Filling the Gaps to Solve the Extensin Puzzle

Extensins (EXTs) are highly repetitive plant O-glycoproteins that require several post-translational modifications (PTMs) to become functional in plant cell walls. First, they are hydroxylated on contiguous proline residues; then they are O-glycosylated on hydroxyproline and serine. After secretion into the apoplast, O-glycosylated EXTs form a tridimensional network organized by inter- and intra-Tyr linkages. Recent studies have made significant progress in the identification of the enzymatic machinery required to process EXTs, which includes prolyl 4-hydroxylases, glycosyltransferases, papain-type cysteine endopeptidases, and peroxidases. EXTs are abundant in plant tissues and are particularly important in rapidly expanding root hairs and pollen tubes, which grow in a polar manner. Small changes in EXT PTMs affect fast-growing cells, although the molecular mechanisms underlying this regulation are unknown. In this review, we highlight recent advances in our understanding of EXT modifications throughout the secretory pathway, EXT assembly in cell walls, and possible sensing mechanisms involving the Catharanthus roseus cell surface sensor receptor-like kinases located at the interface between the apoplast and the cytoplasmic side of the plasma membrane. This review describes recent progress in our understanding of extensin post-translational modifications throughout the secretory pathway, extensin secretion and assembly in the cell walls, and possible sensing mechanisms at the interface between the apoplast and the cytoplasmic side of the cell surface.Fil: Marzol, Eliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Borassi, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; 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; ArgentinaFil: Sede, Ana Rocío. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Rodríguez Garcia, Diana Rosa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Capece, Luciana. 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: Estevez, Jose Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Heme-Thiolate perturbation in cystathionine β-Synthase by mercury compounds

Cystathionine β-synthase (CBS) is an enzyme involved in sulfur metabolism that catalyzes the pyridoxal phosphate-dependent condensation of homocysteine with serine or cysteine to form cystathionine and water or hydrogen sulfide (H2S), respectively. CBS possesses a b-type heme coordinated by histidine and cysteine. Fe(III)-CBS is inert toward exogenous ligands, while Fe(II)-CBS is reactive. Both Fe(III)- and Fe(II)-CBS are sensitive to mercury compounds. In this study, we describe the kinetics of the reactions with mercuric chloride (HgCl2) and p-chloromercuribenzoic acid. These reactions were multiphasic and resulted in five-coordinate CBS lacking thiolate ligation, with six-coordinate species as intermediates. Computational QM/MM studies supported the feasibility of formation of species in which the thiolate is proximal to both the iron ion and the mercury compound. The reactions of Fe(II)-CBS were faster than those of Fe(III)-CBS. The observed rate constants of the first phase increased hyperbolically with concentration of the mercury compounds, with limiting values of 0.3–0.4 s–1 for Fe(III)-CBS and 40 ± 4 s–1 for Fe(II)-CBS. The data were interpreted in terms of alternative models of conformational selection or induced fit. Exposure of Fe(III)-CBS to HgCl2 led to heme release and activity loss. Our study reveals the complexity of the interactions between mercury compounds and CBS

Ligand Binding Rate Constants in Heme Proteins Using Markov State Models and Molecular Dynamics Simulations

Computer simulation studies of the molecular basis for ligand migration in proteins allow the description and quantification of the key events implicated in this process as, such as the transition between docking sites, displacements of existing ligands and solvent molecules, and open/closure of specific 'gates', among other factors. In heme proteins, especially in globins, these phenomena are related to the regulation of protein function, since ligand migration from the solvent to the active site preludes ligand binding to the iron in the distal cavity, which in turn triggers the different globin functions. In this work, a combination of molecular dynamics simulations with a Markov-state model of ligand migration is used to the study the migration of O2 and ·NO in two truncated hemoglobins of Mycobacterium tuberculosis (truncated hemoglobin N -Mt-TrHbN- and O -Mt-TrHbO). The results indicate that the proposed model provides trends in kinetic association constants in agreement with experimental data. In particular, for Mt-TrHbN, we show that the difference in the association constant in the oxy and deoxy states relies mainly in the displacement of water molecules anchored in the distal cavity by O2 in the deoxy form, whereas the conformational transition of PheE15 between open and closed states plays a minor role. On the other hand, the results also show the relevant effect played by easily diffusive tunnels, as the ones present in Mt-TrHbN, compared to the more impeded passage in Mt-TrHbO, which contributes to justify the different .NO dioxygenation rates in these proteins. Altogether, the results in this work provide a valuable approach to study ligand migration in globins using molecular dynamics simulations and Markov-state model analysis

