Estudio in silico de propiedades de ácidos grasos nitrados (NO2-FA) en diversos entornos hacia su interacción y reactividad con APX, un ascorbato peroxidasa vegetal

Abstract

Los ácidos grasos nitrados (NO2-FA) se han comenzado a estudiar recientemente como señalizadores celulares en sistemas vegetales, donde uno de sus roles principales es el de la señalización en las vías del estrés (hídrico, por falta de nutrientes, etc.) que causan la formación de especies reactivas del oxígeno, dañinas para las células. Es posible que estos NO2-FA, especialmente el ácido linolénico nitrado (NO2-LN), participen en la modulación de la respuesta antioxidante de la célula vegetal de diversas maneras, dada su gran electrofilia, debida a la presencia del grupo –NO2, que causa deficiencia de electrones en el carbono en posición beta (Cβ), por lo que este está predispuesto a reaccionar como electrófilo. El NO2-LN puede reaccionar con las enzimas antioxidantes de la célula, causando modificaciones postraduccionales capaces de afectar su catálisis. Una de estas modificaciones es la nitroalquilación, en la que el Cβ del NO2-FA forma un aducto con residuos de histidina, lisina o cisteína (Cys) mediante reacción de Michael, o tiol-Michael en el último caso. Este trabajo se centró en el estudio de la nitroalquilación mediante reacción de tiol-Michael de la Cys32 del ascorbato peroxidasa citosólica de la soja, APX. En primer lugar, se realizó un barrido en el que se estudiaron 4 familias de NO2-FA, dentro de cada una evaluando las nitraciones en todas las insaturaciones, determinando potenciales diferencias en sus propiedades que permitieran identificar candidatos para seguir estudiando la reacción. Se evaluaron propiedades moleculares relevantes para la reacción, en 6 solventes diferentes, para identificar efectos del medio sobre la reactividad y simular diferentes ambientes celulares en los que estas especies podrían encontrarse en el sistema biológico. Para esto se realizaron optimizaciones de geometría para cada NO2-FA, simulando el solvente con modelo de solvente implícito (IEFPCM), concluyendo que no había diferencias entre familias ni entre diferentes sitios de nitración, por lo que se continuó con la familia en la que se había estudiado la nitroalquilación de APX en la literatura: los NO2-LN, estudiando una nitración en cada una de sus 3 insaturaciones. Se concluyó, además, que el medio modula la reactividad de los NO2-FA, siendo más reactivos en ambientes más polares. Con los 3 regioisómeros de NO2-LN seleccionados se estudió el mecanismo de la reacción de nitroalquilación utilizando modelos reducidos previamente validados para los NO2-FA escogidos y metil-tiolato como representante de la cisteína de la proteína. Para esto se identificaron las especies estables y estado de transición, y se calculó el camino de reacción (IRC), para observar el cambio de propiedades clave a lo largo del avance de la reacción. Finalmente, sabiendo que hay información experimental que evidencia la existencia del aducto, se realizaron simulaciones de dinámica molecular de la enzima con este aducto formado y sin él, para identificar cambios estructurales que puedan suceder gracias a esta reacción, y que brinden una posible explicación a los cambios en la catálisis evidenciados experimentalmente en la APX, lográndose obtener la estructura del aducto y encontrando interacciones entre el mismo con un residuo catalítico clave (Arg172), que podrían impedir la unión del sustrato y de esta forma inhibir la catálisis.