Estudio de la Catálisis Enzimática de Catecol O-Metiltransferasa a través de Simulaciones de Dinámica Molecular.

Abstract

Las reacciones de transmetilación juegan un rol relevante en la química de los seres vivos, abarcando desde la modificaci on del ADN hasta el metabolismo de hormonas y neurotransmisores. El objetivo de este trabajo fue estudiar la influencia del entorno enzimático sobre la reacci on de transmetilaci on entre S-adenosilmetionina y dopamina. Para ello, se utilizaron simulaciones de dinámica molecular que recrearon la reacción en una enzima nativa, en una mutante, y en un entorno acuoso no enzimático. Luego de determinar parámetros de mecánica molecular para el co-factor y métodos de estructura electrónica capaces de describir la reacción de manera adecuada se determinó en cada entorno el camino de mínima energía libre entre reactantes y productos, con la metodología QM/MM. A través de la Fuerza de Reacción Media, se evaluó la importancia que tienen los cambios estructurales y electrónicos que sufre el sistema al alcanzar el estado de transición. La variación del tiempo de simulación permitó observar posibles de ciencias en el muestreo de la conformaciones durante la reacción que pudiesen afectar el comportamiento de las diferentes contribuciones.Los resultados indican que, considerando el costo computacional, la reacción es descrita de manera adecuada con el método semiempírico DFTB3. Se observa que un factor clave en la disminuci on de la barrera de activaci on enzim atica es el aislamiento del sitio activo desde el entorno acuoso, favoreciendo una configuración electrostáticamente optima y más rígida para acoger la transformación desde el complejo de Michaelis hasta el estado de transición. La importancia de esta etapa se visibiliza en la disminución tanto absoluta como relativa que muestra el an alisis de Fuerza de Reacción Media para la contribución estructural a la energía libre, al pasar de la descripción acuosa a la enzimática. Es posible concluir que el desafío planteado a la naturaleza para disminuir la energía libre de activación fue resuelto a través de un sitio activo optimizado electrostáticamente para facilitar, en mayor medida, los rearreglos estructurales en el paso desde el complejo reactivo al estado de transición. Los cambios estructurales aquí observados son favorecidos electrostáticamente por la enzima, y simulaciones extensas no arrojaron variaciones significativas atribuibles a grados de libertad que involucran cambios conformacionales asociados a la dinámica propia de la enzima.