Modelització d¿aldolases de classe ii: paper del metall en el mecanisme catalític i en l¿acoblament entre dinàmica i catàlisi
- Autores: Aurora Jiménez Rodríguez
- Directores de la Tesis: Ramon Crehuet Simon (dir. tes.), Josep Maria Solé i Sabaté (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José María Anglada Rull (presid.), Jaime Rubio Martínez (secret.), Pere Clapés Saborit (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Estudios experimentales recientes de RMN, de espectroscopia unimolecular y de dispersión de neutrones ponen de manifiesto la estrecha relación que existe entre la flexibilidad de los enzimas y su actividad catalítica. Concretamente estudios cristalográficos de unas aldolasas de clase II dependientes del fosfato de la dihidroxiacetona (DHAP) muestran la existencia de un acoplamiento entre el movimiento relativo de los dominios estructurales C-terminal y N-terminal y su función catalítica. Aún así, el conocimiento que se tiene hasta ahora de su mecanismo catalítico no es completo y no se ha determinado cuál es la relación directa que existe entre la dinámica y la catálisis de estas aldolasas. La importancia del uso de estos enzimas como biocatalizadores en la síntesis de compuestos aminopolihidroxilados con actividad biológica hace que sea de gran interés tener un conocimiento detallado de los factores que influyen en su mecanismo catalítico así como el papel del metal zinc presente en sus centros activos.
El objeto de estudio de esta tesis es completar el conocimiento que se tiene hasta ahora del mecanismo catalítico de las aldolasas de clase II del: 1-fosfato de la L-rhamulosa (RhuA) y del 1-fosfato de la L-fuculosa (FucA), así como entender de qué manera está acoplada la dinámica de estos enzimas a su función catalítica. Para tal fin se ha hecho uso de las herramientas que nos proporciona la química computacional. Así, con el tratamiento QM de un modelo sencillo del centro activo de RhuA y FucA se han caracterizado los perfiles de energía de las etapas de la desprotonación de la DHAP y de la adición del L-lactaldehído, mostrándose que el papel principal del zinc es el de estabilizar el intermedio enediolato así como el de activar al sustrato aldehído para la adición electrófila. Estos estudios mecanísticos se han completado con una modelización más completa de RhuA y FucA usando modelos QM/MM los cuales muestran barreras similares para las dos etapas, siendo la de la desprotonación la limitante de la reacción.
Paralelamente se han realizado cálculos de los modos normales de vibración de RhuA y FucA los cuales describen los movimientos de los dominios estructurales observados experimentalmente. Con el acoplamiento de estos cálculos a modelos ONIOM se observa que los modos de baja frecuencia producen deformaciones en el centro activo de estos enzimas que favorecen la coordinación o expulsión del sustrato L-lactaldehído al zinc y por tanto la estabilización o desestabilización del estado de transición de la etapa de la adición. Esta flexibilidad en la coordinación que presenta el zinc es fundamental para el correcto funcionamiento de RhuA y FucA. Por tanto, tras el estudio en nuestros modelos del efecto de la sustitución del zinc por otros metales divalentes, se explica la recuperación de la actividad de apo-RhuA y apo-FucA con la adición de los metales lábiles Co2+ y Mn2+ y la inactividad con la adición de Cd2+, Mg2+, Ca2+ y Ba2+.
