Transferência de prótons na Protease do HIV:

Dinâmica Molecular do HIV-PR

Em breve uma descrição completa deste vídeo. Como descrevemos na introdução anterior, a aspartil protease do HIV (HIV-PR) é indispensável para a maturação do vírus da AIDS. Ela deve ser capaz de reconhecer e clivar 12 tipos de fragmentos de sequências diferentes, esses substratos são comumente formado por dez resíduos [1]. Se fizéssemos uma analogia, poderíamos dizer que a HIV-PR desempenha um papel de “tesoura molecular” clivando diversas poliproteínas em proteínas menores e funcionais, de forma a gerar um vírus capaz de infectar novas células.

A HIV PR é estruturalmente ativa na forma dimérica onde cada cadeia é composta de 99 aminoácidos. Além disso, ela apresenta um sítio ativo composto por uma tríade catalítica (Asp25-Thr26-Gly27), cuja estrutura é mantida por um conjunto de ligações de hidrogênio denominado “fireman's grip” [2]. Uma das principais características do mecanismo de reação da HIV-PR é que os resíduos catalíticos da protease do HIV (Asp25 e Asp25') devem participar da catálise em estados de protonação opostos [3,4]. Em 1984 Pearl & Blundell [5] propuseram, através de estudos de cristalografia, que um próton é partilhado entre os ácidos aspárticos catalíticos, com a carga negativa deslocalizada em ambos os carboxilatos. Contudo, quando o substrato se liga à enzima, tal simetria é quebrada, causando uma localização do próton preferencialmente em um dos aspartatos catalíticos.

Por outro lado, Northrop et al. [6] com base no conceito de “Ligações de Hidrogênio de Baixa Barreira” (LBHB) propuseram um mecanismo catalítico para HIV-PR onde sugeriram a existência de uma LBHB entre os Aspartatos catalíticos durante o mecanismo de catálise. As LBHB sãos ligações de hidrogênio com distâncias menores que 2,5 Å, tal proximidade entre os átomos doadores e aceptores reduz a barreira de energia o que facilita a troca rápida do próton entre esses grupos [7,8].

Embora, exista um consenso de que os resíduos catalíticos atuem em estados de protonação opostos, há diversas controvérsia em relação ao compartilhamento desse próton entre os resíduos catalíticos. Dessa forma, o completo entendimento do mecanismo de reação da HIV-PR é de suma importância para o avanço no desenvolvimento de novos inibidores de HIV-PR (IP).

Nesse trabalho, nós utilizamos a metodologia de QM/MM [9] para determinar como se comportou o próton pertencente a díade catalítica (50 ps) na HIV-PR interagindo com o substrato NC/p2.

Pode-se visualizar claramente no vídeo que em nossa dinâmica esse próton flutuou entre os dois resíduos, além de em diversos momentos observarmos o compartilhamento desse próton pelos resíduos catalíticos o que corrobora os resultados de Northrp et al [6].

Bibliografia

1. Côté, H. C. F., Brumme, Z. L. and Harrigan, P. R. Human Immunodeficiency Virus Type 1 Protease Cleavage Site Mutations Associated with Protease Inhibitor Cross-Resistance. Journal of Virology, 75(2): 589-594, 2001.

2. INGR, M., T. et al. Kinetics of the dimerization of retroviral proteases: the “fireman’s grip” and dimerization. Science, 12(10): 2173–2182, 2003.

3. Hyland, L. J. and et al. Human immunodeficiency virus-1 protease.1 Initial velocity studies and kinetic characterization of reaction intermediates by 18o isotope exchange. Biochemistry. Comal Physics, 30: 8441–8453, 1991.

4. Das, A., Mahale, S., Prashar, V., Bihandi, S., Ferrer, J. L., Hosur, M. V. X-ray Snapshot of HIV-1 Protease in Action: Observation of Tetrahedral Intermediate and Short Ionic Hydrogen Bond SIHB with Catalytic Aspartate. JACS, 132: 6366-6373, 2010.

5. Pearl, L.; Blundell, T. The active site of aspartic proteinases. FEBS Lett. 174(1): 96-101, 1984.

6. Northrop, D. B. Follow the protons: a low-barrier hydrogen bond unifies the mechanisms of the aspartic proteases. Acc. Chem. Res. 35(10): 790-797, 2001.

7. Cleland, W. W.; Frey, P. A.; Gerlt, J. A. The low barrier hydrogen bond in enzymatic catalysis. J. Biol. Chem. 273(40): 25529-25532, 1998.

8. Frey, P. A. Review: Strong hydrogen bonding in molecules and enzymatic complexes. Magn. Reson. Chem. 39(S1): S190-S198, 2001.

9. Senn, H. M. and Thiel, W. QM/MM Methods for Biomolecular Systems. Angew. Chem. 48: 1198-1229, 2009.

 

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