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Ver el documento (formato PDF)   Gauto, Diego F..  "Fisicoquímica del agua en la superficie proteica y su protagonismo en la unión de carbohidratos"  (2013)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
La formación de complejos biomoleculares (receptor-ligando), es un proceso que comprende numerosos aspectos físico-químicos, como la formación de diferentes tipos de interacciones entre la proteína y su ligando y el cambio en la estructura de solvatación en las superficies de contacto de ambas moléculas. Un importante desafío consiste en comprender el papel de las moléculas de agua en el proceso de unión, dado que muchas de estas pueden ser desplazadas desde el sitio de unión hacia el seno del solvente, mientras que otras pueden permanecer fuertemente unidas en el mismo, puenteando la interacción entre la proteína y el ligando. Por otra parte, el desplazamiento de aguas juega también un rol clave en la determinación del resultado termodinámico del proceso de unión. El rol de la estructura de solvente en las lectinas, que comprenden todas las proteínas de unión/reconocimiento de carbohidratos sin actividad enzimática, es particularmente relevante en el proceso de reconocimiento, debido a la naturaleza hidrofílica del ligando y el sitio de unión. En este contexto, el presente trabajo de tesis doctoral, pone a prueba la hipótesis de que la estructura del solvente en el sitio de unión a carbohidratos (CBS) de lectinas, guarda una relación con la forma y las interacciones del complejo lectinacarbohidrato resultante, y por lo tanto, se puede utilizar para predecir su modo de unión. Para ponerla a prueba, se plantean los siguientes objetivos: (I) Empleando simulaciones de Dinámica Molecular en solvente explícito, en combinación con un análisis termodinámico estadístico, desarrollar y contribuir a la hipótesis de trabajo de que la estructura formada por las moléculas de agua presentes en el sitio de reconocimiento de carbohidratos en el receptor libre, emulan la posición de los grupos funcionales polares del ligando (en particular los hidroxilos u OHs) cuando se forma el complejo. (II) Combinando el análisis mencionado en el ítem I) con métodos de punto final para el cálculo de la energía libre proteína-ligando, se estudió la base estructural subyacente a la selectividad epimérica mostrada por lectina del hongo Agaricus bisporus (ABL), la cual muestra dos sitios de unión a carbohidratos bien diferenciados (CBS-A y CBSB ) que se encuentran en el mismo dominio, en donde la evidencia experimental muestra que cada uno de ellos es capaz de discriminar entre los epímeros, N-Acetil-DGalactosamina y N-Acetil-D-Glucosamina. (III) Finalmente, utilizando la información de la estructura de solvente, se ha desarrollado un esquema de Docking Molecular modificado que proporciona una mejora significativa en términos de exactitud (la relación entre el complejo predicho y la estructura de referencia cristalográfica) y precisión (discriminación entre el resultado verdadero de los falsos positivos) en la predicción de la estructura de complejos lectina-carbohidratos.

Abstract:
The formation of biomolecular complexes (receptor-ligand), is a process that involves many physicochemical aspects, like the formation of different types of interactions between the protein and its ligand, and the change in the solvation structure between the contact surfaces of both molecules. Understanding the role of water molecules in the binding process is particularly challenging, since while some water molecules are displaced to the bulk solvent, others remain tightly bound in the binding site, bridging protein ligand interactions. Moreover, water displacement is also a key player in determining the thermodynamic outcome of the binding process. Lectins, comprise all carbohydrate binding/recognition proteins that do not have enzymatic activity, and given the hydrophilic nature of these ligands and these binding site, the role of the solvent structure in these protein-ligand recognition process is particularly relevant. In this context, the present PhD thesis, seeks to test and analyze the hypothesis that the solvent structure in the carbohydrate binding site (CBS) of lectins, mimics the shape and interactions of the resulting lectin-carbohydrate complex, and could thus be used to predict their binding mode. To achieve this task, we have pursued the following specific aims: (I) Using explicit solvent molecular dynamics simulations (MD) combined with a statistical thermodynamic analysis, we have analyzed the structure adopted by the water molecules in the CBS of several lectins, and related this information with the position of the polar functional groups of the carbohydrate ligands in the resulting complexes. (II) We have combined the above mentioned analysis with protein-ligand end-point free energy calculations to analyze the underlying structural basis of the epimeric selectivity showed by Agaricus bisporus Lectin (ABL), where two carbohydrate binding site (CBS-A and CBS-B) have found in the same carbohydrate recognition domain (CRD), show that each of them is capable to discriminate between the epimers, N-acetyl-D- Galactosamine and N-acetyl-D-Glucosamine. (III) Finally, and using the information of the solvent structure, we have devised a modified molecular docking scheme that provides significant improvement in terms of accuracy (the relationship between the predicted and crystallographic complex of reference) and precision (discrimination between the true from false positives results) in the prediction of lectin-carbohydrate complex structures.

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Registro:
Título : Fisicoquímica del agua en la superficie proteica y su protagonismo en la unión de carbohidratos     =    Protein’s surface water molecules and their role in the carbohydrate recognition process
Autor : Gauto, Diego F.
Director : Martí, Marcelo
Consejero : Slep, Leonardo
Jurados : Cavasotto, Caludio Norberto  ; Santos, Javier  ; Marceca, Ernesto Daniel
Año : 2013
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE)
Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física (DQIAyQF)
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Inorgánica, Analítica y Química Física
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5431_Gauto
Idioma : Español
Area Temática : Química / Química Macromolecular
Química / Fisicoquímica
Química / Química Orgánica
Palabras claves : LECTINAS; CARBOHIDRATOS; SITIOS DE HIDRATACION; DINAMICA MOLECULAR; DOCKING; TERMODINAMICA; LECTINS; CARBOHYDRATES; WATER SITES; MOLECULAR DYNAMICS; DOCKING; TERMODYNAMICS
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