Modulation of Polyelectrolyte Adsorption on Nanoparticles and Nanochannels by Surface Curvature

This paper presents theoretical results on the adsorption of polyelectrolyte chains on surfaces with opposite charge and nanoscale curvature. The theory predicts that increasing the surface curvature can either increase or decrease the amount of adsorbed polyelectrolyte, depending on the type of curvature (convex or concave) and whether the polyelectrolyte undercompensates or overcompensates the initial charge of the substrate. For small bulk salt concentration (10-4 M), increasing the curvature of the surface displaces the adsorption equilibrium of the polyelectrolyte in order to decrease the absolute value of the effective charge density for concave surfaces (nanochannels) or to increase it for convex surfaces (nanoparticles). This behavior is traced back to the dependence of the total free energy as a function of the curvature of the surface. For intermediate salt concentrations (0.01-0.1 M), the magnitude of the effect is larger than that for low salt concentrations, although the general picture becomes more complex due to the fact that the added salt competes with the polycation to screen the negative charge of the substrate. It is argued that the effect under discussion will be relevant for nano-objects that have different radii or type of curvature at different locations (i.e. conical nanochannels or cylindrical nanorods with hemispherical tips) as our theory predicts inhomogeneous polyelectrolyte adsorption on their surfaces.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y AplicadasConsejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

Modulation of Polyelectrolyte Adsorption on Nanoparticles and Nanochannels by Surface Curvature

This paper presents theoretical results on the adsorption of polyelectrolyte chains on surfaces with opposite charge and nanoscale curvature. The theory predicts that increasing the surface curvature can either increase or decrease the amount of adsorbed polyelectrolyte, depending on the type of curvature (convex or concave) and whether the polyelectrolyte undercompensates or overcompensates the initial charge of the substrate. For small bulk salt concentration (10-4 M), increasing the curvature of the surface displaces the adsorption equilibrium of the polyelectrolyte in order to decrease the absolute value of the effective charge density for concave surfaces (nanochannels) or to increase it for convex surfaces (nanoparticles). This behavior is traced back to the dependence of the total free energy as a function of the curvature of the surface. For intermediate salt concentrations (0.01-0.1 M), the magnitude of the effect is larger than that for low salt concentrations, although the general picture becomes more complex due to the fact that the added salt competes with the polycation to screen the negative charge of the substrate. It is argued that the effect under discussion will be relevant for nano-objects that have different radii or type of curvature at different locations (i.e. conical nanochannels or cylindrical nanorods with hemispherical tips) as our theory predicts inhomogeneous polyelectrolyte adsorption on their surfaces.Fil: Gilles, Facundo Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Azzaroni, Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Szleifer, Igal. Northwestern University; Estados UnidosFil: Tagliazucchi, Mario Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Electrostatically Driven Protein Adsorption: Charge Patches versus Charge Regulation

The mechanisms of electrostatically driven adsorption of proteins on charged surfaces are studied with a new theoretical framework. The acid-base behavior, charge distribution, and electrostatic contributions to the thermodynamic properties of the proteins are modeled in the presence of a charged surface. The method is validated against experimental titration curves and apparent pK a s. The theory predicts that electrostatic interactions favor the adsorption of proteins at their isoelectric points on charged surfaces despite the fact that the protein has no net charge in solution. Two known mechanisms explain adsorption under these conditions: (i) charge regulation (the charge of the protein changes due to the presence of the surface) and (ii) charge patches (the protein orients to place charged amino acids near opposite surface charges). This work shows that both mechanisms contribute to adsorption at low ionic strengths, whereas only the charge-patch mechanism operates at high ionic strength. Interestingly, the contribution of charge regulation is insensitive to protein orientation under all conditions, which validates the use of constant-charge simulations to determine the most stable orientation of adsorbed proteins. The present study also shows that the charged surface can induce large shifts in the apparent pK a s of individual amino acids in adsorbed proteins. Our conclusions are valid for all proteins studied in this work (lysozyme, α-amylase, ribonuclease A, and β-lactoglobulin), as well as for proteins that are not isoelectric but have instead a net charge in solution of the same sign as the surface charge, i.e. the problem of protein adsorption on the "wrong side" of the isoelectric point.Fil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Soler Illia, Galo Juan de Avila Arturo. Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Nanosistemas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Tagliazucchi, Mario Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Conformational Flexibility Drives Cold Adaptation in Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125 Globins

