Los cálculos de espectroscopia y DFT de una enzima Flavo-diiron implican nuevas estructuras del sitio de Diiron

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Enzimología
• Química bioorgánica

Sus antecedentes:

• Las proteínas flavoferrosas (FDP) son enzimas esenciales en los organismos anaeróbicos, cruciales para la desintoxicación del óxido nítrico (NO) y el oxígeno (O2).
• Los FDP poseen un sitio activo de hierro dinuclear único, estructuralmente relacionado con otras enzimas de unión al hierro, pero distinto en su capacidad de rotación de NO.
• La comprensión de la estructura electrónica y el mecanismo catalítico de los FDP es clave para aclarar su función biológica en el metabolismo de NO y O2.

Objetivo del estudio:

• Caracterizar electrónicamente los estados diferrícos y diferrosos de los FDP utilizando técnicas espectroscópicas avanzadas.
• Para aclarar los cambios estructurales en el núcleo de di-hierro durante la reducción y sus implicaciones para la rotación de NO y O2.
• Investigar el papel del mononucleótido de flavina (FMN) en el mecanismo catalítico de las FDP.

Principales métodos:

• Se emplearon espectroscopias de resonancia paramagnética de electrones (EPR) y Mössbauer para la caracterización electrónica detallada.
• Se utilizaron cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para modelar e interpretar los hallazgos espectroscópicos y las hipótesis estructurales.
• Comparación con los datos existentes de proteínas diirónicas y complejos sintéticos de hierro.

Principales resultados:

• La constante de acoplamiento de intercambio (J) aumentó de +20 cm-1 a +32 cm-1 tras la reducción, lo que indica cambios estructurales en el núcleo de hierro.
• Los datos espectroscópicos y DFT sugieren un núcleo diferríco con puente dihidroxo que pierde un puente hidroxo al reducirse a un estado diferroso mono-μ-hidroxo.
• Se encontró que la molécula de solvente puente propuesta para la estructura cristalina era inconsistente con los datos espectroscópicos; se propone la especie diferencial mono-μ-hidroxo como la forma activa.

Conclusiones:

• El estado catalíticamente funcional de los FDP que reaccionan con NO y O2 es una especie mono-μ-hidroxo diferrosa, no representada con precisión por la estructura cristalina.
• La reducción induce un reordenamiento estructural significativo del núcleo de di-hierro, que implica la pérdida de un puente hidroxo.
• El mononucleótido de flavina (FMN) está implicado en la transferencia de protones durante la rotación de NO, destacando su doble papel en los FDP.