Descrição bioquímica quântica do bolsão de interação do ÍON Zn2+ na enzima ALAD humana

The enzyme Delta Aminolevulinic Dehydratase (ALAD) is a cytosolic metalloproteinase essential in several biological processes since it participates in the second step in porphobilinogen formation pathway, a tetrapyrrolic precursor of heme and chlorophyll. This enzyme is very sensitive to heavy me...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Barbosa, Emmanuel Duarte
Outros Autores: Amaral, Viviane Souza do
Formato: Dissertação
Idioma:por
Publicado em: Brasil
Assuntos:
ALAD
Energia de ligação
MFCC
DFT
CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21908
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Barbosa, Emmanuel Duarte
Descrição bioquímica quântica do bolsão de interação do ÍON Zn2+ na enzima ALAD humana
description The enzyme Delta Aminolevulinic Dehydratase (ALAD) is a cytosolic metalloproteinase essential in several biological processes since it participates in the second step in porphobilinogen formation pathway, a tetrapyrrolic precursor of heme and chlorophyll. This enzyme is very sensitive to heavy metals and has traditionally been used as a biomarker in lead poisoning. Its inhibition occurs when these heavy metals are replaced inside the metal binding site. In human ALAD, Zinc (Zn2+) functionally occupies this site and it is essential for coordination of two chains of aminolevulinic acid for the enzymatic catalysis. Although many in vitro, in vivo and in silico works have already demonstrated the importance of Zn2+ at that site, to the best of our knowledge, there isn’t any studies on literature based on quantum approach in order to elucidate this interactions in more details. Therefore, the aim of the present study was to analyse the missense mutations that affect the zinc binding site and describe through quantum methods the energy interaction between zinc and ALAD with greater accuracy using the method of Molecular fractionation with conjugated caps (MFCC) by quantifying amino acid residues’ energy positioned at 8.5 Å of distance with the ligand centroid. It was identified biochemical changes in the monomeric structure of mutants, which result in decreased enzyme activity. It were identified a total of 30 residues with a wide range of energy values. The residues with significant (atractition or repulsion) values and functionally related to enzymatic activity were: Lys199, Lys252, Cys122, Cys124 and Cys132; and those that demonstrated relevance to the ion permanence inside the binding site were: Asp169, Gly130, Gly133, Asp120 and Ser168. Thus, it could be concluded that in addition to the nucleophilic groups (thiolates groups) from Cys122, Cys124 and Cys132, others residues such as Asp169, Asp120 and Ser168 are fundamental in the catalytic pocket composition, since they showed high attractive interaction energy with Zn2+ ion.
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Although many in vitro, in vivo and in silico works have already demonstrated the importance of Zn2+ at that site, to the best of our knowledge, there isn’t any studies on literature based on quantum approach in order to elucidate this interactions in more details. Therefore, the aim of the present study was to analyse the missense mutations that affect the zinc binding site and describe through quantum methods the energy interaction between zinc and ALAD with greater accuracy using the method of Molecular fractionation with conjugated caps (MFCC) by quantifying amino acid residues’ energy positioned at 8.5 Å of distance with the ligand centroid. It was identified biochemical changes in the monomeric structure of mutants, which result in decreased enzyme activity. It were identified a total of 30 residues with a wide range of energy values. The residues with significant (atractition or repulsion) values and functionally related to enzymatic activity were: Lys199, Lys252, Cys122, Cys124 and Cys132; and those that demonstrated relevance to the ion permanence inside the binding site were: Asp169, Gly130, Gly133, Asp120 and Ser168. Thus, it could be concluded that in addition to the nucleophilic groups (thiolates groups) from Cys122, Cys124 and Cys132, others residues such as Asp169, Asp120 and Ser168 are fundamental in the catalytic pocket composition, since they showed high attractive interaction energy with Zn2+ ion. A enzima Delta Aminolevulínico Desidratase (ALAD) é uma metaloproteína citosólica essencial em vários processos biológicos, uma vez que é responsável pelo segundo passo da catálise enzimática na formação de porfobilinogênio, um precursor dos tetrapirrólicos (heme, clorofila). Esta enzima é bastante sensível a metais pesados e tem sido classicamente usada como um marcador na intoxicação por chumbo. Sua inibição se dá pela substituição desses metais pesados no sítio de ligação a metais. Na ALAD humana, o Zinco (Zn2+) ocupa funcionalmente este sítio sendo essencial para a coordenação das cadeias de ácido aminolevulínico durante a catálise enzimática. Embora muitos ensaios in vitro, in vivo e in sílico já tenham demonstrado a importância do Zn2+ nesse sítio, não se tinha conhecimento de nenhum estudo baseado em abordagem quântica com o intuito de elucidar esta interação de forma mais detalhada. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo analisar as mutações missense que acometem o sítio de ligação ao zinco e descrever através de métodos quânticos a energia de interação entre a enzima e o zinco com maior acurácia utilizando o método do Fracionamento Molecular com Capas Conjugadas (MFCC), quantificando energeticamente os resíduos de aminoácidos posicionados até uma distância de 8,5 Å do centroide do ligante. Foi identificado as alterações bioquímicas na estrutura monomérica dos mutantes, as quais resultam na diminuição da atividade enzimática. Foram identificados um total de 30 resíduos com valores energéticos variados que interagem com o zinco no bolsão de ligação. Aqueles que apresentaram valores significativos (de atração ou repulsão) e estão relacionados funcionalmente à atividade enzimática foram: Lis199, Lis252, Arg 209, Arg 174, Cis122, Cis124 e Cis132; e aqueles que demonstraram relevância para a permanência do íon no sítio de ligação foram: Asp169, Gli130, Gli133, Asp120 e Ser168. A partir disso, pôde-se concluir que além dos grupos nucleófilos (grupos tiolatos) dos resíduos Cis122, Cis124 e Cis132, os resíduos Asp169, Asp120 e Ser168 são fundamentais na composição do bolsão, uma vez que demonstraram grande quantidade de energia de interação atrativa com o íon Zn2+. 2017-02-08T19:26:36Z 2017-02-08T19:26:36Z 2016-07-29 masterThesis BARBOSA, Emmanuel Duarte. Descrição bioquímica quântica do bolsão de interação do ÍON Zn2+ na enzima ALAD humana. 2016. 51f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21908 por Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA

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