIONS AND TO REVEAL THEIR FUNCTION. EVEN THOUGH MANY STRUCTURAL TRANSFORMATIONS, E.G. PROTEIN FOLDING, DEVELOP ON A LONG TIMESCALE, THEY ARE TRIGGERED BY ATTOSECOND SCALE ELECTRONIC EXCITATIONS AND SLIGHTLY SLOWER (FEW-FEMTOSECOND) NUCLEAR REARRANGEMENTS AT PICOMETER DISTANCES. IT IS A SUPERB CHALLENGE TO CAPTURE SUCH DYNAMICS, BUT IT IS NOWADAYS ACCEPTED THAT SUCH CAPABILITY IS REQUIRED TO EVENTUALLY UNDERSTAND THE FUNCTION RELATED WITH THESE STRUCTURAL TRANSFORMATIONS. IN 2016, WE HAVE ACHIEVED A BREAKTHORUGH IN THIS QUEST SINCE WE COULD CAPTURE THE FIRST TIME-SPACE SNAPSHOTS OF HOW A MOLECULAR BOND BREAKS AND A PROTON DEPARTS. THE METHOD WE HAD EMPLOYED IS LASER-INDUCED ELECTRON SELF-DIFFRACTION (LIED) WE HAD SOWN TO PROVIDE THE REQUIRED COMBINED PICOMETER SPATIAL AND ATTOSECOND TEMPORAL RESOLUTION. NEVERTHELESS, FURTHER DEVELOPMENTS ARE REQUIRED BEFORE WE CAN HAVE FULL MOVIES OF THE CONCERTED REARRANGEMENT OF THE ATOMS OF MOLECULES DURING A CHEMICAL REACTION. EBCOURAGED BY OUR ACHIEVEMENTS, I PROPOSE TO DEVELOP THIS EXCITING NEW AREA OF SCIENCE FURTHER TO A LEVEL WHERE WE CAN INVESTIGATE CONFORMAL CHANGES OF SMALL MOLECULES AND MORE COMPLEX BIO-RELEVANT AMINO ACIDS RESPONSIBLE FOR PROTEIN FOLDING LEADING TO MUTAGENESIS. MY RESEARCH PROGRAM WILL ESTABLISH TIME-RESOLVED ATOMIC IMAGING, WHICH HAS TREMENDOUS POTENTIAL TO GROW INTO ITS OWN NEW FIELD OF RESEARCH WITH IMPACT ACROSS PHYSICS, CHEMISTRY AND BIOLOGY. (English)

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FIS2017-89536-P

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