Estructura y función de enzimas redox de cobre y molibdeno estudiadas por métodos computacionales basados en evidencias bioquímicas y espectroscópicas

Abstract

En este trabajo se caracterizan algunos aspectos del proceso catalítico de las enzimas aldehído oxidoreductasa, de Desulfovibrio gigas (DgAOR), y nitrito reductasa de cobre, de Sinorhizobium Meliloti (SmNir) usando el método híbrido Quantum Mechanics-Molecular Mechanics (QM/MM) en el programa Gaussian. DgAOR cataliza la conversión de aldehídos a ácidos carboxílicos en una reacción redox de dos-electrones. El molibdeno contiene solamente en DgAOR un ligando oxo ecuatoria. SmNir cataliza la conversión de nitrito a óxido nítrico en una reacción redox de un-electrón. Esta proteína contiene 2 Cu/monómero unidos por un puente CYS-HIS responsable de la transferencia electrónica. La estructura de SmNir es desconocida. Encontramos que la energética del proceso catalítico es favorable con un oxígeno en la posición ecuatorial del molibdeno. Además, se evaluó el proceso de transferencia electrónica Mo→ FeS1. Los resultados sugieren que la transferencia electrónica está favorecida cuando el sustrato está unido al sitio activo, facilitando la reconversión de la enzima al estado resting. Este proceso es gobernado por la presencia/ausencia del ligando ecuatorial OHX . Obtuvimos la estructura 3D de la SmNir wild type y de las variantes H171D y C172D (con uno y dos Cu/monómero). Las variantes mostraron el grupo carboxilato del residuo aspártico añadido coordinado al cobre. El resto del sistema permaneció prácticamente sin cambios. El puente de hidrógeno entre CYS y HIS se perdió en la variante H171D, la cual demostró ser inactiva. Los métodos computacionales sugieren que la pérdida de dicho puente conduce a la inactividad de la enzima H171D.

The subject of this work is the characterization of some aspects of aldehyde oxidoreductase from Desulfovibrio gigas (DgAOR), and copper nitrite reductase from Sinorhizobium Meliloti (SmNir) using the hybrid methodology Quantum Mechanics-Molecular Mechanics (QM/MM) on. DgAOR catalyzes the conversion of aldehydes to carboxylic acids in a two-electrons redox reaction. The Mo is bound to one equatorial oxo ligand that is found solely in this protein. SmNir catalyzes the conversion of NO2- to NO in a one-electron redox reaction. It protein contains 2 Cu/monomer linked by a CYS-HIS bridge responsible for ET. The X-ray structure of the SmNir is unknown. We found that the energetic of the process is favorable with an oxygen ligand in the equatorial position. Moreover, we evaluated the ET process Mo→ FeS1, and its results suggest that the ET is favored when the substrate is bound to the active site, facilitating the return to the resting state of the enzyme. The process is governed by the presence/absence of the equatorial OHX ligand. We obtained the 3-D structures of the SmNir wild type form and the variants H171D and C172D (with one and two Cu/monomer). The variants structures evidenced to have their copper sites coordinated to the inserted-ASP ligands, as well as to the rest of the unmodified copper ligands. The Nδ1H...O=C hydrogen bridge was lost in the H171D form, which is inactive. Computational calculations suggest that the loss of the Nδ1H...O=C bridge is the reason for the H171D inactivity.