Significance: Temperature is one of the most important drivers in shaping protein adaptations. Many biochemical and physiological processes are influenced by temperature. Proteins and enzymes from organisms living at low temperature are less stable in comparison to high-temperature adapted proteins. The lower stability is generally due to greater conformational flexibility. Recent Advances: Adaptive changes in the structure of cold-adapted proteins may occur at subunit interfaces, distant from the active site, thus producing energy changes associated with conformational transitions transmitted to the active site by allosteric modulation, valid also for monomeric proteins in which tertiary structural changes may play an essential role. Critical Issues: Despite efforts, the current experimental and computational methods still fail to produce general principles on protein evolution, since many changes are protein and species dependent. Environmental constraints or other biological cellular signals may override the ancestral information included in the structure of the protein, thus introducing inaccuracy in estimates and predictions on the evolutionary adaptations of proteins in response to cold adaptation. Future Directions: In this review, we describe the studies and approaches used to investigate stability and flexibility in the cold-adapted globins of the Antarctic marine bacterium Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125. In fact, future research directions will be prescient on more detailed investigation of cold-adapted proteins and the role of fluctuations between different conformational states.Fil: Giordano, Daniela. Institute Of Biosciences And Bioresources; ItaliaFil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: di Prisco, Guido. Institute Of Biosciences And Bioresources; ItaliaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Smulevich, Giulietta. Firenze University; ItaliaFil: Viappiani, Christiano. Università di Parma; ItaliaFil: Verde, Cinzia. Institute Of Biosciences And Bioresources; Itali

Theoretical-experimental study of the migration and binding of small ligands to heme proteins

Las hemoproteínas se encuentran en todos los organismos vivos y tienen una gran variedadde funciones, desde el transporte de ligandos hasta fenómenos bioquímicos redox. Las funcionesde las hemoproteínas están típicamente asociadas a la interacción con pequeños ligandos, como O2, NO, HNO, H2S, O2-, etc. Una de las etapas fundamentales de esta interacción son la migracióndel ligando a través de la matriz proteica y su posterior unión al centro metálico del hemo. Estosprocesos pueden limitar la velocidad del proceso global, con su consecuente impacto biológicosobre el organismo en que se encuentra la hemoproteína. La complejidad de las hemoproteínas en función de su estructura, o condiciones del medio (temperatura, presión, etc) requieren de la utilización de diversos enfoques para abordar unestudio de los procesos mencionados. El presente trabajo de tesis tuvo como objetivo estudiar, a partir de estudios teóricos, ymétodos tanto de simulación computacional como experimentales, el proceso de migración y uniónde ligandos a hemoproteínas. En primer lugar, se abordó un estudio teórico sobre los estimadores de energía librederivados de la ecuación de Jarzynski, para distribuciones de trabajo generalmente obtenidas ensimulaciones de dinámica molecular guiada, tomando como caso paradigmático la migración deligandos en metaloproteínas. En segundo lugar, se estudió mediante diversas técnicas de simulación computacionalclásica y multi-escala cuántico-clásica (QM/MM) la especiación de especies de sulfuro (H2S) enhemoproteínas, utilizando además las metodologías desarrolladas en el primer capítulo. Finalmente, se estudió mediante técnicas experimentales de láser flash fotólisis el efectode la temperatura en la migración y unión de ligandos diatómicos en hemoglobinas truncadaspertenecientes a bacterias que habitan en condiciones diferentes de temperatura: P. Haloplanktis, B. Subtilis, y T. Fusca, que son consideradas psicrófilas, mesófilas, y termófilas, respectivamente.Heme proteins are found in all living organisms and have a gamut of functions, from thetransport of ligands to redox chemistry. The functions of heme proteins are typically associatedwith their interactions with small ligands like O2, NO, HNO, H2S and O2-. The fundamental stagesof this interaction are the migration of the ligand through the protein matrix and its subsequentbinding to the heme metal center. In many cases, these processes may limit the rate of the globalassociation process, with a consequent biological impact on the organism to which the hemeprotein belongs. The complexity of heme proteins as a function of their structures, or the conditions ofthe medium (temperature, pressure, etc.) require the use of diverse perspectives to encompassthe study of the mentioned processes. The main goal of the present dissertation is to study from theoretical studies,computational simulations and experimental methods, the process of migration and binding ofsmall ligands to heme proteins. First, a theoretical/mathematical study was carried out on the use of differentestimators of the free energy derived from the Jarzynski equality for underlying workdistributions obtained using steered molecular dynamics simulations, using the migration ofsmall ligands in metalloproteins as a paradigmatic case. Second, a combination of several classical and multi-scale quantum-classical (QM/MM)simulation techniques were used to study the speciation of hydrogen sulfide (H2S) in hemeproteins, employing besides the tools developed in the first chapter. Finally, using experimental techniques, namely laser flash photolysis, the effect oftemperature was studied on the migration and binding of diatomic ligands in truncatedhemoglobins belonging to bacteria adapted to extreme temperatures, namely P. Haloplanktis, B. Subtilis, and T. Fusca, which are considered psicrófiles, mesophiles, and thermophiles,respectively.Fil: Boubeta, Fernando Martín. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Crystallographic and computational study of a network composed of [ZnCl4]2- anions and triply protonated 4′-functionalized terpyridine cations

