Bases moleculares de los mecanismos regulatorios de los procesos de transferencia electrónica proteica

Autores
Alvarez Paggi, Damián Jorge
Año de publicación
2012
Idioma
español
Tipo de recurso
tesis doctoral
Estado
Versión publicada
Director/a de tesis
Murgida, Daniel H.
Descripción
En esta tesis doctoral se abordó el estudio de los parámetros que regulan las reacciones de transferencia electrónica (TE) en sistemas proteicos dentro del marco teórico desarrollado por Marcus. Para ello se emplearon métodos espectroscópicos, electroquímicos, espectroelectroquímicos y computacionales. En particular, se investigaron dos componentes de la cadena de transporte respiratorio: el citocromo c (Cyt), un transportador soluble de electrones y el centro de CuA, el aceptor primario de la citocromo c oxidasa. En primer lugar, se estudió el rol de la dinámica proteica del Cyt y su modulación por campos eléctricos de relevancia biológica. Se verificó que dicha dinámica es crucial en la regulación de las reacciones de TE que tienen lugar en la cadena de transporte de electrones a través de la modulación del acoplamiento electrónico entre donor y aceptor. Por otro lado, se encontró evidencia de que el campo eléctrico regularía la alternancia entre dos conformaciones del Cyt que difieren principalmente en la magnitud de la energía de reorganización. Finalmente, se constató el rol fundamental de las fluctuaciones térmicas y la dinámica proteica para las reacciones de TE en centros de CuA. Dichos centros podrían alternar entre dos estados electrónicos distintos, en los cuales el balance entre la energía de reorganización y el acoplamiento electrónico permitiría conferir direccionalidad a las reacción de TE a pesar de presentar un ΔG≈0. El conjunto de los resultados obtenidos sugiere que los procesos de TE en sistemas biológicos se encuentran finamente regulados, y en particular nos permiten postular un mecanismo de retroalimentación negativa cuyo actor principal es el campo eléctrico interfacial.
This Ph.D. thesis is dedicated to disentangling the parameters that regulate protein electron transfer (ET) reactions, within the theoretical framework developed by Marcus. To that end, spectroscopic, electrochemical, spectroelectrochemical and computational methods were employed. The proteins investigated are two components of the respiratory electron transport chain: cytochrome c (Cyt), a soluble electron shuttle, and the CuA center, the primary electron acceptor of cytochrome c oxidase. Part of the thesis deals with the role of protein dynamics and their modulation by biologically relevant electric fields for the specific case of Cyt. Such dynamics are proposed to be crucial in the regulation of the ET reactions that take place at the electron transport chain by modulating the electronic coupling between donor and acceptor. Moreover, we found evidence of the electric field acting as a switch between two different Cyt conformations that exhibit different reorganization energies. Finally, we verified that thermal fluctuations and protein dynamics play a fundamental role in the ET reaction of CuA centers. These centers could switch between two different electronic ground states in which the interplay between reorganization energy and electronic coupling may confer directionality to the ET reactions in spite of occurring with ΔG≈0. Altogether, these results suggest that ET process in biological systems are finely tuned, and allow us to postulate a mechanism of negative feedback whose main actor is the interfacial electric field.
Fil:Alvarez Paggi, Damián Jorge. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Materia
CYTOCHROME C
CYTOCHROME C OXIDASE
CUA CENTER
ELECTRON TRANSPORT CHAIN
ELECTRIC FIELD
ELECTRON TRANSFER
MARCUS
BIOELECTROCHEMISTRY
RAMAN
RESONANCE RAMAN
SERS
SERRS
MOLECULAR DYNAMICS
DFT
SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS
PATHWAYS MODEL
REORGANIZATION ENERGY
ELECTRONIC COUPLING
GATING MECHANISM
PROTEIN DYNAMICS
ELECTROCHEMISTRY
CITOCROMO C
CITOCROMO C OXIDASA
CENTRO DE CUA
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
CAMPO ELECTRICO
TRANSFERENCIA ELECTRONICA
MARCUS
ELECTROQUIMICA
BIOELECTROQUIMICA
RAMAN
RAMAN RESONANTE
SERS
SERRS
DINAMICA MOLECULAR
DFT
MONOCAPAS AUTOENSAMBLADAS
MODELO DE PATHWAYS
ENERGIA DE REORGANIZACION
ACOPLAMIENTO ELECTRONICO
MECANISMO DE GATING
DINAMICA PROTEICA
Nivel de accesibilidad
Acceso abierto
Licencia
http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar
Repositorio
Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Institución
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
OAI Identificador
snrd:Tesis_5212_AlvarezPaggi