ENLACES DE HIDROGENO DE BAJA BARRERA EN REACCIONES DE

ANGELINA, EMILIO; DUARTE, D. J. R.; PERUCHENA, N. M.

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquimica y Quimica Inorganica; 2009

AAIFQ

La formaci¨®n de enlaces de hidr¨®geno, cortos, muy fuertes y de baja barrera (LBHB) en el estado de transici¨®n (TS) juegan un papel importante en las reacciones de transferencia de prot¨®n catalizadas por enzimas. Los LBHB se forman cuando el pKa del donor y aceptor de prot¨®n son similares. Una enzima convierte un enlace de hidr¨®geno d¨¦bil en el complejo enzima-sustrato, en uno fuerte en el complejo enzima-TS, modificando el pKa del sustrato de manera de que se acerque al pKa del grupo enzim¨¢tico al cual est¨¢ unido por enlace por hidr¨®geno. El sitio activo de las enzimas es no acuoso y su constante diel¨¦ctrica efectiva se asemeja m¨¢s a la de los solventes org¨¢nicos que a la del agua, por lo que un estudio te¨®rico en fase gaseosa puede brindar informaci¨®n valida. Con el objeto de entender el comportamiento electr¨®nico subyacente en las reacciones de transferencia de prot¨®n que ocurren en el sitio activo de las enzimas, se tomaron sistemas modelos sencillos ([H3N-H¡¤¡¤¡¤NH3]+, [HO-H¡¤¡¤¡¤OH]−, [F-H¡¤¡¤¡¤F]−, [H2O-H¡¤¡¤¡¤OH2]+) en los cuales el pKa del aceptor y el donor son similares, y se realiz¨® un estudio te¨®rico de la densidad electr¨®nica sobre la coordenada de reacci¨®n de transferencia prot¨®nica. Los c¨¢lculos de estructura electr¨®nica se realizaron con el programa Gaussian03 en el contexto de la teor¨ªa del funcional de la densidad utilizando el funcional h¨ªbrido BHandHLYP y el conjunto de funciones bases 6-311++G**. El an¨¢lisis topol¨®gico de la densidad de carga electr¨®nica basado en la Teor¨ªa Cu¨¢ntica de Atomos en Mol¨¦culas, se realiz¨® con el programa AIM2000. El an¨¢lisis energ¨¦tico muestra que la barrera energ¨¦tica, ¦¤E#, de las transferencias de prot¨®n estudiadas son: 1.12 kcal/mol para [H3N-H¡¤¡¤¡¤NH3]+, 0.38 kcal/mol para [HOH ¡¤¡¤¡¤OH]− y 0.0 kcal/mol para [F-H¡¤¡¤¡¤F]− y para [H2O-H¡¤¡¤¡¤OH2]+. El an¨¢lisis topol¨®gico de la densidad de carga electr¨®nica y de su funci¨®n Laplaciana muestra que si bien todas estas transferencias prot¨®nicas son concertadas (ocurren en una ¨²nica reacci¨®n elemental), existe un asincronismo entre el debilitamiento del enlace dador de hidr¨®geno y la formaci¨®n del nuevo enlace al ir escalando en la coordenada de reacci¨®n hacia el TS. Adem¨¢s, cuando aumenta la altura de la barrera de energ¨ªa ¦¤E# para la transferencia de prot¨®n, este asincronismo se acent¨²a. Por otra parte, la funci¨®n densidad de energ¨ªa cin¨¦tica (G) en un punto, brinda informaci¨®n acerca de la tendencia que tienen los electrones a dispersarse, por lo que un an¨¢lisis de esta en las cercan¨ªas del hidr¨®geno puente puede tomarse como indicador de qu¨¦ tan ligados est¨¦n los electrones al n¨²cleo. As¨ª, nuestros resultados muestran que la densidad de energ¨ªa cin¨¦tica en la direcci¨®n del enlace de hidr¨®geno, es mayor que en la direcci¨®n del enlace covalente. Adem¨¢s, el an¨¢lisis topol¨®gico de esta funci¨®n en las cercan¨ªas del hidr¨®geno puente, revela la existencia de una barrera de energ¨ªa cin¨¦tica que divide al ¨¢tomo de hidr¨®geno en dos regiones, una interna, pr¨®xima al n¨²cleo, de electrones escasamente perturbables y otra externa de electrones f¨¢cilmente perturbables.