Estudio computacional de reacciones organocatalíticas e interacciones de macrólidos-proteínas del citoesqueleto

Resumen

El siguiente trabajo recopila los resultados conseguidos durante el transcurso del periodo doctoral, el cual se divide en dos secciones: la primera sección aborda distintos estudios sobre reacciones organocatalíticas, basados en la estabilidad termodinámica relativa de sus principales intermedios de reacción, calculada mediante métodos ab initio y DFT; la segunda sección corresponde a estudios de interacciones de macrociclos naturales con sus respectivas dianas terapéuticas mediante simulaciones computacionales. La primera sección está constituida por tres artículos, en el primero de los cuales se compararon las fiabilidades de distintos métodos DFT, especialmente del popular método híbrido B3LYP, para describir ciertas reacciones isodésmicas, pero también sus desventajas y los posibles errores que se pueden derivar en el momento de calcular las energías relativas para cada caso. El segundo artículo elabora una serie de simulaciones de reacciones de intercambio –experimentales e hipotéticas– con el objetivo de relacionar los cálculos con los resultados experimentales. Y en el tercer artículo se realiza un estudio computacional de intercambio entre especies iónicas (iones de tipo pirrolidinio) y cetonas, en condiciones totalmente anhidras y en ausencia de catalizadores, en el que se discuten los probables mecanismos de reacción sobre las reacciones de metátesis o intercambio que se acaban de mencionar. La búsqueda de los estados de transición más plausibles se llevó a cabo usando distintos niveles de teoría (DFT y MP2). Este trabajo fue una colaboración con el Prof. D. Seebach, autor principal del grupo de ETH responsable de los resultados experimentales. En la segunda sección de esta Tesis abordamos unos estudios computacionales ligados al uso de métodos de mecánica molecular para investigar sistemas biológicos macromoleculares. Dicha sección se compone de dos artículos publicados, en el primero de los cuales se han comparado las bondades de diversos programas de docking molecular con diferentes métodos de puntuación (scoring) para estimar la energía de afinidad entre ligando‒receptor. Se han generado diversos confórmeros para cada ligando y se ha evaluado la fiabilidad de la conformación bioactiva esperada y la pose cristalográfica preferida, mediante los programas de docking que se disponían en nuestro grupo de investigación. Con toda esta información, en el segundo artículo de esta sección intentamos explicar cómo dos productos naturales, tan distintos entre sí, como laulimalida y pelorusida pueden ejercer el mismo efecto estabilizador del microtúbulo. Para ello, se ha investigado la relación que existe entre la afinidad de ambos productos naturales por su común sitio de unión, mediante docking y dinámica molecular (MD). Asimismo, por medio de estudios de metadinámica, hemos analizado la superficie de energía potencial de las distintas conformaciones de estos compuestos al interaccionar con una zona específica de la tubulina, conocida como M-loop. El conocimiento adquirido sobre simulación de ligandos macrocíclicos con sus respectivos receptores, a lo largo de la segunda sección, ha podido aplicarse a un caso de nuestro interés que son las anfidinolidas B/H (unas anfidinolidas de gran tamaño) con otra proteína del citoesqueleto, los filamentos de actina (F-actina). Hay que indicar, además, que no existe todavía ningún fármaco antitumoral cuyo target sea la F-actina, que es un objetivo a largo plazo del grupo. Este estudio se llevó a cabo con estructuras de anfidinolidas y con un filamento de actina por separado, se analizaron las distintas conformaciones que puede adoptar estas anfidinolidas, el reconocimiento molecular entre tales moléculas y la proteína, y dinámicas moleculares con el fin de conocer cómo ejerce su efecto estabilizador sobre el filamento de actina, acción que ha sido reportada por la literatura, pero cuyo mecanismo de acción es desconocido. Estos resultados preliminares demuestran que las anfidinolidas generan ciertas restricciones conformacionales en algunas zonas de esta proteína.