Tesis doctoral de Flavio Forti
En una primera fase del trabajo se ha desarrollado una nueva metodología (rm1/mst) para la predicción del efecto del solvente sobre la energética y propiedades de solutos en el marco del método semiempírico rm1. En una segunda fase del trabajo dicha metodología se ha utilizado para desarrollar un método eficiente de exploración conformacional de moléculas bioactivas, que combina cálculos ab initio de alto nivel con la exploración conformacional a nivel rm1/mst. Se ha denominado multinivel. La metodología multinivel persigue proporcionar un método eficiente para la exploración conformacional de moléculas tipo fármaco, permitiendo identificar estructuras estables y su población relativa. Dado que la estrategia hace uso de una exploración conformacional a nivel rm1 y posterior refinamiento a nivel más robusto de teoría (b3lyp y mp2), se consigue un buen balance costo/calidad para la estimación precisa de la población relativa de los confórmeros relevantes. Los resultados obtenidos para la histamina neutra son alentadores considerando la complejidad conformacional y tautomérica que presenta y el delicado balance que existe entre sus diversas formas en solución. Los resultados reflejan este ajustado balance y, aunque existe aún controversia respecto a las preferencias conformacionales de la histamina neutra, coinciden con la mayoría de los estudios previos. por otra parte, se ha examinado la relación entre la estructura y la función de protoglobina, cuyo interés reside en ser la primera hemoglobina encontrada en archea, así como en las distintas preculiaridades estructurales que presenta. Entre ellas, cabe destacar la elevada distorsión del grupo hemo, su oclusión con respecto al solvente, y la existencia de un túnel con una topología única entre las globinas. Para ello, se han realizado estudios de mecánica cuántica en sistemas modelo, así como de dinámica molecular en modelos clásicos de la proteína en solución. Además de los conocidos mecanismos que regulan la afinidad del hemo por ligandos en las distintas globinas (efecto distal, efecto proximal), hemos estudiado el impacto de las distorsiones de la planaridad de este grupo en la afinidad por o2. Hemos hallado que éstas tienen un impacto no despreciable y pueden modular la afinidad de una globina por ligandos bimoleculares. Las distorsiones fuera del plano siempre resultan en una disminución de la afinidad por o2. El modo breathing, que implica la compresión-expansión del grupo hemo en el plano, es el único modo a lo largo del cual la distorsión puede aumentar la afinidad por o2. El breathing positivo del hemo de mapgb podría contribuir a la alta afinidad por o2 reportada experimentalmente dado que no presenta efecto distal, habitualmente responsable de la alta afinidad hallada en otras globinas. La accesibilidad del ligando a la proteína se logra a través de un sistema de túneles novedoso definido entre las hélices g y b (túnel 1) y b y e (túnel 2). El túnel 2 está siempre abierto, permitiendo la libre migración de ligandos. Esto no sucede en el túnel 1. Phe(145)g8 se halla en 2 conformaciones: abierta y cerrada, que permiten o impiden la migración de ligandos a través del mismo, respectivamente. La dimerización facilita la apertura del túnel 1, mientras que el monómero presenta prácticamente siempre cerrado el acceso a ligandos por éste. Sin embargo, la dimerización no es suficiente, siendo necesaria la presencia de ligando unido al hemo para favorecer a su vez la migración a través del túnel 1. La presencia del ligando unido al hemo es detectada por phe(93)e11, y transmitida a phe(145)g8 a través del cambio estructural y dinámico de las hélices b y e. Estos resultados proporcionan una explicación al comportamiento experimental derivado de los estudios cinéticos realizados por cristiano viappiani. De hecho, cabe pensar que las conformaciones de ligación lenta y rápida reflejan la apertura del túnel 1 cuando se ha fijado un primer ligando en el grupo hemo. A su vez, ello sugiere que mapgb podría participar en un proceso bimolecular, de manera que la entrada de un primer ligando facilitara el acceso de un segundo ligando.
Datos académicos de la tesis doctoral «Flexibilidad conformacional de moléculas bioactivas: implicaciones en diseño de fármacos y función de globinas«
- Título de la tesis: Flexibilidad conformacional de moléculas bioactivas: implicaciones en diseño de fármacos y función de globinas
- Autor: Flavio Forti
- Universidad: Barcelona
- Fecha de lectura de la tesis: 06/09/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Francisco Javier Luque Garriga
- Tribunal
- Presidente del tribunal: ramón Pouplana sole
- adrian Enrique roitberg (vocal)
- (vocal)
- (vocal)