Estudio teórico-experimental de migración y unión de ligandos pequeños en hemoproteínas

• Autores: Boubeta, Fernando Martín
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Estrin, Dario Ariel; Boechi, Leonardo
• Materia: HEMOPROTEINAS; PEQUEÑOS LIGANDOS; MIGRACION; DINAMICA MOLECULAR GUIADA; ECUACION DE JARZYNSKI; DINAMICA MOLECULAR; QM/MM; CINETICA DE LASER FLASH FOTOLISIS; CONSTANTES DE ASOCIACION KON; HEME PROTEINS; SMALL LIGANDS; MIGRATION; STEERED MOLECULAR DYNAMICS; JARZYNSKI EQUALITY; MOLECULAR DYNAMICS; QM/MM; LASER FLASH PHOTOLYSIS; ASSOCIATION RATE CONSTANT KON
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las hemoproteínas se encuentran en todos los organismos vivos y tienen una gran variedadde funciones, desde el transporte de ligandos hasta fenómenos bioquímicos redox. Las funcionesde las hemoproteínas están típicamente asociadas a la interacción con pequeños ligandos, como O2, NO, HNO, H2S, O2-, etc. Una de las etapas fundamentales de esta interacción son la migracióndel ligando a través de la matriz proteica y su posterior unión al centro metálico del hemo. Estosprocesos pueden limitar la velocidad del proceso global, con su consecuente impacto biológicosobre el organismo en que se encuentra la hemoproteína. La complejidad de las hemoproteínas en función de su estructura, o condiciones del medio (temperatura, presión, etc) requieren de la utilización de diversos enfoques para abordar unestudio de los procesos mencionados. El presente trabajo de tesis tuvo como objetivo estudiar, a partir de estudios teóricos, ymétodos tanto de simulación computacional como experimentales, el proceso de migración y uniónde ligandos a hemoproteínas. En primer lugar, se abordó un estudio teórico sobre los estimadores de energía librederivados de la ecuación de Jarzynski, para distribuciones de trabajo generalmente obtenidas ensimulaciones de dinámica molecular guiada, tomando como caso paradigmático la migración deligandos en metaloproteínas. En segundo lugar, se estudió mediante diversas técnicas de simulación computacionalclásica y multi-escala cuántico-clásica (QM/MM) la especiación de especies de sulfuro (H2S) enhemoproteínas, utilizando además las metodologías desarrolladas en el primer capítulo. Finalmente, se estudió mediante técnicas experimentales de láser flash fotólisis el efectode la temperatura en la migración y unión de ligandos diatómicos en hemoglobinas truncadaspertenecientes a bacterias que habitan en condiciones diferentes de temperatura: P. Haloplanktis, B. Subtilis, y T. Fusca, que son consideradas psicrófilas, mesófilas, y termófilas, respectivamente.
Heme proteins are found in all living organisms and have a gamut of functions, from thetransport of ligands to redox chemistry. The functions of heme proteins are typically associatedwith their interactions with small ligands like O2, NO, HNO, H2S and O2-. The fundamental stagesof this interaction are the migration of the ligand through the protein matrix and its subsequentbinding to the heme metal center. In many cases, these processes may limit the rate of the globalassociation process, with a consequent biological impact on the organism to which the hemeprotein belongs. The complexity of heme proteins as a function of their structures, or the conditions ofthe medium (temperature, pressure, etc.) require the use of diverse perspectives to encompassthe study of the mentioned processes. The main goal of the present dissertation is to study from theoretical studies,computational simulations and experimental methods, the process of migration and binding ofsmall ligands to heme proteins. First, a theoretical/mathematical study was carried out on the use of differentestimators of the free energy derived from the Jarzynski equality for underlying workdistributions obtained using steered molecular dynamics simulations, using the migration ofsmall ligands in metalloproteins as a paradigmatic case. Second, a combination of several classical and multi-scale quantum-classical (QM/MM)simulation techniques were used to study the speciation of hydrogen sulfide (H2S) in hemeproteins, employing besides the tools developed in the first chapter. Finally, using experimental techniques, namely laser flash photolysis, the effect oftemperature was studied on the migration and binding of diatomic ligands in truncatedhemoglobins belonging to bacteria adapted to extreme temperatures, namely P. Haloplanktis, B. Subtilis, and T. Fusca, which are considered psicrófiles, mesophiles, and thermophiles,respectively.
Fil: Boubeta, Fernando Martín. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.