Estructura y mecanismo de acción de peroxirredoxinas : estudio teórico y experimental

• Autores: Zeida Camacho, Ari F.
• Año de publicación: 2015
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Estrin, Darío Ariel; Trujillo, Madia
• Materia: TIOLES; PEROXIDOS; CISTEINA; PEROXIRREDOXINAS; DINAMICA MOLECULAR; QM/MM; ESTADO DE TRANSICION; PARAMETROS DE ACTIVACION; CINETICA A FLUJO DETENIDO; THIOLS; PEROXIDES; CYSTEINE; PEROXIREDOXINS; MOLECULAR DYNAMICS; QM/MM; TRANSITION STATE; ACTIVATION PARAMETERS; STOPPED-FLOW KINETICS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las peroxirredoxinas (Prxs) constituyen una familia de proteínas encargadas decatalizar la reducción de peróxidos, con función antioxidante y de señalización redox,entre otras. Estas enzimas se encuentran ampliamente distribuidas entre los organismosprocariotas y eucariotas, y están usualmente presentes en altas concentraciones. Todasellas comparten el mismo primer paso en su mecanismo catalítico básico, en el cual lacisteína del sitio activo se oxida a ácido sulfénico por sustratos peróxidos tales comoperóxido de hidrógeno (H2O2), peroxinitrito, y una gran variedad de hidroperóxidosorgánicos, lo que ocurre con constantes de velocidad varios órdenes de magnitudmayores que para cisteína libre. Particularmente, la alquil hidroperóxido reductasa E (AhpE) de Mycobacterium tuberculosis es una Prx que reacciona más rápido conperoxinitrito que con H2O2 y que presenta una reactividad particularmente alta frente ahidroperóxidos derivados de ácidos grasos. El presente trabajo de tesis aporta información microscópica acerca de losmecanismos de reducción de peróxidos mediada por tioles, tanto en solución acuosacomo en el contexto de la reacción catalizada por Prxs. Para tal fin se emplearon unacombinación de técnicas de simulaciones computacionales clásicas, cuánticas e híbridascuántico-clásicas, en combinación con estudios experimentales de cinética rápida deflujo detenido y de equilibrio. En primer lugar se estudiaron las reacciones de oxidación de tioles de bajo pesomolecular por H2O2 y peroxinitrito en solución acuosa, determinando los parámetrostermodinámicos de activación y describiendo a nivel molecular el proceso reactivo. Posteriormente se investigaron los determinantes moleculares de la capacidad catalíticade Prxs, utilizando como modelo de trabajo la MtAhpE. En último lugar se analizó laespecificidad por el sustrato oxidante para el caso particular de la MtAhpE, comparandola interacción y reactividad con H2O2 y diferentes hidroperóxidos orgánicos.
Peroxiredoxins (Prxs) constitute a protein family that catalyzes the reduction ofperoxides, with antioxidant and redox signaling functions, among others. Theseenzymes are ubiquitous and widely distributed in prokaryote and eukaryote organisms,and are usually found at high concentrations. They all share the same first step of theirbasic catalytic mechanism; the cysteine residue in the active-site gets oxidized byperoxides such as hydrogen peroxide (H2O2), peroxynitrite and a variety of organichydroperoxides, which occurs several orders of magnitude faster than in the case of freecysteine. In particular, alkyl hydroperoxide reductase (AhpE) from Mycobacteriumtuberculosis is a Prx that reacts faster with peroxynitrite than with H2O2 and shows aparticularly high reactivity versus fatty acid derived hydroperoxides. The present thesis work is focused in providing molecular insights about peroxidereduction mechanisms by thiols, both in aqueous solution and in the context of thecatalyzed reaction by Prxs. For this purpose, a combination of classical, quantum andhybrid quantum-classical simulations, together with fast stopped-flow kinetics andequilibrium experiments was performed. First, we studied the reactions of low molecular weight thiols with H2O2 andperoxynitrite in aqueous solution, determining the thermodynamic activation parametersand describing the reactive process at the molecular level. Afterwards, we investigatedthe molecular basis of Prxs catalytic ability, using MtAhpE as a model. Finally, thesubstrate specificity of MtAhpE was analyzed via the comparison of the interaction andreactivity with H2O2 and different organic hydroperoxides.
Fil: Zeida Camacho, Ari F.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.