Estudio QM-MM de afinidad por O 2 en Hb humana: en busca de bases fisicoquímicas del efecto alostérico

M. BRINGAS; A. PETRUK; D.A. ESTRIN; M.A. MARTI; D.A. ESTRIN

Buenos Aires

Congreso; XIX Congreso argentino de fisicoquímica y química inorgánica; 2015

AAIFQ

La hemoglobina (Hb) es una hemoproteína tetramérica (α2β2) cuya función detransporte de oxígeno presenta un comportamiento alostérico de cooperatividadpositiva homotrópica. En otras palabras, el oxigeno induce un cambio de la forma debaja afinidad (T) a la de alta (R) por si mismo. En la Hb, el O 2 se une por medio de unenlace de coordinación al grupo al Fe del grupo hemo, quien forma un complejooctaédrico: cuatro posiciones son ocupadas por los Ndel plano de la porfirina, una quinta por la HisF8,denominada proximal, y la sexta se encuentra libreHisE7para coordinación del O 2 . En trabajos previos 1 seestudió la influencia de parámetros geométricos sobrela estabilización del O 2 como sexto ligando, mediantela determinación de la energía de unión:ΔE oxy = E oxy  E deoxy + E O(1)2Observándose efectos mediados por la HisE7 (distal), HisF8y por la HisF8 (proximal) El objetivo del trabajo esanalizar la presencia y magnitud de dichos efectos enambos tipos de subunidades α y β de la Hb en ambos Figura 1. Esquema del hemo, conestados alostéricos R y T.sus 6 posiciones ocupadas.MétodosSe utilizaron cálculos híbridos QM-MM para la determinación del ΔEoxy. Esteprotocolo ya fue empleado en el grupo para una gran cantidad de hemoproteinas 2.Tomando como punto de partida estructuras cristalográficas, se aislaron lassubunidades α y β y se determino el ΔEoxy tanto para la proteína salvaje (wt), comopara las mutantes HF8G+imidazol (proximal) y HE7G (distal). Se compararon distintosparámetros geométricos y cargas mediante poblaciones de Mûlliken.ResultadosEl análisis de las estructuras WT muestra que en todos los casos la afinidad por O 2 esmayor en el estado R que en el T, esperable tanto para subunidades α como para β.Analizando las estructuras de las proteínas WT y mutantes, pueden determinarse lascontribuciones de la His F8 y E7 a la afinidad por O 2 . Si bien la HisF8 contribuye demanera similar tanto en subunidades α y β en ambos estados alostéricos, se observaun comportamiento diferencial en la regulación proximal, que sugiere una influenciafavorable para el estado R y desfavorable para el estado T. Este mecanismo podríaexplicar la diferencia de afinidad entre ambos estados alostéricos.1. Capece et al. J.Am.Chem.Soc. Vol 128, No. 38, 2006.2. Marti et al. , J.of Inorganic Biochemistry, Vol 100, 2006.