We report herein the synthesis, crystallographic analysis and a study of the noncovalent interactions observed in the new 4′-substituted terpyridine-based derivative bis[4′-(isoquinolin-2-ium-4-yl)-2,2′:6′,2′′-terpyridine-1,1′′-diium] tris[tetrachloridozincate(II)] monohydrate, (C24H19N4)2[ZnCl4]3·H2O or (ITPH3)2[ZnCl4]3·H2O, where (ITPH3)3+ is the triply protonated cation derived from 4′-(isoquinolin-4-yl)-2,2′:6′,2′′-terpyridine (ITP) [Granifo et al. (2016). Acta Cryst. C72, 932-938]. The (ITPH3)3+ cation presents a number of interesting similarities and differences compared with its neutral ITP relative, mainly in the role fulfilled in the packing arrangement by the profuse set of D - H...A [D (donor) = C, N or O; A (acceptor) = O or Cl], π-π and anion...π noncovalent interactions present. We discuss these interactions in two different complementary ways, viz. using a point-to-point approach in the light of Bader's theory of Atoms In Molecules (AIM), analyzing the individual significance of each interaction, and in a more 'global' analysis, making use of the Hirshfeld surfaces and the associated enrichment ratio (ER) approach, evaluating the surprisingly large co-operative effect of the superabundant weaker contacts.The structural analysis of the terpyridine-based compound (ITPH3)2[ZnCl4]3·H2O [(ITPH3)3+ is the triply protonated cation of 4′-(isoquinolin-4-yl)-2,2′:6′,2′′-terpyridine] demonstrates the concerted way in which a variety of noncovalent interactions, viz. hydrogen bonding, π-π and anion...π, participate in the crystal packing. An unexpected large enrichment ratio between the cationic C...N contacts can be understood in the light of their correlation with the atomic and ring NBO (natural bond order) charges.Fil: Granifo, Juan. Universidad de La Frontera; ChileFil: Suarez, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Baggio, Ricardo Fortunato. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentin

Access and Binding of H2S to Hemeproteins: The Case of HbI of Lucina pectinata

Hydrogen sulfide (H2S) was recently discovered as a gasotransmitter, capable of coordinating to the heme iron of hemeproteins. H2S is unique for its ability to render varying concentrations of the nucleophilic conjugate bases (HS- or S2-), either as free or bound species with expected outcomes on its further reactivity. There is no direct evidence about which species (H2S, HS-, or S2-) coordinates to the iron. We performed computer simulations to address the migration and binding processes of H2S species to the hemoglobin I of Lucina pectinata, which exhibits the highest affinity for the substrate measured to date. We found that H2S is the most favorable species in the migration from the bulk to the active site, through an internal pathway of the protein. After the coordination of H2S, an array of clustered water molecules modifies the active site environment, and assists in the subsequent deprotonation of the ligand, forming Fe(III)-SH-. The feasibility of the second deprotonation of the coordinated ligand is also discussed.Fil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Bari, Sara Elizabeth. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Boechi, Leonardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Cálculo; Argentin

