Conformational and mechanistic analyses of α- and β-glycosidase substrates by ab initio qm/mm methods
- Autores: Santiago Alonso Gil
- Directores de la Tesis: Carme Rovira Virgili (dir. tes.), Jaime Rubio Martínez (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ignacio Fita Rodríguez (presid.), Sergio Madurga Díez (secret.), Xevi Biarnés Fontal (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Química Teórica y Computacional
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Simulación del comportamiento conformacional de azúcares naturales y sintéticos, y de su reactividad en glicosil hidrolasas (GHs) a partir del uso de métodos de dinámica molecular ab initio (QM/MM, metadinámica).
Los carbohidratos son una de las biomoléculas más importantes debido a su papel como fuente de energía para organismos no-fotosintéticos, reconocimiento célula-célula, protección de la membrana celular de bacterias y plantas y por asegurar la buena funcionalidad de algunas enzimas. Las glicoproteínas son componentes esenciales en la superficie de las células y en el medio extracelular. Defectos en la actividad de estas proteínas son la causa de varias enfermedades humanas, como la diabetes o problemas en el lisosoma.
Las glicosil hidrolasas (GHs) son una de las glicoproteínas más relevantes. Catalizan la rotura de enlaces glicosídicos de oligosacáridos para generar monosacáridos o cadenas más pequeñas de azúcares con relevancia biológica. Para encontrar una manera adecuada de modular la actividad de estas enzimas, es crucial entender sus mecanismos moleculares. Los azúcares son moléculas muy flexibles, la mayoría formados por anillos de 6 átomos cuya conformación cambia durante la reacción en GHs. Capturar estas conformaciones, en particular la del estado de transición, es clave para diseñar inhibidores. La manera de caracterizar indirectamente la conformación de ese estado de transición es cristalizando el complejo de Michaelis de la GH con un tioderivado del sustrato natural (el oxígeno glicosídico es substituido por azufre) o usando mutantes de la enzima. No obstante, en algunos casos, la semejanza a nivel conformacional del mímico y el sustrato natural no queda suficientemente clara.
En los últimos años, nuestro grupo ha demostrado el uso para predecir itinerarios catalíticos de GHs a partir de las superficies de energía libre conformacional de los azúcares naturales (glucosa, manosa y xilosa). Estas superficies se exploran utilizando las coordenadas de empaquetamiento de Cremer y Pople como variables colectivas en el método de metadinámica. Una extensión de estos estudios es el análisis conformacional de azúcares formados por anillos de 7 átomos (septanósidos), que están actualmente en el foco de interés como sustratos de GHs.
En la presente Tesis, aplicamos métodos basados en dinámica molecular Car-Parrinello, dentro de la aproximación QM/MM, para estudiar el mecanismo catalítico de las GHs de la familia 13 (amilosucrasa), la familia 125 (exo-1,6-α-manosidasa) y la familia 3 (enzima HvExoI). Además, hemos extendido el estudio conformacional de anillos a los septanósidos para poder predecir su potencial como nuevos sustratos de GHs concretas.
