Tesis Doctorado
Estudio teórico de la estructura electrónica y de los mecanismos de tautomería lactama-lactima en bilinas de fitocromo
Autor
Matute-Morales, Ricardo Andrés
Institución
Resumen
El fitocromo es un fotoreceptor de plantas que también se encuentra en bacterias y hongos. En plantas, el fitocromo regula respuestas fotomorfogénicas de la plantacomo, por ejemplo, el desarrollo y crecimiento del tallo, regulación en el periodo de dormancia y de germinación de las semillas, floración, fototaxis, mecanismos deevasión de la sombra, etc. Todos ellos activados o desactivados en forma diferencial mediante longitudes de onda específicas en la región UV-Visible del espectroelectromagnético. El receptor se fotoconvierte entre una .forma fisiológicamente inactiva, Pr, y una forma fisológicamente activa, Pfr. La interconversión entre ambasformas ocurre por mecanismos diferentes que aun se desconocen. Por ello, hay un interés creciente respecto al mecanismo de fotoconversión del fitocromo debido a potenciales aplicaciones en biotecnología. Sin embargo, un obstáculo en la investigación del fitocromo ha sido la escasez de estructuras cristalográficas resueltas en el sistema.Con el propósito de predecir las estructuras del cromóforo en fitocromo, hemos utilizado la teoría del funcional de la densidad dependiente del tiempo (TDDFT). Unanálisis estructural con cálculos teóricos basados en la TDDFT nos permitieron predecir correctamente una estructura semicíclica ZZZssa para la ficocianobilina en el fitocromo Cph1 de cianobacteria. Con dicho análisis pudimos evaluar el efecto del estado de protonación del cromóforo y el entorno proteico sobre las energías de excitación que entrega la TDDFT, logrando una aproximación cuantitativa cuando se utiliza la geometria de un molde cristalográfico sin optimizar junto con el modelo de polarizablecontinuo (PCM) para simular las interacciones electrostáticas entre el cromóforo y la apoproteína. Utilizamos un modelo teórico similar para predecir una estructura semicíclia ZZZssa para la fitocromobilina en el fitocromo A de planta donde, además dela aproximación cuantitativa del modelo, también pudimos reproducir el índice espectroscópico Q/S, correspondiente a la razón entre las fuerzas de oscilador de lasbandas Q y Soret, respectivamente. Con el propósito de explicar el comportamiento general del índice Q/S para bilinas, se propuso un modelo teórico, donde definimos untérmino empírico F para el sistema, el cual presenta un componente Fs asociado a las funciones intrinsecas del sistema ? conjugado (corriente de anillo y aromaticidad) y un componente FQ asociado a la fotoisomerización del cromóforo. Nuestro modelo teóricoplantea que, cuando se cambia la conformación del sistema, el término F se conserva (F = Fs + FQ), por lo que solamente cambia la distribución entre sus componentes.Con respecto al fotociclo del fitocromo, estudiamos la fase térmica de la fotoconversión de Pr a Pfr. Los espectros teóricos de absorción para la forma Pfr, elanálisis de los estados de transición involucrados, y los desplazamientos químicos deRMN nos sugieren que durante la interconversión Pr/Pfr ocurre una tautomería lactamalactima en el anillo A del cromóforo (no así en el anillo D). Además, nuestrosresultados indican que es posible que la tautomería se lleve a cabo a través de un mecanismo catalizado por cierta molécula de agua cristalográfica localizada en lasproximidades del anillo A de la bilina, denominada "agua Pirrólica", la que haría decatalizador bifuncional. PFCHA-Becas Doctor en Química 131 p. PFCHA-Becas TERMINADA