El
objetivo
de
esta
tesis
se
centra
en
el
estudio
de
la
transferencia
de
electrones
(ET),
una
de
las
reacciones
más
simples
y
cruciales
en
bioquímica.
Para
dichos
procesos,
obtener
información
directa
de
los
factores
que
lo
promueves,
asi
como
del
camino
de
transferencia
electronica,
no
es
una
tarea
trivial.
Dicha
información
a
un
nivel
de
conocimiento
detallado
atómico
y
electrónico,
sin
embargo,
es
muy
valiosa
en
términos
de
una
mejor
comprensión
del
ciclo
enzimático,
que
podría
conducir,
por
ejemplo,
a
un
diseño
más
eficaz
de
inhibidores.
El
objetivo
principal
de
esta
tesis
es
el
desarrollo
de
una
metodología
para
el
estudio
cuantitativo
de
la
ET
en
los
sistemas
biológicos.
En
este
sentido,
hemos
desarrollado
un
nuevo
método
para
obtener
el
camino
de
transferencia
electrónico,
llamado
QM/MM
e-‐
Pathway,
que
se
puede
aplicar
en
sistemas
complejos
con
ET
de
largo
alcance.
El
método
se
basa
en
una
búsqueda
sucesiva
de
residuos
importantes
para
la
ET,
utilizando
la
modificación
de
la
región
quantica
en
métodos
mixtos
QM/MM,
y
siguiendo
la
evolución
de
la
densidad
de
espín
dentro
de
la
zona
de
transferencia.
Hemos
demostrado
la
utilidad
y
la
aplicabilidad
del
algoritmo
en
el
complejo
P450cam/Pdx,
identificando
el
papel
clave
de
la
Arg112
(en
P450cam)
y
del
Asp48
(en
Pdx),
ambos
conocidos
en
la
literatura.
Además
de
obtener
caminos
de
ET,
hemos
cuantificado
su
importancia
en
términos
del
acoplamiento
electrónico
entre
el
dador
y
aceptor
para
los
diferentes
caminos.
En
este
sentido,
se
realizaron
dos
estudios
de
la
influencia
del
solvente
y
de
la
temperatura
en
el
acoplamiento
electrónico
para
sistemas
modelo
oligopéptidos.
Ambos
estudios
revelaron
que
los
valores
del
acoplamiento
electrónico
fluctúan
fuertemente
a
lo
largo
de
las
trayectorias
de
dinámica
molecular
obtenidas,
y
el
mecanismo
de
transferencia
de
electrones
se
ve
ampliamente
afectado
por
el
espacio
conformacional
del
sistema.
La
combinación
del
QM/MM
e-‐pathway
y
de
los
cálculos
de
acoplamiento
electronico
fueron
utilizados
finalmente
para
investigar
la
ET
en
el
complejo
CCP/Cytc.
Nuestros
hallazgos
indican
el
papel
fundamental
del
Trp191
en
localizar
un
estadio
intermedio
para
la
transferencia
electronica,
así
como
el
camino
ET
principal
que
incluye
Ala194,
Ala193,
Gly192
y
Trp191.
Ambos
hallazgos
fueron
confirmados
a
través
de
la
literatura.
Los
resultados
obtenidos
para
el
muestro
de
manios
de
ET,
junto
con
su
evaluación
a
través
de
cálculos
de
acoplamiento
electrónico,
sugieren
un
enfoque
sencillo
y
prometedor
para
investigar
ET
de
largo
alcance
en
proteínas. / The
focus
of
this
PhD
thesis
lies
on
electron
transfer
(ET)
processes,
belonging
to
the
simplest
but
most
crucial
reactions
in
biochemistry.
Getting
direct
information
of
the
forces
driving
the
process
and
the
actual
electron
pathway
is
not
a
trivial
task.
Such
atomic
and
electronic
detailed
information,
however,
is
very
valuable
in
terms
of
a
better
understanding
of
the
enzymatic
cycle,
which
might
lead,
for
example,
to
more
efficient
protein
inhibitor
design.
The
main
objective
of
this
thesis
was
the
development
of
a
methodology
for
the
quantitative
study
of
ET
in
biological
systems.
In
this
regard,
we
developed
a
novel
approach
to
map
long-‐range
electron
transfer
pathways,
called
QM/MM
e-‐Pathway.
The
method
is
based
on
a
successive
search
for
important
ET
residues
in
terms
of
modifying
the
QM
region
following
the
evolution
of
the
spin
density
of
the
electron
(hole)
within
a
given
transfer
region.
We
proved
the
usefulness
and
applicability
of
the
algorithm
on
the
P450cam/Pdx
complex,
indicating
the
key
role
of
Arg112
of
P450cam
and
Asp48
of
Pdx
for
its
ET
pathway,
both
being
known
to
be
important
from
the
literature.
Besides
only
identifying
the
ET
pathways,
we
further
quantified
their
importance
in
terms
of
electronic
coupling
of
donor
and
acceptor
incorporating
the
particular
pathway
residues.
Within
this
regard,
we
performed
two
systematic
evaluations
of
the
underlying
reasons
for
the
influence
of
solvent
and
temperature
onto
electronic
coupling
in
oligopeptide
model
systems.
Both
studies
revealed
that
electronic
coupling
values
strongly
fluctuate
throughout
the
molecular
dynamics
trajectories
obtained,
and
the
mechanism
of
electron
transfer
is
affected
by
the
conformational
space
the
system
is
able
to
occupy.
Combining
both
ET
mapping
and
electronic
coupling
calculations,
we
finally
investigated
the
electron
transfer
in
the
CcP/Cytc
complex.
Our
findings
indicate
the
key
role
of
Trp191
being
the
bridge-‐localized
state
of
the
ET
as
well
as
the
main
pathway
consisting
of
Ala194,
Ala193,
Gly192
and
Trp191
between
CcP
and
Cytc.
Both
findings
were
confirmed
through
the
literature.
Moreover,
our
calculations
on
several
snapshots
state
a
nongated
ET
mechanism
in
this
protein
complex.
The
methodology
developed
along
this
thesis,
mapping
ET
pathways
together
with
their
evaluation
through
electronic
coupling
calculations,
suggests
a
straightforward
and
promising
approach
to
investigate
long-‐range
ET
in
proteins.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UPF/oai:www.tdx.cat:10803/22685 |
| Date | 04 April 2011 |
| Creators | Wallrapp, Frank |
| Contributors | Guallar, Victor, Universitat Pompeu Fabra. Departament de Ciències Experimentals i de la Salut |
| Publisher | Universitat Pompeu Fabra |
| Source Sets | Universitat Pompeu Fabra |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 200 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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