La orientación de la histidina modula la estructura y la dinámica de un sitio activo de la de novo metaloenzima

Área de la Ciencia:

• Biofísica y Química
• Catalización de enzimas
• Espectroscopia

Sus antecedentes:

• Las metalenzimas de novo ofrecen sitios activos sintonizables para el estudio de los mecanismos enzimáticos.
• El monóxido de carbono (CO) unido al cobre (Cu) sirve como sonda vibratoria en los sitios activos de las metalloenzimas.
• Comprender el papel de la electrostática proteica en la función de las enzimas es crucial para la bioingeniería.

Objetivo del estudio:

• Investigar la dinámica ultrarrápida de un sitio activo de metalloenzima de novo mediante espectroscopia de infrarrojos en 2D.
• Elucidar los mecanismos de acoplamiento entre las vibraciones del ligando CO y los reordenamientos estructurales de las proteínas.
• Explorar cómo la electrostática de las proteínas influye en la dinámica y función del sitio activo de la metalloenzima.

Principales métodos:

• Espectroscopia de infrarrojos bidimensional (2D IR) para el monitoreo de dinámicas ultrarrápidas.
• Mecánica cuántica (QM) y cálculos QM/MM para identificar las coordenadas acopladas.
• Análisis de las propiedades estructurales y electrostáticas del sitio activo de la metalloenzima.

Principales resultados:

• Se han observado reorganizaciones estructurales de no equilibrio ultrarrápidas (2 ps) iniciadas por la excitación vibratoria por CO.
• Se ha identificado una relajación vibratoria más lenta (~40 ps) característica de las vibraciones metal-CO.
• Los cálculos revelaron que las variaciones de ángulo diédrico de histidina controlan el acoplamiento de estiramiento y flexión de CO, modulado por electrostáticos de proteínas.

Conclusiones:

• Los electrostáticos de proteínas, transducidos por cadenas laterales de histidina, influyen significativamente en la superficie de energía potencial del sitio activo de la metalloenzima.
• Las interacciones electrostáticas de largo alcance pueden ser diseñadas para afinar la función de la enzima.
• Este trabajo proporciona información sobre los principios de diseño de las enzimas metálicas funcionales de novo.