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Estudio químico computacional del intermediario LactiloThDP en el ciclo catalítico de la enzima
acetohidroxi sintasa G. Jaña, O. Alvarado, E. Delgado
Grupo de Química Biológica y Computacional, Departamento de Físico Química, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción. Edmundo Larenas Nº
129, Concepción, CHILE email: [email protected]
La ácido acetohidroxi sintasa (AHAS) pertenece a la familia de las enzimas tiamina dependientes, debido a que uno de sus cofactores corresponde a una molécula de tiamindifosfato (ThDP). Esta enzima se encuentra en plantas, hongos y bacterias y está involucrada en los primeros pasos de la ruta biosintética de los aminoácidos de cadena ramificada leucina, valina e isoleucina. Por este motivo es el principal blanco de acción de herbicidas, principalmente aquellos pertenecientes a las familias de las sulfonilureas y de las imidazolinonas.
En el primer paso del ciclo catalítico de la AHAS, en donde el ciclo está constituido por un total de cuatro etapas, el ión iluro realiza un ataque nucleofílico sobre una molécula de piruvato para dar paso a la formación del intermediario LactiloThDP (LThDP). Este intermediario al descarboxilarse genera el segundo intermediario del ciclo llamado HEThDP, pero además y anteriormente a esto, el LThDP necesita para su formación la presencia de un ión hidrogeno el cual en la AHAS es de procedencia desconocida. Por este motivo se estudió la formación del LThDP, postulando que el ión hidrógeno proviene desde el grupo amino del anillo pirimidínico del cofactor ThDP, cuando este se encuentra en la forma APH + [2], figura 1.
N
N H
C H 3 NH 2 +
N +
S C
CH 3
R 1
Glu 139 COO
APH + Iluro CH 3 O
O
O
N
N H
C H 3 NH
N +
S
C H 3 R 1
O H
CO 2 CH 3
Glu 139 COO
IPLThDP Piruvato
Figura 1: con R1 correspondiente al grupo βhidroxietildifosfato.
Se realizaron estudios termodinámicos en fase gas y en solución, además de analizar las barreras energéticas de las transiciones tanto para el ataque nucleofílico del ión iluro sobre el piruvato como también para la transferencia protónica y para la descarboxilacion del L ThDP, considerando solo a los sustratos aislados. Los cálculos se realizaron utilizando el software GAUSSIAN 03 empleando DFT a nivel B3LYP/6311++G(d,p)//B3LYP/6 31++G(d,p) para los sistemas fase gas y B3LYP(CPCM)/6311++G (d,p)//B3LYP(CPCM)/631++G (d,p) para los sistemas en solución. Los cálculos de las barreras de activación se realizaron con MOPAC 09 usando el hamiltoniano AM1. Agradecimientos: proyecto Fondecyt Nº 1100064.