Estudio fisicoquímico y bioinformático de la familia de hemoglobinas truncadas

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2015-11-13

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Temas:

HEMOGLOBINAS TRUNCADAS - CAVIDADES INTERNAS - SITIOS DE HIDRATACION - DINAMICA MOLECULAR - QM/MM - PREDICCION DE CONSTANTES CINETICAS - PREDICCION SECUENCIA-ESTRUCTURA-FUNCION - FILOGENIA - EVOLUCION MOLECULAR - BIOINFORMATICA - TERMOESTABILIDAD - TRUNCATED HEMOGLOBINS - INTERNAL CAVITIES - HYDRATION SITES - MOLECULAR DYNAMICS - QM/MM - KINETIC CONSTANTS PREDICTION - SEQUENCE-STRUCTURE-FUNCTION PREDICTION - PHYLOGENY - MOLECULAR EVOLUTION - BIOINFORMATICS - THERMOSTABILITY

Descripción:

Las hemoproteínas son proteínas que poseen un grupo hemo unido generalmente de formacovalente. Participan en transporte de gases, en reacciones de transferencia de electrones ycatálisis de reacciones redox. Un grupo muy particular dentro de estas proteínas son lashemoglobinas truncadas (trHbs), que constituyen una familia interesante de referencia paraestudios de estructura y función de proteínas, debido a su plegado conservado y pequeñotamaño. Las trHbs están presentes en los tres super reinos de la vida, bacteria, arquea y variosorganismos eucariotas. Han sido clasificadas en tres grupos, conocidos como N, O y P. Si bien lamayoría de trHbs no poseen una función asignada, se conoce que ésta generalmente dependede su afinidad por ligandos pequeños, es decir, de la relación entre la velocidad a la cual captany liberan ligandos, caracterizadas por constantes de velocidad kon y koff, respectivamente. Deallí la relevancia de abocarse al estudio de los determinantes moleculares de tal afinidad. Los procesos de captación y liberación de ligandos han sido extensamente estudiadosdurante los últimos años por diferentes grupos de investigación, incluido el grupo donde sedesarrolló la presente tesis, utilizando enfoques teóricos y experimentales. Sin embargo, solo seestudiaron algunos de los procesos involucrados, tales como el rol de túneles e interacciones depuentes de hidrógeno, encontrándose únicamente tendencias cualitativas respecto aconstantes kon y koff. En la presente tesis, a través de la aplicación de diversas técnicas computacionales, seprofundizó en la descripción anterior mediante la inclusión de dos determinantes molecularescruciales en el proceso de captación de ligandos: las cavidades internas de las proteínas y el rolde las moléculas de agua presentes en el sitio activo. Adicionalmente, se construyó un modelomatemático, validado a través de un riguroso análisis estadístico, que permite predecir demanera cuantitativa las constantes kon y koff de O2. Dado que la mayoría de trHbs no poseen una función asignada, se extendió el alcance delmodelo propuesto a toda la familia de trHbs, prediciendo valores para una gran cantidad detrHbs (sobre un total de ~1100 secuencias proteicas). Se asignaron posibles funcionesmoleculares y se analizó a esta familia de proteínas en un contexto evolutivo-funcional,caracterizando a cada grupo filogenético. De manera adicional, el estudio evolutivo reveló quehay un grupo de trHbs que comparte características comunes que lo diferenciansignificativamente del resto de los grupos conocidos (N, O y P), por lo que se lo clasificó comoun cuarto grupo, denominado Q. Finalmente, puesto que una de las proteínas más estudiadas durante el desarrollo de lapresente tesis (la trHb O de Thermobifida fusca, Tf-trHbO) es una proteína termoestableperteneciente a una actinobacteria termófila, se estudiaron las bases moleculares de sutermoestabilidad comparándola con una trHb mesoestable: la trHb O de Mycobacteriumtuberculosis. Se encontró que la alta estabilidad térmica de la Tf-trHbO se explica, en gran parte,por el cambio de un único aminoácido que altera la estructura de un loop, haciéndolo másflexible y promoviendo la formación de puentes salinos. En su conjunto, esta tesis presenta una profunda caracterización de dos factores crucialesen el proceso de captación de ligandos en hemoglobinas truncadas, que, incluidos en un modelomatemático junto a una descripción del proceso de liberación de ligandos como ha sidopreviamente descripta, permiten explicar valores experimentales de kon y koff de O2 con unaprecisión muy alta. La extensión del modelo a toda la familia de trHbs ha permitido asignarposibles funciones moleculares a una gran cantidad de miembros de estas globinas. Complementado con un análisis evolutivo y bioinformático, se ha logrado además obtener unadetallada caracterización de cada grupo de trHbs, descubriendo incluso un grupo nuevo. Porúltimo, el estudio teórico sobre la termoestabilidad de la Tf-trHbO abre las puertas a posterioresestudios que analicen las bases moleculares de la adaptación a condiciones extremas. Palabras clave: hemoglobinas truncadas, cavidades internas, sitios de hidratación, dinámicamolecular, QM/MM, predicción de constantes cinéticas, predicción secuencia-estructura-función,filogenia, evolución molecular, bioinformática, termoestabilidad.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5848_Bustamante