Estructura y mecanismo de acción de peroxirredoxinas: estudio teórico y experimental

Las peroxirredoxinas (Prxs) constituyen una familia de proteínas encargadas de catalizar la reducción de peróxidos, con función antioxidante y de señalización redox, entre otras. Estas enzimas se encuentran ampliamente distribuidas entre los organismos procariotas y eucariotas, y están usualmente presentes en altas concentraciones. Todas ellas comparten el mismo primer paso en su mecanismo catalítico básico, en el cual la cisteína del sitio activo se oxida a ácido sulfénico por sustratos peróxidos tales como peróxido de hidrógeno (H2O2), peroxinitrito, y una gran variedad de hidroperóxidos orgánicos, lo que ocurre con constantes de velocidad varios órdenes de magnitud mayores que para cisteína libre. Particularmente, la alquil hidroperóxido reductasa E (AhpE) de Mycobacterium tuberculosis es una Prx que reacciona más rápido con peroxinitrito que con H2O2 y que presenta una reactividad particularmente alta frente a hidroperóxidos derivados de ácidos grasos. El presente trabajo de tesis aporta información microscópica acerca de los mecanismos de reducción de peróxidos mediada por tioles, tanto en solución acuosa como en el contexto de la reacción catalizada por Prxs. Para tal fin se emplearon una combinación de técnicas de simulaciones computacionales clásicas, cuánticas e híbridas cuántico-clásicas, en combinación con estudios experimentales de cinética rápida de flujo detenido y de equilibrio. En primer lugar se estudiaron las reacciones de oxidación de tioles de bajo peso molecular por H2O2 y peroxinitrito en solución acuosa, determinando los parámetros termodinámicos de activación y describiendo a nivel molecular el proceso reactivo. Posteriormente se investigaron los determinantes moleculares de la capacidad catalítica de Prxs, utilizando como modelo de trabajo la MtAhpE. En último lugar se analizó la especificidad por el sustrato oxidante para el caso particular de la MtAhpE, comparando la interacción y reactividad con H2O2 y diferentes hidroperóxidos orgánicos