Estudio QM/MM sobre el mecanismo de inhibición de la enzima β-lactamasa CTX-M-15 por Avibactam.

Abstract

En la presente tesis se estudió el mecanismo de inhibición de la enzima β-lactamasa CTX-M-15 por Avibactam, mediante simulaciones de dinámica molecular y posteriores cálculos híbridos QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics). Las simulaciones de dinámica molecular se realizaron con el software NAMD, usando el campo de fuerza CHARMM36 y el modelo de agua TIP3. Las simulaciones se realizaron hasta un tiempo de 40 ns, y la estructura final para el estudio de la reacción tomada a los 30 ns. Para los estudios QM/MM, el sistema se dividió en una región QM y una región MM. El subsistema QM, incluye el inhibidor Avibactam y los residuos Ser70, Lys73, Ser130 y Glu166; mientras que la región MM incluye el resto del sistema. El mecanismo de reacción se estudió postulando que el único residuo catalítico responsable de la inhibición es el residuo de Ser70, los residuos restantes del sitio activo participan en el correcto posicionamiento del inhibidor y estabilización del estado de transición mediante interacciones de carácter electrostático. Los resultados de las simulaciones de dinámica molecular sugieren que los residuos Glu166 y Lys73 deben estar en su forma iónica, de lo contrario las interacciones entre el sitio activo y Avibactam se pierden o se debilitan, desfavoreciendo la reacción. La topología de la superficie de energía potencial sugiere que la reacción ocurre mediante un mecanismo concertado asincrónico, en el cual el ataque nucleofílico del residuo Ser70 sobre el carbono carbonílico del Avibactam es el evento que gatilla la protonación del átomo N6 de Avibactam y la consecuencia apertura del anillo. La barrera de energía de activación calculada es de 16 kcal/mol, en concordancia con el valor experimental de 15 kcal/mol.