COENZIMAS

Autor: DOELKER ANDREA NICOLE.
Año: 2003.
Universidad: AUTÓNOMA DE BARCELONA [www.uab.es].
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS.
Centro de realización: ESCUELA DE DOCTORADO Y DE FORMACIÓN CONTINUADA.

Resumen: Las cobalaminas actúan como cofactores en varios procesos enzimáticos. Hay dos cobalaminas diferentes con actividad biológica: la metilcobalamina y la adenosilcobalamina. Ambos cofactores contienen un enlace covalente cobalto-carbono, lo cual las convierte en dos de los pocos compuestos organometálicos conocidos con actividad biológica. En todas las enzimas que dependen de cobalaminas como cofactores el primer paso de la reacción es siempre la rotura de este enlace. Los modos de la rotura, sin embargo, son diferentes: en la metilcobalamina el enlace se rompe de forma heterolítica y se forma un anión metilo mientras que en la adenosilcobalamina la rotura es homolítica y se forma un radical adenosilo. En la presente tesis se han estudiado varios factores que pueden influir en la rotura tanto homolítica como heterolítica del enlace Co-C de las cobalaminas mediante métodos de la química computacional. La tesis esta dividida en tres partes. En la primera parte se ha analizado la influencia de la base nitrogenada axial, que ocupa el sitio de coordinación enposición "trans-" respecto al enlace Co-C, sobre la rotura del enalce Co-C. Se ha encontrado que la energía de disociación correspondiente a la rotura homolítica no depende de la base axial mientras que la energía de reacción de la rotura hetrolítica muestra una dependencia clara con respecto a la distancia entre el cobalto y el nitrógeno de la base axial. Se ha concluido que la coordinación de la base axial en las cobalaminas no tiene importancia para el mecanismo de reacción de la rotura homolítica del enlace Co-C en el sitio activo, pero que puede ser decisiva para diferenciar entre homólisis y heterólisis en diferentes enzimas. En la segunda parte se ha estudiado la rotura homolítica del enlace Co-C en la adenosilcobalamina. Se ha analizado varios mecanismos mediante los cuales las enzimas pueden facilitar la formación de un radical adenosilo. Se ha encontrado que, tanto en fase gas como en solución, hay una interacción electrostática importante entre la cobalamina y el grupo adenosilo. Esta interacción se mantiene después de la rotura del enlace Co-C y estabiliza los fragmentos radicalarios. Se ha conclulido que la diferencia entre la metilcobalamina y la adenosilcobalamina se debe principalmente a la estructura más compleja del grupo adenosilo que permite una mayor interacción con al cabalamina que estabiliza el radical adenosilo. Se ha comprobado que la itneracción electrostática entre el radical adenosilo y la cobalamina también es importante en el centro activo de la enzima. Una estabilización adicional del radcial se consigue mediante enlaces de hidrógeno entre el radical adenosilo y residuos de la proteína. La tercera parte de la tesis aborda el tema de la homólisis del enlace Co-C en los cofactores libres en disolución. Experimentalmente se ha encontrado que la energía del enlace es aproximadamente 5 kcal/mol más baja en la adenosilcobalamina. Hasta entonces no se había podido reproducir esta diferencia con cálculos teóricos. Todos los estudios teóricos anteriores tienen en común el uso de un modelo simplificado de la cobalamina. En la presente tesis se han realizado cálculos de la energía del enlace Co-C para el sistema completo usando un método híbrido entre la mecánica cuántica y la mecánica molecular. Se ha encontrado que la repulsión entre el voluminoso grupo adenosilo y los ligandos laterales de la cobalamina desestabiliza ligeramente el enlace Co-C. Sin embargo, la diferencia entre las energías de enlace es debida sobre todo a efectos del disolvente y no a propiedades intrínsecas de los cofactores. Por lo tanto 8 se ha co 33d ncluido que la diferencia en la energía de disociación observada en los cofactores libres no está directamente relacionada con el mecanismos de la catálisis enzimática.