Efectos cuánticos en reacciones enzimáticas de transferencia de hidrógeno

Abstract

En el presente trabajo se utilizó un método mixto clásico-cuántico para estudiar la etapa determinante de la velocidad de oxidación de metilamina, catalizada por la enzima metilamino deshidrogenasa (MADH). En esta etapa, un protón es transferido desde un grupo metilo del sustrato hacia una base del sitio activo. Los resultados experimentales indican que el traspaso del protón ocurre por efecto túnel, un efecto cuántico que sólo recientemente fue observado en enzimas. En el capítulo 2 se exponen los principios básicos de química cuántica. En el capítulo 3 se explican las diferentes metodologías computacionales empleadas para calcular la energía electrónica de un sistema molecular. Con estas herramientas se discuten, en el capítulo 4, los fundamentos de los métodos de mecánica y dinámica molecular. Concretamente se describen los campos de fuerzas, el método Empirical Valence Bond, y los principios del método mixto clásico-cuántico implementado. El evento estudiado y su relevancia se exponen en el capítulo 5. Ya en la segunda parte del trabajo, en el capítulo 6, se presentan los resultados de cálculos cuánticos efectuados sobre modelos del sitio activo de la enzima. Luego, en el 7, se muestra un estudio de dinámica molecular clásica, realizado a fin de analizar los movimientos de la enzima en la etapa previa a la transferencia del protón. Posteriormente, en el capítulo 8 se examina la influencia del residuo Thr122 en la transferencia del protón. El detalle de la metodología mixta clásico-cuántica utilizada para simular la etapa determinante de la velocidad de la reacción y calcular el efecto isotópico cinético, junto con los resultados obtenidos se exponen en el capítulo 9. Finalmente, en el capítulo 10, se presentan las conclusiones generales del trabajo y las perspectivas para su continuación en el futuro.