Resumen de Estudi de la reactivitat de catalases mitjançant dinàmica molecular ab initio
Mercedes Alfonso Prieto
El peròxid d'hidrogen és una espècie reactiva de l'oxigen que està involucrada en el dany oxidatiu i en la transducció intracelular de senyals. Per tant, és molt important regular la concentració de H2O2 per tal de mantenir la senyalització sense danyar les biomolècules. Les catalases són el principal sistema regulador dels nivells de peròxid d'hidrogen i per això participen en processos imflamatoris, mutagènesi, prevenció de l'apoptosi i estimulació d'un ampli espectre de tumors. Les hemo catalases són enzims que dismuten el peròxid d'hidrogen en aigua i oxigen (2 H2O2 →2 H2O + O2). Estan presents en pràcticament tots els organismes aeròbics i són uns dels enzims més eficients coneguts, amb 106 molècules de H2O2 degradades per segond. Degut a aquest augment excepcional de la velocitat de dismutació del H2O2 respecte als catalitzadors que no són proteïnes, la catalasa va ser un factor clau per reconèixer que els enzims són proteïnes i que tenen especificitat de substrat. S'ha observat que algunes catalases contenen un hemo modificat (hemo d), en comptes del més abundant hemo b (protoporfirina IX de ferro). Malgrat que el cicle catalític d'aquests dos tipus de catalases és el mateix, no es coneix l'efecte de la modificació de l'hemo en l'estructura i configuració electrònica dels intermedis de reacció o en les seves propietats redox i àcid-base. El principal intermedi del cicle catalític és una espècie de ferro de valència alta (Por·+-FeIV=O) anomenada Compost I (Cpd I). El Cpd I reacciona amb una mol·lècula de peròxid d'hidrogen produint aigua i oxigen molecular. Aquesta reacció també és duta a terme per altres hemoproteïnes, però a una velocitat molt méss baixa. La causa d'aquesta disparitat s'ha estudiat durant molts anys, i, tot i que aquesta reacció es coneix des del 1940, el seu mecanisme molecular detallat encara no s'ha clarificat. Aquesta tesi té com a objectiu respondre aquestes preguntes, considerant dues catalases com a prototip: la catalasa de Helicobacter pylori (HPC, que conté hemo b) i la catalasa de Penicillium vitale (PVC, basada en hemo d). Aquest estudi s'ha realitzat utilitzant dinàmica molecular (clàssica i ab initio). La tesi s'ha organitzat de la següent manera. El Capítol I introdueix els enzims a estudiar, les hemo catalases, i presenta els objectius generals d'aquest treball. Els fonaments metodològics s'expliquen al Capítol II. Els Capítols III-VII contenen una breu introducció al problema investigat, seguida d'una descripció i discussió de les simulacions realitzades. En primer lloc (Capítol III), s'ha estudiat l'efecte de la modificació de l'hemo en els intermedis de la catalasa utilitzant models en fase gas. Al Capítol IV, s'ha analitzat l'estructura dels intermedis formats per HPC and PVC i s'ha confirmat l'estat de protonació del Compost II (Cpd II) de catalasa. Al Capítol V s'han investigat els factors que determinen que HPC and PVC formin diferents intermedis (Compost I i Compost I, respectivament). Al Capítol VI, s'ha avaluat la validesa dels arguments utilitzats normalment per predir l'estat de espín de l'oxigen molecular produït per la catalasa. El mecanisme molecular de la reacció de la catalasa s'ha estudiat al Capítol VII. Finalment, el Capítol VIII llista les principals conclusions d'aquesta tesi. Informació addicional sobre les simulations realitzades als Capítols IV-VII es pot trobar als Apèndixs A-D.
