ENLACES DE HIDROGENO DE BAJA BARRERA EN REACCIONES DE TRANSFERENCIA PROTONICA

ANGELINA, EMILIO; DUARTE, DARIO; PERUCHENA, NÉLIDA

Salta

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

Asociacion Argentina de Investigacion en Fisicoquimica (AAIFQ)

La Formación de enlaces de hidrógeno cortos, muy fuertes y de baja barrera (LBHB) en el estado de transición (TS) juegan un papel importante en las reacciones de transferencia de protón catalizadas por enzimas. Los LBHB se forman cuando el pKa del donor y aceptor de protón son similares. Una enzima convierte un enlace de hidrógeno débil 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 enzimático al cual está unido por enlace por hidrógeno. El sitio activo de las enzimas es no acuoso y su constante dieléctrica efectiva se asemeja más a la de los solventes orgánicos que a la del agua, por lo que un estudio teórico en fase gaseosa  puede brindar información valida. Con el objeto de entender el comportamiento electrónico subyacente en las reacciones de transferencia de protón 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 realizó un estudio teórico de la densidad electrónica sobre la coordenada de reacción de transferencia protónica. Los cálculos de estructura electrónica se realizaron con el programa Gaussian03 en el contexto de la teoría del funcional de la densidad utilizando el funcional híbrido BHandHLYP  y el conjunto de funciones bases 6-311++G**.  El análisis topológico de la densidad de carga electrónica basado en la Teoria Cuántica de Atomos en Moléculas, se realizó con el programa AIM2000. El aná¢lisis energético muestra que la barrera energética, E#, de las transferencias de protón estudiadas son: 1.12 kcal/mol para [H3N-H...NH3]+, 0.38 kcal/mol para [HO-H...OH]- y 0.0 kcal/mol para [F-H...F]- y para [H2O-H...OH2]+. El análisis topológico de la densidad de carga electrónica y de su función Laplaciana muestra que si bien todas estas transferencias protónicas son concertadas (ocurren en una única reacción elemental), existe un asincronismo entre el debilitamiento del enlace dador de hidrógeno y la formación del nuevo enlace al ir escalando en la coordenada de reacción hacia el TS. Además, cuando aumenta la altura de la barrera de energía E#  para la transferencia de protón, este asincronismo se acentúa. Por otra parte, la función densidad de energía cinética (G) en un punto, brinda información acerca de la tendencia que tienen los electrones a dispersarse, por lo que un análisis de esta en las cercanías del hidrógeno puente puede tomarse como indicador de qué tan ligados están los electrones al núcleo. Así, nuestros resultados muestran que la densidad de energía cinética en la dirección del enlace de hidrógeno, es mayor que en la dirección del enlace covalente. Además, el análisis topológico de esta función en las cercanías del hidrógeno puente, revela la existencia de una barrera de energía cinética que divide al átomo de hidrógeno en dos regiones, una interna, próxima al núcleo, de electrones escasamente perturbables y otra externa de electrones fácilmente perturbables.