Heme-Thiolate Perturbation in Cystathionine β-Synthase by Mercury Compounds

Cystathionine β-synthase (CBS) is an enzyme involved in sulfur metabolism that catalyzes the pyridoxal phosphate-dependent condensation of homocysteine with serine or cysteine to form cystathionine and water or hydrogen sulfide (H2S), respectively. CBS possesses a b-type heme coordinated by histidine and cysteine. Fe(III)-CBS is inert toward exogenous ligands, while Fe(II)-CBS is reactive. Both Fe(III)-and Fe(II)-CBS are sensitive to mercury compounds. In this study, we describe the kinetics of the reactions with mercuric chloride (HgCl2) and p-chloromercuribenzoic acid. These reactions were multiphasic and resulted in five-coordinate CBS lacking thiolate ligation, with six-coordinate species as intermediates. Computational QM/MM studies supported the feasibility of formation of species in which the thiolate is proximal to both the iron ion and the mercury compound. The reactions of Fe(II)-CBS were faster than those of Fe(III)-CBS. The observed rate constants of the first phase increased hyperbolically with concentration of the mercury compounds, with limiting values of 0.3-0.4 s-1 for Fe(III)-CBS and 40 ± 4 s-1 for Fe(II)-CBS. The data were interpreted in terms of alternative models of conformational selection or induced fit. Exposure of Fe(III)-CBS to HgCl2 led to heme release and activity loss. Our study reveals the complexity of the interactions between mercury compounds and CBS.Fil: Benchoam, Dayana. Universidad de la Republica; UruguayFil: Cuevasanta, Ernesto. Universidad de la Republica; UruguayFil: Julió Plana, Laia. 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: Capece, Luciana. 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: Banerjee, Ruma. University of Michigan; Estados UnidosFil: Alvarez, Beatriz. Universidad de la República; Urugua

Thermal Stability of Globins: Implications of Flexibility and Heme Coordination Studied by Molecular Dynamics Simulations

Proteins are sensitive to temperature, and abrupt changes in the normal temperature conditions can have a profound impact on both structure and function, leading to protein unfolding. However, the adaptation of certain organisms to extreme conditions raises questions about the structural features that permit the structure and function of proteins to be preserved under these adverse conditions. To gain insight into the molecular basis of protein thermostability in the globin family, we have examined three representative examples: human neuroglobin, horse heart myoglobin, and Drosophila hemoglobin, which differ in their melting temperatures and coordination states of the heme iron in the absence of external ligands. In order to elucidate the possible mechanisms that govern the thermostability of these proteins, microsecond-scale classical molecular dynamics simulations were performed at different temperatures. Structural fluctuations and essential dynamics were analyzed, indicating that the flexibility of the CD region, which includes the two short C and D helixes and the connecting CD loop, is directly related to the thermostability. We observed that a larger inherent flexibility of the protein produces higher thermostability, probably concentrating the thermal fluctuations observed at high temperature in flexible regions, preventing unfolding. Globally, the results of this work improve our understanding of thermostability in the globin family.Fil: Julió Plana, Laia. 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: Nadra, Alejandro Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; 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: Luque, F. Javier. Universidad de Barcelona; EspañaFil: Capece, Luciana. 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

Relationship between activity and stability: Design and characterization of stable variants of human frataxin

The relationships between conformational dynamics, stability and protein function are not obvious. Frataxin (FXN) is an essential protein that forms part of a supercomplex dedicated to the iron-sulfur (Fe–S) cluster assembly within the mitochondrial matrix. In humans, the loss of FXN expression or a decrease in its functionality results in Friedreich's Ataxia, a cardio-neurodegenerative disease. Recently, the way in which FXN interacts with the rest of the subunits of the supercomplex was uncovered. This opens a window to explore relationships between structural dynamics and function. In this study, we prepared a set of FXN variants spanning a broad range of conformational stabilities. Variants S160I, S160M and A204R were more stable than the wild-type and showed similar biological activity. Additionally, we prepared SILCAR, a variant that combines S160I, L203C and A204R mutations. SILCAR was 2.4 kcal mol−1 more stable and equally active. Some of the variants were significantly more resistant to proteolysis than the wild-type FXN. SILCAR showed the highest resistance, suggesting a more rigid structure. It was corroborated by means of molecular dynamics simulations. Relaxation dispersion NMR experiments comparing SILCAR and wild-type variants suggested similar internal motions in the microsecond to millisecond timescale. Instead, variant S157I showed higher denaturation resistance but a significant lower function, similarly to that observed for the FRDA variant N146K. We concluded that the contribution of particular side chains to the conformational stability of FXN might be highly subordinated to their impact on both the protein function and the stability of the functional supercomplex.Fil: Castro, Ignacio Hugo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; 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; ArgentinaFil: Doni, Davide. Universita Di Padova. Dipartimento Di Biología; ItaliaFil: Noguera, Martín Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Capece, Luciana. 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: Aran, Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Blaustein Kappelmacher, Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional.; ArgentinaFil: Costantini, Paola. Universita Di Padova. Dipartimento Di Biología; ItaliaFil: Santos, Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Molecular simulations of globins: Exploring the relationship between structure, dynamics and function

Podeu consultar el llibre complet a: http://hdl.handle.net/2445/32392The discovery in the last two decades of novel members of the globin superfamily has challenged the conventional view about the structure and function of globins. Thus, peculiar structural differences are expected to have direct influence on properties related to ligand migration, binding affinity and heme reactivity. Molecular simulations are a valuable tool to gain insigth into the molecular mechanisms that underlie those structural differences, and their relationship with the diversity of functional roles. In this work, the impact of molecular simulations in exploring the linkage between structure, dynamics and function is highlighted for three representative cases: the migration of ligands through the protein matrix of truncated hemoglobins, the modulation of binding affinity by heme distortion in protoglobin, and finally the functional implications due to the equilibrium between penta- and hexacoordination of the heme with distal histidine in neuroglobin

Engineered chimeras reveal the structural basis of hexacoordination in globins: A case study of neuroglobin and myoglobin

Background Myoglobin (Mb) and neuroglobin (Ngb) are representative members of pentacoordinated and bis-histidyl, hexacoordinated globins. In spite of their low sequence identity, they show surprisingly similar three-dimensional folds. The ability of Ngb to form a hexacoordinated bis-histidyl complex with the distal HisE7 has a strong impact on ligand affinity. The factors governing such different behaviors have not been completely understood yet, even though they are extremely relevant to establish structure-function relationships within the globin superfamily.Fil: Boron, Carlos Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Capece, Luciana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Pennacchietti, Francesca. Università di Parma; ItaliaFil: Wetzler, Diana Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Bruno, Stefano. Università di Parma; ItaliaFil: Abbruzzetti, Stefania. Università di Parma; ItaliaFil: Chisari, Lucía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Luque, F. Javier. Universidad de Barcelona; EspañaFil: Viappiani, Cristiano. Università di Parma; ItaliaFil: Marti, Marcelo Adrian. 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: 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: Nadra, Alejandro Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin

Class III peroxidases PRX01, PRX44, and PRX73 potentially target extensins during root hair growth in Arabidopsis thaliana

