Molecular basis of intramolecular electron transfer in proteins during radical-mediated oxidations: Computer simulation studies in model tyrosine-cysteine peptides in solution

Autores
Petruk, Ariel Alcides; Bartesaghi Hierro, Silvina María; Trujillo, Madia; Estrin, Dario Ariel; Murgida, Daniel Horacio; Kalyanaraman, Balaraman; Marti, Marcelo Adrian; Radi, Rafael
Año de publicación
2012
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Experimental studies in hemeproteins and model Tyr/Cys-containing peptides exposed to oxidizing and nitrating species suggest that intramolecular electron transfer (IET) between tyrosyl radicals (Tyr-O) and Cys residues controls oxidative modification yields. The molecular basis of this IET process is not sufficiently understood with structural atomic detail. Herein, we analyzed using molecular dynamics and quantum mechanics-based computational calculations, mechanistic possibilities for the radical transfer reaction in Tyr/Cys-containing peptides in solution and correlated them with existing experimental data. Our results support that Tyr-O to Cys radical transfer is mediated by an acid/base equilibrium that involves deprotonation of Cys to form the thiolate, followed by a likely rate-limiting transfer process to yield cysteinyl radical and a Tyr phenolate; proton uptake by Tyr completes the reaction. Both, the pKa values of the Tyr phenol and Cys thiol groups and the energetic and kinetics of the reversible IET are revealed as key physico-chemical factors. The proposed mechanism constitutes a case of sequential, acid/base equilibrium-dependent and solvent-mediated, proton-coupled electron transfer and explains the dependency of oxidative yields in Tyr/Cys peptides as a function of the number of alanine spacers. These findings contribute to explain oxidative modifications in proteins that contain sequence and/or spatially close Tyr-Cys residues. © 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.
Fil: Petruk, Ariel Alcides. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Química del Noroeste. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química del Noroeste; Argentina
Fil: Bartesaghi Hierro, Silvina María. Universidad de la República; Uruguay
Fil: Trujillo, Madia. Universidad de la República; Uruguay
Fil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
Fil: Murgida, Daniel Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
Fil: Kalyanaraman, Balaraman. Medical College Of Wisconsin; Estados Unidos
Fil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina
Fil: Radi, Rafael. Universidad de la República; Uruguay
Materia
Computer Simulation
Electron Transfer
Nitration
Oxidation
Tyrosyl Radical
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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