Estudio químico computacional del intermediario Lactilo­ThDP en el ciclo catalítico de la enzima 

acetohidroxi sintasa G. Jaña, O. Alvarado, E. Delgado 

Grupo de Química Biológica y Computacional, Departamento de Físico Química, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción. Edmundo Larenas Nº 

129, Concepción, CHILE e­mail: gonzalojana@udec.cl 

La  ácido  acetohidroxi  sintasa  (AHAS)  pertenece  a  la  familia  de  las  enzimas  tiamina­ dependientes,  debido  a  que  uno  de  sus  cofactores  corresponde  a  una  molécula  de tiamindifosfato  (ThDP).  Esta  enzima  se  encuentra  en  plantas,  hongos  y  bacterias  y  está involucrada  en  los  primeros  pasos  de  la  ruta  biosintética  de  los  aminoácidos  de  cadena ramificada leucina, valina e isoleucina. Por este motivo es el principal blanco de acción de herbicidas, principalmente  aquellos pertenecientes  a  las  familias  de  las sulfonilureas  y  de las imidazolinonas. 

En el primer paso del ciclo catalítico de la AHAS, en donde el ciclo está constituido por un total  de  cuatro  etapas,  el  ión  iluro  realiza  un  ataque  nucleofílico  sobre  una molécula  de piruvato  para  dar  paso  a  la  formación  del  intermediario  Lactilo­ThDP  (L­ThDP).  Este intermediario  al  descarboxilarse  genera  el  segundo  intermediario  del  ciclo  llamado HEThDP,  pero  además y  anteriormente  a  esto,  el  L­ThDP necesita  para  su  formación  la presencia de un ión hidrogeno el cual en la AHAS es de procedencia desconocida. Por este motivo  se  estudió  la  formación  del  L­ThDP,  postulando  que  el  ión  hidrógeno  proviene desde el grupo amino del anillo pirimidínico del cofactor ThDP, cuando este se encuentra en la forma  APH + [2], figura 1. 

N 

N H 

C H 3  NH 2 + 

N + 

S C ­ 

CH 3 

R 1 

Glu 139 COO ­ 

APH + ­Iluro  CH 3 O 

O ­ 

O 

N 

N H 

C H 3  NH 

N + 

S 

C H 3  R 1 

O H 

CO 2 ­ CH 3 

Glu 139 COO ­ 

IP­L­ThDP Piruvato 

Figura 1: con R1 correspondiente al grupo β­hidroxietildifosfato. 

Se  realizaron  estudios  termodinámicos  en  fase  gas  y  en solución,  además de  analizar  las barreras energéticas de las transiciones tanto para el ataque nucleofílico del ión iluro sobre el piruvato como  también para la transferencia protónica y para la descarboxilacion del L­ ThDP,  considerando  solo a  los sustratos aislados. Los cálculos  se  realizaron utilizando el software  GAUSSIAN  03  empleando  DFT  a  nivel  B3LYP/6­311++G(d,p)//B3LYP/6­ 31++G(d,p)  para  los  sistemas  fase  gas  y  B3LYP(CPCM)/6­311++G (d,p)//B3LYP(CPCM)/6­31++G  (d,p)  para  los  sistemas  en  solución.  Los  cálculos  de  las barreras de activación se realizaron con MOPAC 09  usando el hamiltoniano AM1. Agradecimientos: proyecto Fondecyt Nº 1100064.