ANALISIS TOPOLOGICO DE LA DENSIDAD ELECTRONICA EN INTERACCIONES INTRAMOLECULARES DE CADENA PRINCIPAL EN DIPEPTIDOS CIS NO-PROLINA ENCONTRADOS EN PROTEINAS NATURALES

GUTIÉRREZ LUCAS J.; ENRIZ, RICARDO D.; BALDONI, HÉCTOR A.

Congreso; XXVII CONGRESO DE QUIMICA; 2008

ANALISIS TOPOLOGICO DE LA DENSIDAD ELECTRONICA EN INTERACCIONES INTRAMOLECULARES DE CADENA PRINCIPAL EN DIPEPTIDOS CIS NO-PROLINA ENCONTRADOS EN PROTEÍNAS NATURALES.     Gutiérrez L.J., Enriz R.D. y Baldoni H.A.   Departamento de Química, Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia, Universidad Nacional de San Luis, Chacabuco 917, San Luis (CP: D5700BWS, Argentina, lucasg@unsl.edu.ar)     INTRODUCCION   En los últimos años se observa un incremento en el empleo de métodos ab-initio para el estudio de las preferencias conformacionales de los aminoácidos constituyentes de proteínas. Estas preferencias conformacionales están influenciadas por la presencia de interacciones intramoleculares tipo puente hidrógeno que se establecen además de otros entre la cadena principal. En estudios ya reportados [1] se realizó un exhaustivo análisis conformacional de las secuencias cis: Gly124-Gly125 (presente en dehidrofolato reductasa PDBcode: 1dyr), Gly23-Ala24 (Glucoamilasa-ll: 1gai) y Ala74-Ala75 (Luciferasa bacteriana: 1luc) y cis Ala-Gly (propuesto teóricamente) Figura 1. Los resultados de este estudio muestran que no solo el grupo metilo afecta la preferencia conformacional de la cadena principal sino que también lo hacen las interacciones puente hidrógeno. De aquí el interés en realizar el análisis de la topología de la densidad electrónica de las interacciones encontradas.                             METODOLOGIA   El exhaustivo estudio conformacional mencionado anteriormente se realizó en dos etapas: en una primera etapa se realizó un estudio exploratorio del espacio conformacional de los dipéptidos cis-MeCO-Gly-Gly-NH-Me, cis-MeCO-Gly-Ala-NH-Me, cis-MeCO-Ala-Gly-NH-Me y cis-MeCO-Ala-Ala-NH-Me a nivel de teoría Hartree-Fock con una base mínima 3-21G. En una segunda etapa, las conformaciones preferidas de cada dipéptido se optimizaron utilizando cálculos B3LYP/6-31G(d). Las geometrías moleculares fueron obtenidas con el programa Gaussian03. El estudio de las interacciones moleculares se realizó mediante el análisis topológico de la distribución de la densidad de carga electrónica (análisis de Bader) [2], empleando la función de onda de las geometrías a nivel B3LYP/6-31G(d). Las propiedades topológicas locales de la densidad de carga electrónica en los puntos críticos de enlace (PCE) fueron obtenidas con el paquete de programas AIMPAC. El PC (3, -1) correspondiente a la unión puente hidrógeno debe cumplir ciertas características en la topología de la densidad electrónica para verificar la presencia del mismo, entre ellas podemos mencionar 0.002 ≤ ρ ≤ 0.035; 0.024 ≤ Ñ2ρ ≤ 0.139; G/ρ (energía cinética por electrón) generalmente mayor que 1.0 para interacciones electroestáticas y < 1.0 para interacciones covalentes y por último Ed toma valores mayores a 0.0 para interacciones de tipo iónicas y menores a 0.0 para interacciones de carácter covalente [2].       RESULTADOS   En la Tabla 1 se puede apreciar que la geometría de los puentes hidrógeno corresponden a una longitud de enlace H•••Y entre ~1.98-2.4 Å mientras que los ángulos de la interacción X—H•••Y varían entre ~137.8-164.7 grados. La densidad electrónica (ρ) se encuentra entre ~0.0242-0.0117; según el análisis de Bader este último valor de densidad electrónica en el PCE corresponde a una interacción débil y está caracterizado por un valor de elipticidad muy alto. La fortaleza de la interacción, Figura 2, es fácilmente apreciable en la grafica de longitud de enlace vs. energía (expresada como densidad “energética local”). En esta figura se puede apreciar que la mayor energía de interacción Ed corresponde a valores cortos de longitud de enlace H•••Y, así como a valores altos de densidad electrónica (ρ). En otras palabras, a medida que la distancia entre los átomos disminuye la interacción del sistema es mas fuerte, lo que implica que sobre los electrones actúa una fuerza que tiende a localizarlos. Del resto de los parámetros mencionados en la Tabla 1 (Ñ2ρ, G/ρ y Ed) y concordantemente con la bibliografía analizada [2-4] se puede concluir que los valores numéricos del análisis topológico de la densidad electrónica concuerdan, como es de esperar, para una interacción puente hidrógeno X—H•••Y de carácter levemente covalente en capa cerrada para los confórmeros listados en la Tabla 1, en los cuatro dipéptidos analizados.                                                         a Según ACMD, b Rango del punto crítico de enlace O•••H, c Densidad electrónica, d Laplaciano de la densidad electrónica, e Distancia interatómica (Å), f Angulo de interacción (grados), g Elipticidad, h Cociente entre el Lagrangiano de la energía cinética y la densidad electrónica, i Densidad energética total.     CONCLUSIONES   El análisis de Bader realizado sobre las estructuras optimizadas revela que las interacciones que se establecen entre átomos o grupos de átomos de la cadena principal en los dipéptidos analizados, resultan ser las más importantes para la estabilización de las conformaciones gL. Además, se puede observar que a medida que disminuye la distancia H•••Y aumenta la energía de interacción, la densidad electrónica y consecuentemente la fortaleza de la interacción puente hidrógeno.     REFERENCIAS   [1]        “Un estudio conformacional ab-initio y DFT de enlaces peptídicos cis de residuos no-Prolina en proteínas naturales”. Gutiérrez, Lucas J.; Baldoni, Héctor A. y Enriz, Ricardo D.; XV SAIQO, Mar del Plata, Noviembre 2005. [2]        R. F. W. Bader, Atoms in Molecules, Clarendon Press, 1990. [3]        M.C. Daza, J.A. Dobado, J.M. Molina, P. Salvador, M. Duran, J.L. Villaveces. J. Chem.  Phys., 110, 11806 (1999). [4]        G. Louis, A. Hocquet, M. Ghomi, M. Meyer, J. Sühnel. PhysChemComm., 6, 1 (2003).