Mecanismo catalítico de la enzima fosfatasa alcalina placentaria humana (PLAP)

BOROSKY, GABRIELA L.

Córdoba

Workshop; 1er Workshop Argentino de Biofísicoquímica de Proteínas; 2011

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Introducción Las fosfatasas alcalinas son metaloenzimas presentes en diversas especies, desde las bacterias hasta el hombre [1]. Catalizan la hidrólisis de monoésteres de fosfato, generando fosfato inorgánico y un alcohol [2]. El mecanismo de catálisis comprende la activación de la serina catalítica, la formación de un intermediario covalente fosfoserina, y la hidrólisis del mismo con la consiguiente liberación de fosfato. La presencia de un catión Mg2+ en el sitio activo (M3) ha evidenciado ser de particular importancia para la actividad de estas enzimas, aunque el ión no esté directamente involucrado en el mecanismo de catálisis [3]. Objetivos Emplear metodologías de Química Computacional a los fines de lograr un mejor entendimiento del mecanismo de catálisis enzimática de la fosfatasa alcalina placentaria humana (PLAP). Analizar el rol del catión metálico ubicado en el sitio M3. Resultados Se realizaron cálculos mecánico cuánticos utilizando el método ONIOM. Se modeló el sitio activo de la PLAP a partir de la estructura cristalográfica informada en literatura, obtenida mediante difracción de rayos X. También se efectuaron simulaciones de dinámica molecular, y se emplearon técnicas de docking molecular. Se evaluó la energética de las diferentes etapas del mecanismo catalítico, tanto desde el punto de vista termodinámico (energías libres de reacción) como cinético (energías libres de activación). Se examinó la influencia de la presencia de un catión Mg2+ o Zn2+ en el sitio M3. Se estimó el efecto de la constante dieléctrica del medio empleando un método de solvatación continuo (PCM). Conclusiones El ataque nucleofílico del alcóxido del residuo Ser92 sobre el átomo de fósforo del sustrato es la etapa determinante del mecanismo catalítico de la PLAP para la hidrólisis de monoésteres de alquilfosfato. La activación de las fosfatasas alcalinas por magnesio en el sitio M3 se origina en la preferencia del catión Mg2+ por adoptar una coordinación octaédrica, lo cual estabiliza estructuralmente al sitio activo en una conformación catalíticamente más activa. Por otro lado, la presencia de Zn2+ pentacoordinado en el sitio M3 estabiliza al intermediario covalente fosfoserina, dificultando la hidrólisis de los ésteres de arilfosfato. Referencias bibliográficas [1] McComb, R.B., Bowers, G.N. y Posen, S., en: Alkaline Phosphatases 1979, Plenum Press: New York, pp 986-989. [2] Schwartz, J.H., Lipmann, F., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1961, 47, 1996-2005. [3] Tibbitts, T.T., Murphy, J.E., Kantrowitz, E.R., J. Mol. Biol. 1996, 257, 700-715.