Metaloenzimas en el sistema nervioso
Un tercio de las enzimas que se conocen en la actualidad utilizan metales para catalizar las reacciones, bien como cofactor, bien incorporados en la propia molécula. Los metales como el hierro, el cobre, el zinc y el magnesio participan en la transferencia electrónica y aceleran numerosas reacciones fundamentales para el organismo. En el marco del proyecto de la Unión Europea «An integrated computational and spectroscopic investigation of the enzyme mechanism of tryptophan hydroxylase» (ICSTH), financiado por ua beca Marie Curie, se inició el estudio de las metaloenzimas. Durante el proyecto, el objeto de estudio pasó de la triptófano hidroxilasa (una enzima implicada en la síntesis de serotonina) a las enzimas con un centro binuclear de cobre. La peptidil glicina monooxigenasa α-hidroxilante (PAM) y dopamina β-monooxigenasa (DβM) catalizan la hidroxilación de sustratos esenciales para la actividad del sistema nervioso. Tanto en el caso de la PAM como la DβM, la catálisis se inicia a través de la reducción del cobre y la activación del oxígeno. Sin embargo, se desconoce el mecanismo de la reacción. El objetivo del proyecto fue entender los mecanismos de activación del oxígeno, abstracción del hidrógeno, unión del agua y las reacciones de hidroxilación directas catalizadas por PAM y DβM. Debido a la complejidad de los centros catalíticos de cobre, fue necesario emplear para su estudio diversas técnicas informáticas, químicas y espectroscópicas de última generación. Para definir la estructura del complejo enzimático inicial fue necesario determinar el estado de oxidación del cobre y la naturaleza química del aducto de oxígeno. Se analizaron los mecanismos de hidroxilación y estudiaron los distintos pasos de la reacción y los estados de transición así como las posibles reacciones intermedias para cada paso. El uso combinado de simulaciones de mecánica cuántica, mecánica molecular y dinámica molecular facilitó el estudio de los efectos de mutaciones múltiples. Esto, a su vez, permitió investigar los efectos conformacionales en los mecanismos de la reacción. Los resultados de ICSTH permitieron conocer mejor los pasos fundamentales del mecanismo de hidroxilación de las enzimas con centros binucleares de cobre no acoplados e identificar otras aplicaciones avanzadas en el diseño de fármacos, la ingeniería proteica y la biotecnología.
Palabras clave
Metaloenzima, cobre, PAM, DβM, hidroxilación
