Investigación de RMN y DFT del ruffling hemo: implicaciones funcionales para el citocromo c

Área de la Ciencia:

• La bioquímica es la bioquímica.
• La biofísica es la biofísica.
• Química computacional es la química computacional.

Sus antecedentes:

• Las deformaciones fuera del plano (OOP) del cofactor hemo son frecuentes en las proteínas hemo y a menudo se conservan dentro de las clases funcionales.
• Comprender estas deformaciones es crucial para elucidar la función de las proteínas y los mecanismos de transferencia de electrones.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la correlación entre el ruffling hemo (deformación OOP) y los desplazamientos hiperfinos de la resonancia magnética nuclear (RMN).
• Establecer un modelo teórico para la estructura electrónica hemo y su respuesta al ruffling utilizando la teoría funcional de densidad (DFT).

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de RMN unidimensional y bidimensional con enriquecimiento selectivo (13)C para asignar resonancias hemo en el citocromo c(552) de Hydrogenobacter thermophilus.
• Empleó cálculos de la teoría funcional de densidad (DFT) para predecir desplazamientos hiperfinos de RMN y g-tensor de resonancia paramagnética de electrones (EPR) a lo largo de una coordenada de deformación de ruffling.
• Se introdujo una mutación de un solo aminoácido para modificar el grado de arrugamiento del hemo.

Principales resultados:

• La RMN experimental y los parámetros predichos por DFT mostraron un fuerte acuerdo, validando el modelo teórico.
• El aumento de la agitación hemo condujo a desplazamientos hacia arriba de las resonancias hemo metilo (1) H y desplazamientos hacia abajo de las resonancias hemo metilo y meso (13) C.
• Ruffling altera la superposición orbital de Fe 3d y porfirina pi, desestabilizando las orbitales moleculares de Fe 3d y afectando la distribución de la densidad de espín.

Conclusiones:

• El ruffling hemo tiene un impacto significativo en la estructura electrónica y las propiedades espectroscópicas de RMN del cofactor hemo.
• Los cambios observados en la densidad de espín y la superposición orbital debido al ruffling disminuyen el acoplamiento electrónico con los socios redox y reducen el potencial de reducción de hemo.