Estudio teórico sobre la biosíntesis de (r)-fenilacetilcarbinol en la enzima AHAS.

Abstract

Una importante α-hidroxicetona utilizada como precursor en la industria farmacéutica en la síntesis de fármacos con propiedades α y β adrenérgicas es el (R)-fenilacetilcarbinol, R-PAC. La producción de R-PAC usando la levadura Saccharomyces cerevisiae, glucosa y benzaldehído, fue el primer proceso de biotransformación quiral comercializado. En este proceso el R-PAC es sintetizado a partir de la condensación de piruvato y benzaldehído, utilizando la enzima piruvato descarboxilasa (PDC). Sin embargo, este proceso presenta baja eficiencia, toxicidad del sustrato hacia las células, y la formación de importantes cantidades de subproductos debido a la acción de enzimas intracelulares. Hace algunos años, se ha reportado que otra enzima Tiamino Difosfato (ThDP) dependiente, el ácido acetohidroxi sintasa (AHAS) es una eficiente alternativa para la producción de R-PAC, permitiendo una eficiente utilización de piruvato y altos niveles de conversión de benzaldehído a temperatura ambiente. A pesar de su importancia, el mecanismo de reacción involucrado en la carboligación del sustrato benzaldehído y la posterior liberación del producto R-PAC no ha sido dilucidado. Otras interrogantes son la identificación de los residuos cercanos al cofactor ThDP, y al sustrato benzaldehído, encargados de favorecer la formación del R-PAC en comparación a la del producto fisiológico acetolactato (AL), y la determinación del estado de protonación del intermediario HEThDP. En la presente tesis doctoral se abordó este tema mediante un estudio combinado de simulaciones de dinámica molecular (DM) y cálculos QM/MM, considerando los tres posibles estados de protonación (AP, IP, y APH+) del intermediario Hidroxietil Tiamina Difosfato (HEThDP). Los resultados sugieren que el intermediario HEThDP debiera estar bajo la forma de 4´-iminopirimidinio (APH+) en orden de favorecer la formación de R-PAC, con respecto a los productos fisiológicos. Sólo bajo este estado de protonación ambos sitios activos tienen la capacidad de realizar la catálisis, otorgándole a la enzima una máxima eficiencia catalítica. La barrera de activación teórica calculada fue de 12 kcal/mol, la cual es menor a la barrera de activación observada experimentalmente para la formación del producto fisiológico de la enzima AL.