Transferencia de fosfato en proteínas quinasas. Cálculo del ΔG de reacción mediante dinámicas moleculares QM/MM de no-equilibrio. ¿Mecanismo asociativo, disociativo o mezcla de ambos?

GABRIEL E. JARA; MARCELO MARTI; ADRIÁN G. TURJANSKI

Rosario

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Físicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquimica

Introducción: La transducción de estímulos externos hacia el núcleo se realiza mediante una cascada de proteínas, la cual está mayoritariamente controlada mediante modificaciones post-transduccionales de estas proteínas, como ser la fosforilación por parte de proteínas quinasas o la defosforialción por parte de la proteínas fosfatasas. Las proteínas MAP quinasas (MAPK, Mitogen-Activated Protein Kinases) conforman una cascada que regula la expresión de genes en una variedad de procesos celulares como diferenciación celular, muerte celular programada y transformación neoplástica. Las proteínas MAPK están clasificadas en al menos seis familias, dentro de las cuales las proteínas ERK1 y ERK2 (extracellular activated protein kinases) de la familia ERK/MAPK han sido las más estudiadas. La activación descontrolada de la vía ERK es una evento muy frecuente que ocurre en distintos tipos de cáncer. Como consecuencia, existe mucho interés en encontrar inhibidores para este tipo de enzimas. Por lo tanto, el conocimiento estructural y mecanístico de este tipo de enzimas es muy significativo.[1,2]Objetivos: Entender el mecanismo de la reacción de fosforilación de la THR de un péptido blanco por parte de la proteína MAPK ERK2. Esto implica, conocer el mecanismo (puede ser del tipo asociativo, disociativo o una mezcla de ambos) para esta reacción y la energía libre asociada. Describir las interacciones más importantes y el rol que tienen los residuos proteicos del sitio activo.Resultados: Se realizaron simulaciones QMMM para el estudio de la reacción de fosforilación. La región MM fue descripta con el campo de fuerzas de AMBER99SB, mientras que para la región QM, se probaron diferentes métodos: AM1D, DFTB y DFT. En el caso de los dos primeros, se realizó dinámica molecular para describir la reacción, calculando el trabajo a lo largo de la misma. Aplicando el método de Jarzynski, se obtuvo la energía de libre de la reacción. Así mismo se probó la reacciónde hidrólisis del ATP, a fin de entender el mecanismo de catálisis.Conclusiones: Se encontró que la reacción catalizada tiene aproximadamente un 90% de carácter disociativo, produciéndose la transferencia del grupo fosfato cuando el grupo OH de la THR (del péptido blanco) se encuentra a una distancia de 2,7 Å. Así mismo la transferencia del H del mismo grupo de la THR no sucede en formaconcertada, sino que se produce después de que ocurre la transferencia de fosfato. La energía libre de reacción fue de 17,7 kcal/mol. Estos resultados van en concordancia a otros resultados previos usando optimizaciones QM/MM restringidas de energía con un nivel de teoría DFT.[1][1] Turjanski, A. G.; Hummer, G.; Gutkind, J. S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6141.[2] Smith, G. K.; Ke, Z.; Guo, H. J. S. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 13713.