On the accurate estimation of free energies using the jarzynski equality

The Jarzynski equality is one of the most widely celebrated and scrutinized nonequilibrium work theorems, relating free energy to the external work performed in nonequilibrium transitions. In practice, the required ensemble average of the Boltzmann weights of infinite nonequilibrium transitions is estimated as a finite sample average, resulting in the so-called Jarzynski estimator, (Formula presented.). Alternatively, the second-order approximation of the Jarzynski equality, though seldom invoked, is exact for Gaussian distributions and gives rise to the Fluctuation-Dissipation estimator (Formula presented.). Here we derive the parametric maximum-likelihood estimator (MLE) of the free energy (Formula presented.) considering unidirectional work distributions belonging to Gaussian or Gamma families, and compare this estimator to (Formula presented.). We further consider bidirectional work distributions belonging to the same families, and compare the corresponding bidirectional (Formula presented.) to the Bennett acceptance ratio ((Formula presented.)) estimator. We show that, for Gaussian unidirectional work distributions, (Formula presented.) is in fact the parametric MLE of the free energy, and as such, the most efficient estimator for this statistical family. We observe that (Formula presented.) and (Formula presented.) perform better than (Formula presented.) and (Formula presented.), for unidirectional and bidirectional distributions, respectively. These results illustrate that the characterization of the underlying work distribution permits an optimal use of the Jarzynski equality.Fil: Arrar, Mehrnoosh. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Szretter Noste, María Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Cálculo; ArgentinaFil: Sued, Raquel Mariela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Cálculo; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Boechi, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Cálculo; ArgentinaFil: Rodriguez, Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Cálculo; Argentin

Mechanism of Sulfide Binding by Ferric Hemeproteins

The reaction of hydrogen sulfide (H2S) with hemeproteins is a key physiological reaction; still, its mechanism and implications are not completely understood. In this work, we propose a combination of experimental and theoretical tools to shed light on the reaction in model system microperoxidase 11 (MP11-FeIII) and myoglobin (Mb-FeIII), from the estimation of the intrinsic binding constants of the species H2S and hydrosulfide (HS-), and the computational description of the overall binding process. Our results show that H2S and HS- are the main reactive species in Mb-FeIII and MP11-FeIII, respectively, and that the magnitude of their intrinsic binding constants are similar to most of the binding constants reported so far for hemeproteins systems and model compounds. However, while the binding of HS- to Mb-FeIII was negligible, the binding of H2S to MP11-FeIII was significant, providing a frame for a discriminated analysis of both species and revealing differential mechanistic aspects. A joint inspection of the kinetic data and the free energy profiles of the binding processes suggests that a dissociative mechanism with the release of a coordinated water molecule as rate limiting step is operative in the binding of H2S to Mb-FeIII and that the binding of HS- is prevented in the access to the protein matrix. For the MP11-FeIII case, where no access restrictions for the ligands are present, an associative component in the mechanism seems to be operative. Overall, the results suggest that if accessing the active site then both H2S and HS- are capable of binding a ferric heme moiety.Fil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Bieza, Silvina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Bringas, Mauro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; ArgentinaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Boechi, Leonardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Cálculo; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Bari, Sara Elizabeth. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Reactivity of inorganic sulfide species toward a heme protein model

The reactivity of inorganic sulfide species toward heme peptides was explored under biorelevant conditions in order to unravel the molecular details of the reactivity of the endogenous hydrogen sulfide toward heme proteins. Unlike ferric porphyrinates, which are reduced by inorganic sulfide, some heme proteins can form stable FeIII-sulfide adducts. To isolate the protein factors ruling the redox chemistry, we used as a system model, the undecapeptide microperoxidase (MP11), a heme peptide derived from cytochrome c proteolysis that retains the proximal histidine bound to the FeIII atom. Upon addition of gaseous hydrogen sulfide (H2S) at pH 6.8, the UV-vis spectra of MP11 closely resembled those of the low-spin ferric hydroxo complex (only attained at an alkaline pH) and cysteine or alkylthiol derivatives, suggesting that the FeIII reduction was prevented. The low-frequency region of the resonance Raman spectrum revealed the presence of an FeIII-S band at 366 cm-1 and the general features of a low-spin hexacoordinated heme. Anhydrous sodium sulfide (Na2S) was the source of sulfide of choice for the kinetic evaluation of the process. Theoretical calculations showed no distal stabilization mechanisms for bound sulfide species in MP11, highlighting a key role of the proximal histidine for the stabilization of the FeIII-S adducts of heme compounds devoid of distal counterparts, which is significant with regard to the biochemical reactivity of endogenous hydrogen sulfide.Fil: Bieza, Silvina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Feis, Alessandro. Universita Degli Studi Di Firenze; ItaliaFil: Smulevich, Giulietta. Universita Degli Studi Di Firenze; ItaliaFil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Boechi, Leonardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Cálculo; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Bari, Sara Elizabeth. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin