Estudios de reconocimiento molecular de enzimas naturales y sintéticas

Abstract

Tesis de doctorado en ciencias de materiales. El reconocimiento molecular implica complementariedad y ajuste de tipo “llave y cerradura” entre moléculas. La cerradura es el receptor molecular y la llave es el sustrato que es reconocido y seleccionado para producir un receptor complejosustrato, un compuesto de coordinación o una supermolécula. De aquí que el reconocimiento molecular es uno de los tres pilares principales (la fijación, la coordinación y el reconocimiento) que constituyen la base de los fenómenos biológicos como la catálisis enzimática así como de lo que se conoce como química supramolecular. Un buen modelo para el estudio de los mecanismos de reconocimiento molecular en los sistemas biológicos es la enzima timidilato sintasa (TS), esta cataliza la metilación reductiva de deoxiuridina monofosfato (dUMP) utilizando metileno tetrahidrofolato (CH2THF) como cofactor en el que el grupo glutamato forma un puente de hidrógeno mediado por agua con el residuo invariante de lisina (K48) de esta enzima. Para entender el papel de esta interacción, hemos determinado la constante de asociación de la TS mutante K48Q de Escherichia coli con folatos por calorimetría de titulación isotérmica. Los resultados mostraron que la constante de asociación se reduce en un orden de magnitud en la unión de folatos, como los inhibidores de TS, tal como propargyldideazafolato (PDDF) o compuestos que distorsionan el sitio activo de TS como BW 1843 U89 (U89). Las determinaciones termodinámicas indican que la unión de PDDF es dominada por efectos entálpicos, mientras que U89 presenta una importante contribución entrópica. En conclusión, lisina es fundamental para la catálisis, ya que conduce a una asociación productiva con CH2THF. Además de ayudar al entendimiento de los sistemas biológicos, el reconocimiento molecular a nivel sintético contribuye en el desarrollo de nuevos fármacos. En este trabajo se estudiaron dos complejos binucleares de Cu2+ de los ciclofanos 2,9,25,32-tetraoxo-4,7,27,30-tetrakis(carboximetil)-1,4,7,10,24,27,30,33-octaaza-17,40-dioxa[10.1.10.1]paracyclophane y 2,9,25,32-tetraoxo-4,7,27,30-tetrakis(carboximetil)-1,4,7,10,24,27,30,33-octaaza[10.1.10.1]paracyclophane (Cu2PO y Cu2PC,respectivamente) evaluando su capacidad antioxidante, su citotoxicidad hacia células, así como la actividad imitadora de la enzima superóxido dismutasa (SOD). Cu2PO presentó una capacidad antioxidante (0,1 g eq Trolox mol-1) en el orden de magnitud del ácido ascórbico y resultó inerte en cultivos de células mononucleares de sangre periférica. Se evaluó la actividad biomimética de SOD de los complejos con una excelente actividad para el caso de Cu2PO, IC50=34 nM vs CuZnSODIC50= 17 nM (Fernandes et al., 2007). El valor de IC50 obtenido para el complejo Cu2PC fue más alto que para Cu2PO (IC50 = 420 nM). Estos resultados sugieren que la aplicación de macrociclos sintéticos binucleares tiene un gran potencial como moléculas bioactivas, con aplicaciones en biomedicina.