Root hair cells are important sensors of soil conditions. Expanding several hundred times their original size, root hairs grow towards and absorb water-soluble nutrients. This rapid growth is oscillatory and is mediated by continuous remodelling of the cell wall. Root hair cell walls contain polysaccharides and hydroxyproline-rich glycoproteins including extensins (EXTs). Class-III peroxidases (PRXs) are secreted into the apoplastic space and are thought to trigger either cell wall loosening, mediated by oxygen radical species, or polymerization of cell wall components, including the Tyr-mediated assembly of EXT networks (EXT-PRXs). The precise role of these EXT-PRXs is unknown. Using genetic, biochemical, and modeling approaches, we identified and characterized three root hair-specific putative EXT-PRXs, PRX01, PRX44, and PRX73. The triple mutant prx01,44,73 and the PRX44 and PRX73 overexpressors had opposite phenotypes with respect to root hair growth, peroxidase activity and ROS production with a clear impact on cell wall thickness. Modeling and docking calculations suggested that these three putative EXT-PRXs may interact with non-O-glycosylated sections of EXT peptides that reduce the Tyr-to-Tyr intra-chain distances in EXT aggregates and thereby may enhance Tyr crosslinking. These results suggest that these three putative EXT-PRXs control cell wall properties during the polar expansion of root hair cells.Fil: Marzol, Eliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Borassi, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ranocha, Philippe. Instituto National de Recherches Agronomiques. Centre de Recherches de Toulouse; FranciaFil: Aptekmann, Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; 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; ArgentinaFil: Pennington, Janice. University of Wisconsin; Estados UnidosFil: Paez Valencia, Julio. University of Wisconsin; Estados UnidosFil: Martinez Pacheco, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rodriguez Garcia, Diana Rosa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rondon Guerrero, Yossmayer del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Carignani Sardoy, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Mangano, Silvina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Fleming, Margaret. State University of Colorado - Fort Collins; Estados UnidosFil: Mishler Elmore, John W.. Ohio University; Estados UnidosFil: Blanco Herrera, Francisca. Universidad Andrés Bello and Millennium Institute for Integrative Biology (iBio). Facultad de Ciencias de la Vida. Centro de Biotecnología Vegeta; ChileFil: Bedinger, Patricia. State University of Colorado - Fort Collins; Estados UnidosFil: Dunand, Christophe. Instituto National de Recherches Agronomiques. Centre de Recherches de Toulouse; FranciaFil: Capece, Luciana. 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: Nadra, Alejandro Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Held, Michael. Ohio University; Estados UnidosFil: Otegui, Marisa S.. University of Wisconsin; Estados UnidosFil: Estevez, Jose Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Universidad Andrés Bello; Chil

Structural basis of O2 coordination and activation in hemeproteins

Las hemoproteínas conforman un ubicuo grupo de proteínas que presenta una gran diversidad funcional. Las mismas comparten como grupo prostético el grupo hemo, el cual contiene un átomo de hierro al cual se coordinan los ligandos. La gran mayoría de sus funciones involucran la unión de ligandos pequeños, en particular el dioxígeno. Este ligando, luego de ser unido al hemo, puede ser almacenado, transportado, o puede estar involucrado en la realización de reacciones químicas dentro de las proteínas. En este trabajo se utilizan una gran variedad de técnicas de simulación computacional para estudiar los mecanismos de regulación de la unión de oxígeno y su posterior activación en hemoproteínas. Las metodologías empleadas consistieron desde simulaciones de dinámica molecular clásica, estudios de reactividad en sistemas modelo basados en mecánica cuántica, hasta metodologías híbridas cuántico‐clásicas que permiten el estudio de fenómenos reactivos dentro de la estructura proteica. Nos hemos concentrado en particular, en primer lugar, en los mecanismos regulatorios de la afinidad por oxígeno, determinados por las características y el entorno del sitio activo. En segundo lugar, hemos estudiado el mecanismo de coordinación endógena, en el cual el sitio de coordinación de oxígeno está ocupado por un residuo proteico. Por último, se estudió la activación de oxígeno, la unión de sustrato y el mecanismo de reacción de dos dioxigenasas hémicas. Para este último caso se realizaron estudios experimentales que complementaron las simulaciones realizadas.eme proteins, the group of proteins that share the heme as its prosthetic group, consist in a ubiquitous group of proteins which displays a wide functional diversity. Most of their functions involve binding of small ligands, in particular, molecular oxygen. The heme group contains an iron atom, which is responsible of the coordination of this ligand. Depending on each protein’s function, after binding to the heme, oxygen can be stored or transported, or it can be activated to be involved in chemical reactions inside the protein matrix. In this work we use a wide variety of computational tools to study the mechanism of oxygen binding regulation and activation in heme proteins. The employed methodologies consist from classical molecular dynamics, quantum mechanics calculations on model systems, to hybrid quantum mechanics‐ molecular mechanics (QM‐MM) simulations that allow the analysis of reactive processes inside the protein matrix. In particular, we have focused in the following areas: Firstly, we have studied the regulatory mechanisms of oxygen affinity, determined by the properties and environment of the active site. Secondly, we have analyzed the endogenous coordination mechanism, by which the oxygen binding site is occupied with a protein residue. Finally, we have studied oxygen activation, substrate binding and the reaction mechanism of two heme‐dioxygenases. For this last case, experimental data were collected in order to complete the analysis performed with the simulations.Fil:Capece, Luciana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina