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Título: Estudo da difusão do hidrogénio molecular numa hidrogenase [nifese] por métodos de dinâmica molecular
Autor: Baltazar, Carla Sofia Arrifes
Orientador: Soares, Cláudio Manuel, 1966-
Ferreira, António Eduardo do Nascimento, 1964-
Palavras-chave: Desulfomicrobium baculatum
Hidrogenases [NiFeSe]
Difusão
H2
Dinâmica molecular
Teses de mestrado - 2009
Issue Date: 2009
Resumo: As hidrogenases são enzimas que catalisam a oxidação reversível de H2, considerado um combustível alternativo limpo. Como a sua inibição por O2 tem sido um dos grandes obstáculos à sua aplicação em sistema biotecnológicos, as poucas hidrogenases resistentes ou tolerantes ao O2 têm despertado muita curiosidade. O centro activo das hidrogenases do tipo [NiFe] contém um ferro e um níquel. Este último é coordenado por quatro cisteínas. O subgrupo das hidrogenase [NiFeSe], onde uma das cisteínas está substituída por uma selenocisteína, é particularmente interessante porque apresenta tolerância ao O2 e maior eficiência na produção de H2 quando comparada com as hidrogenases [NiFe] padrão, não se sabe, no entanto, como é que o selénio influencia estas propriedades. A cristalografia de raios X revelou a presença de canais que permitem ao H2 e O2 aceder ao centro activo, conservados nas hidrogenases padrão. No caso das hidrogenases reguladoras existem indícios de que o estreitamento destes canais, e consequente redução do acesso dos gases, pode ser a razão para a sua tolerância ao O2. Na hidrogenase [NiFeSe] de Dm. baculatum um dos canais identificado nas hidrogenases padrão não está conservado. O estudo apresentado neste trabalho tem por objectivo analisar os processos de difusão na hidrogenase [NiFeSe] de Dm. baculatum, através de simulações de dinâmica molecular e compará-los com o reportado para hidrogenase [NiFe] de D. gigas, de modo a perceber se estes podem influenciar a diferença de desempenho destes dois enzimas. Os resultados indicam que a quantidade de H2 interiorizada, assim com a sua densidade junto ao níquel é superior na hidrogenase [NiFeSe] de Dm. baculatum. As três principais vias de acesso são similares nas duas hidrogenases, mas a hidrogenase [NiFeSe] apresenta maior afluência no canal da subunidade pequena e menor circulação de H2 na zona do canal menos conservado.
Hydrogenases catalyze the reversible oxidation of H2 to protons and electrons. These enzymes have large potential for producing and oxidizing H2, which is considered an alternative green fuel. The O2 inhibition is an obstacle to their application in biotechnological systems. Nonetheless, there are some hydrogenases that are O2 resistant or tolerant. The [NiFe]-type hydrogenases have a bimetallic active site with an iron and a nickel ion. In the subgroup of [NiFeSe]-hydrogenases, one of the four cysteins that coordinate the nickel in [NiFe]-hydrogenases, is replaced by a selenocystein. These [NiFeSe]- hydrogenases are particularly interesting for their higher H2 production rate when compared to the standard [NiFe]-hydrogenases, in addition to their O2 tolerance. It is not clear which role selenium plays in these properties. In regulatory hydrogenases, the diminished gas diffusion has been pointed by some studies as the reason for their O2 resistance, suggesting that the hydrophobic channels that provide gas access in hydrogenases are narrower in these enzymes. One of those channels identified in the Xray structure of standard [NiFe]-hydrogenase appears to be less conserved in the NiFeSe]-hydrogenase of Desulfomicrobium baculatum. The influence of H2 diffusion in the Dm. baculatum [NiFeSe]-hydrogenase particular properties is addressed in this work. The H2 diffusion in this protein is simulated with molecular dynamics methods, and the results are compared with a previous study concerning the Desulfovibrio gigas [NiFe]-hydrogenase. The results indicate that the hydrogen internalization is higher for the [NiFeSe]- hydrogenase and a higher H2 density near the nickel ion is registered for these enzymes. Although the three main pathways are roughly maintained, the flow of H2 in the small subunit channel appears to be augmented in the [NiFeSe]-hydrogenase, while the least conserved channel in the X-ray structure present a reduced flow.
Descrição: Tese de mestrado, Bioquímica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2009
URI: http://hdl.handle.net/10451/3551
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