Tesis doctoral de Mercedes Alfonso Prieto
El agua oxigenada es una especie reactiva de oxígeno que está involucrada tanto en el daño oxidativo como en la señalización celular, y por tanto, su concentración ha de estar bien controlada. Las catalasas son las principales enzimas encargadas de regular los niveles de agua oxigenada, descomponiéndola en agua y oxígeno. La presente tesis se centra en el estudio de las hemo catalasas, el grupo más abundante de estas enzimas y las que descomponen el h2o2 con mayor eficiencia. algunas hemo catalasas contienen un hemo modificado (hemo d) en lugar del más común hemo b (protoporfirina ix de hierro). A pesar de que estos dos tipos de catalasas parecen llevar a cabo las mismas reacciones, se desconoce el efecto de la modificación del grupo hemo en la estructura y configuración electrónica de los intermedios de reacción, así como en sus propiedades redox y ácido-base. el principal intermedio de reacción de las catalasas es una especie de hierro(iv), por(·+)-fe(iv)=o, llamada compuesto i (cpd i). El cpd i reacciona con una molécula de h2o2 liberando agua y oxígeno. Otras hemoproteínas también llevan a cabo esta reacción, aunque con mucha menor velocidad. Todavía no se conoce el origen de esta discrepancia ni el mecanismo molecular detallado de la reacción. esta tesis tiene el objetivo de responder estas preguntas, considerando dos catalasas como ejemplo prototípico: la catalasa de helicobacter pylori (hpc, una hemo b catalasa) y la catalasa de penicillium vitale catalasa (pvc, que contiene hemo d). Para ello se ha utilizado técnicas de dinámica molecular, tanto clásica como ab initio. cálculos en fase gas han mostrado que la modificación del grupo hemo no afecta la estructura de los intermedios compuesto i (cpd i), compuesto ii (cpd ii) y compuesto i* (cpd i*). Sin embargo, se ha encontrado que la configuración electrónica del cpd i es diferente para hemo b y hemo d. Estos resultados se han completado con cálculos híbridos mecánica cuántica / mecánica molecular (qm/mm) para poder asignar la estructura y configuración electrónica de la especie formada al oxidar hpc y pvc, en combinación con datos estructurales y espectroscópicos. para poder explicar porque hpc y pvc forman diferentes especies oxidadas (cpd i* y cpd i, respectivamente) se ha calculado la energía libre de transferencia de electrón y protón mediante simulaciones qm/mm, en combinación con métodos de aceleración de eventos (metadinámica). Los resultados obtenidos han permitido racionalizar la diferente propensión de hpc y pvc para reducirse y protonarse. Además, se ha propuesto un posible candidato para el radical proteico que se observa en hpc. a continuación se ha estudiado la reacción principal de la catalasa: la reducción de cpd i con h2o2. Se han reevaluado los argumento usados comúnmente para predecir el estado de espín de la molécula de oxígeno liberada por la catalasa y este análisis se ha complementado con cálculos qm de los reactivos y productos de esta reacción. Seguidamente se ha modelado el mecanismo completo de la reacción para hpc y pvc mediante simulaciones de metadinámica. Estas simulaciones han permitido desentrañar cómo los dos protones y dos electrones del agua oxigenada pasan al cpd i y han puesto de relieve el papel clave de los residuos distales para que la reacción ocurra con barreras bajas.
Datos académicos de la tesis doctoral «Estudio de la reactividad de catalasas mediante dinámica molecular ab initio (estudi de la reactivitat de catalases mitjanÁ§ant dinÁ mica molecular ab initio)«
- Título de la tesis: Estudio de la reactividad de catalasas mediante dinámica molecular ab initio (estudi de la reactivitat de catalases mitjanÁ§ant dinÁ mica molecular ab initio)
- Autor: Mercedes Alfonso Prieto
- Universidad: Autónoma de barcelona
- Fecha de lectura de la tesis: 17/12/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Carme Rovira Virgili
- Tribunal
- Presidente del tribunal: agusti Lledos falco
- María lore Sulpizi (vocal)
- (vocal)
- (vocal)
