Structure-activity investigation on laccases by computational and site directed mutagenesis studies
- Autores: Azar Delavari
- Directores de la Tesis: Juan Jesús Pérez González (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pere Garriga Solé (presid.), Maria Fátima Assunçao Lucas (secret.), Josep Manel Ricart Pla (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Las lacasas pertenecen a la familia de enzimas multícobre oxidadas (EC 1.10.3.2). Su capacidad de oxida r una amplia gama de sustratos las hace muy atractivas para la industria y su utilización está creciendo en importancia para la síntesis respetuosa del medio ambiente. Las lacasas tienen tres tipos diferentes de cobre: tipo 1 (T1), Tipo 2 (T2) y típo 3 (T3). La función del sitio de T1 es la de transportar electrones desde el sustrato al clúster de cobre trinuclear. Durante el ciclo catalítico de la lacasa, cuatro electrones son transferidos desde cuatro moléculas de sustrato para reducir oxígeno a dos moléculas de agua. La comparación de los parámetros cinéticos utilizando varias lacasas y varios sustratos revela que la velocidad de reacción de la lacasa se correlaciona con la diferencia de potencial redox entre el cobre T1 y el sustrato.
En los últimos años, el potencial demostrado por las lacasas en una gama de aplicaciones ha motivado el progreso en la ingeniería de lacasas. Las simulaciones computacionales pueden revelar residuos clave que pueden ser cambiados por mutagénesís dirigida (o enfoques semi-racionales). En este trabajo se han utilizado métodos computacionales para el estudio de la interacción de diferentes sustratos con lacasas y ver su efecto sobre la actividad. El objetivo del presente estudio fue caracterizar la unión de lacasa bolsillo de lacasas fúngícas y bacterianas con el fin de establecer sus características farmacofórícas comunes.
Para este propósito, hemos realizado estudios de anclaje moleculares para identificar aquellos residuos que participan en la interacción con diversos substratos. Nuestros resultados indican que la lacasa bacteriana (1UVN) tiene un número menor de residuos hidrófobos y aromáticos que las estructuras fúngicas, como consecuencia la unión no es tan fuerte.
Posteriormente, se evaluó el efecto del estado de protonación de un residuo Asp / Glu conservado en lacasas fúngicas a través de dinámica molecular. En una etapa posterior, se aplicó enfoque QMMM-2QM-MD para uno de la estructura lacasa fúngica (3FU8) para calcular el valor potencial redox. El resultado índica que la diferencia en los potenciales redox cambios 7-17 a 74-92 kJ / mol sí el estado redox de T1Cu y DMP en la otra subunidad cambio y correctamente predecir qué estado CuT1ox / DMPred es más estable que el CuT1red / estado DMPox.
Después de los estudios computacionales se llevó a cabo un estudio de mutagénesis dirigida sobre dos residuos del bolsillo de unión, con el fin de encontrar su efecto sobre el valor potencial redox. Con este objetivo se llevó a cabo una biblioteca combinatoria para la posición 192 y 296 en MtL T2. El clan contenía A192P y L296W (3H 12) y el clan contenía la mutación A192P y L296L (19G8) mostraron una actividad con ácido violuric 1,23 y 1,33 veces mayor que la de tipo parental, respectivamente. Por otra parte, el clon contenía A192R y L296W (15h11) y el clon con A192R mutación y L296L (5B4) mostraron una mayor actividad con el compuesto de molibdeno en comparación con el tipo parental.
Después de la caracterización experimental de los mutantes 19G8 y 5B4, estudiamos los cambios estructurales que se producen en el bolsillo de unión. Con este fin generamos una estructura tridimensional de los dos mutantes utilizando la lacasa de M.albomices como plantilla, por medio de la modelización por homología. Mientras que el primer mutante exhibe un bolsillo de unión similar al de la plantilla, éste es más pequeño en el segundo mutante. En cualquier caso, los estudios de anclaje molecular posteriores no mostraron ningún comportamiento diferencial y los ligandos podrían unirse a los dos bolsillos de unión de una manera similar. Finalmente, se calculó el potencial redox de la mutante A296L MaL que es similar al mutante 19G8, obteniéndose un valor de 167 kJ / mol. Este valor es más alto que el obtenido para MaL, apoyando el efecto que tiene esta mutacíón s obre el potencial redox.
