Sharon Hammes-Schiffer (nacida el 27 de mayo de 1966) es una química física que ha contribuido a la química teórica y computacional . Actualmente es profesora de Química Sterling en la Universidad de Yale . [1] Se ha desempeñado como editora senior y editora adjunta del Journal of Physical Chemistry [2] y editora asesora de Theoretical Chemistry Accounts . [3] Desde el 1 de enero de 2015 [actualizar]es editora en jefe de Chemical Reviews . [2]
Hammes-Schiffer estudia "reacciones químicas en solución, en proteínas y en interfaces electroquímicas, particularmente la transferencia de partículas cargadas que impulsan muchos procesos químicos y biológicos". [4] Su investigación se basa en las áreas de química , física , biología y ciencias de la computación y es significativa para los campos de bioquímica , química inorgánica , química física y química orgánica física . Una teórica que trabaja con modelos computacionales, Hammes-Schiffer combina dinámica molecular clásica y mecánica cuántica en teorías que tienen relevancia directa para una variedad de áreas experimentales. Al estudiar la transferencia de protones, electrones y electrones acoplados a protones , Hammes-Schiffer ha formulado una teoría general de reacciones de transferencia de electrones acoplados a protones que explica el comportamiento de los protones en procesos de conversión de energía. [2] [5] [6] Su investigación ha mejorado la comprensión del efecto túnel de hidrógeno y el movimiento de proteínas en catálisis enzimática. [3] [7] Su grupo de investigación también ha desarrollado un enfoque orbital nuclear-electrónico que permite a los científicos incorporar efectos cuánticos nucleares en cálculos de estructura electrónica. [7] Su trabajo tiene aplicación en una variedad de resultados experimentales y tiene implicaciones para áreas como la ingeniería de proteínas, el diseño de fármacos, [8] la catalización de células solares y las reacciones enzimáticas. [4] En 2024, fue elegida miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense . [9]
Hammes-Schiffer completó su licenciatura en química en la Universidad de Princeton en 1988. Completó su doctorado en química en la Universidad de Stanford en 1993 después de trabajar con Hans C. Andersen. [10] [2] [3] Luego trabajó con John C. Tully en AT&T Bell Laboratories como científica investigadora postdoctoral. [3]
Hammes-Schiffer ocupó puestos en la facultad de la Universidad de Notre Dame como profesora adjunta de química y bioquímica Clare Boothe Luce (1995-2000) y en la Universidad Estatal de Pensilvania (2000-2012). [3] [11] En 2012 se incorporó a la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign como profesora Swanlund de química, [8] donde permaneció hasta 2017. [12] Desde entonces, ha dirigido el Grupo de Investigación Hammes-Schiffer en la Universidad de Yale , donde fue nombrada profesora de química John Gamble Kirkwood en 2018 y profesora Sterling de química en 2021. [13] A partir de enero de 2024, se incorporará a la facultad de la Universidad de Princeton. [14] Hammes-Schiffer es autora o coautora de casi 200 artículos y ha dado más de 200 charlas invitadas. [15]
El trabajo de Hammes-Schiffer se adentra principalmente en tres áreas separadas de la química: transferencia de electrones acoplada a protones (PCET), procesos enzimáticos y el método orbital nuclear-electrónico. [16] Una sección de esta investigación se dedica al estudio del efecto isotópico cinético , una diferencia en la velocidad de reacción de una sustancia química en función del isótopo presente.
La aplicación de su trabajo en PCET ha dilucidado la naturaleza de varios mecanismos químicos y condujo a su modelo de dependencia de la temperatura de las tasas de PCET. [17] [18] Uno de estos procesos, la oxidación de quinol, estudió el efecto isotópico cinético en ubiquinol y plastoquinol con respecto a la temperatura, encontrando que la energía libre de activación es mayor para el hidrógeno que para el deuterio , lo que significa que la reacción es más lenta para el hidrógeno y, por lo tanto, irreversible, si se cumplen las condiciones específicas. [19] Este hallazgo ha sido utilizado desde entonces por otros investigadores para reforzar la noción de que las reacciones pueden o no ser unidireccionales al influir en las tasas de reacción con el efecto isotópico cinético . [20] Además, su estudio de PCET en complejos de biimidazolina de hierro ha refinado la comprensión común de PCET, habiendo demostrado su teoría de que la tasa de transferencia de electrones aumenta bajo el efecto isotópico cinético a medida que "la distancia de transferencia de protones aumenta y la distancia de transferencia de electrones disminuye". [21] Estos mecanismos han ayudado a respaldar la investigación de otros estudios PCET, y su artículo principal PCET, "Estudios teóricos de reacciones de transferencia de electrones acopladas a protones", [17] ha sido citado más de 90 veces en artículos que abarcan desde el estudio del movimiento de proteínas hasta la dinámica de enzimas. [22]
Hammes-Schiffer estudia los efectos de la tunelización cuántica y los enlaces de hidrógeno en las reacciones enzimáticas. Su trabajo sobre la lipooxigenasa-1 de soja cambió la percepción común de un diagrama de región de tunelización propuesto anteriormente, [23] al descubrir que la dependencia de la temperatura de las KIE es inversamente proporcional entre sí y que la dinámica ambiental activa conduce a una menor cantidad de KIE y promueve la catálisis. [24] Este hallazgo debería ser aplicable a cualquier otra enzima que pueda transferir un protón debido al hecho de que no hay tantas opciones enzimáticas para la transferencia no iónica de un protón y, por lo tanto, se debe utilizar la tunelización en todo el proceso. [24]
Hammes-Schiffer también ha sido pionera en el trabajo en lo que ella llama el método orbital nuclear-electrónico (NEO), que permite una estimación más precisa de propiedades nucleares como la densidad , la geometría , las frecuencias , el acoplamiento electrónico y los movimientos nucleares. [25] Como se describe en su artículo, "Incorporación de efectos cuánticos nucleares en la estructura electrónica", el núcleo de función de base radial , un algoritmo gaussiano utilizado para soportar máquinas vectoriales, se aplica para determinar orbitales electrónicos y moleculares. El enfoque NEO es específicamente aplicable para determinar los mecanismos exactos de las reacciones de transferencia de hidrógeno al tiempo que tiene en cuenta otras variables como el efecto túnel cuántico y la energía del punto cero . Hammes-Schiffer afirma que el enfoque NEO es significativamente ventajoso sobre otros métodos que incorporan efectos cuánticos nucleares debido a la capacidad del método para calcular estados vibracionales, su evitación de la aproximación de Born-Oppenheimer y su incorporación aparente e inherente de efectos cuánticos . [26]
En su estudio, publicado en septiembre de 2016, Hammes-Schiffer contribuyó a descubrir los efectos del sitio activo del ion magnesio en el complejo cofactor de fosfato escindible . Descubrió que, en lugar de que el ion magnesio se encuentre en el centro del complejo, el ion se encuentra en un sitio separado, denominado cara de Hoogsteen, donde reduce el pKa del complejo para facilitar una reacción de desprotonación necesaria para una reacción de autoescisión. [27]
Hammes-Schiffer es miembro de la Sociedad Estadounidense de Física (2010), la Sociedad Estadounidense de Química (2011), la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias (2012), la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (2013), la Academia Nacional de Ciencias (2013) y la Sociedad Biofísica (2015). [10] Fue elegida miembro de la Academia Internacional de Ciencias Molecular Cuántica en 2014. [4] [6] [7]
Hammes-Schiffer ha recibido numerosos premios, entre ellos los siguientes: