Estudio toxicológico in silico del mecanismo de inhibición del plomo (Pb2+) en hexocinasa de S. cerevisiae

Abstract

El envenenamiento por plomo (Pb) es un grave problema de salud pública. En nuestro grupo, se ha observado que el Pb2+ inactiva la hexocinasa de S. cerevisiae cuando es preincubada sin glucosa, con Mg2+ y ATP4- por 15 min. Con el objetivo de elucidar el mecanismo toxicológico, se realizó un análisis estructural de la enzima y se describieron propiedades fisicoquímicas y electrónicas de complejos Metal-ATP2- (Metal = Mg2+, Mn2+, Ca2+ y Pb2+). Los cálculos realizados mediante la Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT) —al nivel de teoría B3LYP, con los conjuntos base 6-31+G(d, p) para C, H, O, N, P, Mg, Ca y Mn, y LANL2DZ para Pb— indican que los complejos Pb-ATP2- se forman por adición o por desplazamiento y mimetización química, y que la principal función del Mg2+ no es incrementar la electrofilicidad del fósforo-γ para su transferencia, sino estabilizar la cadena trifosfato y disminuir la nucleofilicidad del PO_(3-γ) para que se lleve a cabo el ataque nucleofílico por parte del 6-OH de la glucosa. Los análisis de acoplamiento molecular indican que todos los complejos Metal-ATP2- se unen al sitio de unión de ATP4- con la misma energía. Sin embargo, las simulaciones por dinámica molecular (MD) muestran que el complejo Pb-ATP_γβ^(2-) ocupa el sitio de manera transitoria. La evaluación por MD y DFT de un sitio de unión de Pb2+ revela que el ion se une de manera estable en el sitio de unión de glucosa y no es desplazado por el sustrato endógeno. Por tanto, el principal mecanismo toxicológico es, aparentemente, la unión de Pb2+ al sitio de unión de glucosa. El análisis de conservación sugiere que el mecanismo toxicológico es el mismo para ambas isoformas de S. cerevisiae y podría tener efectos similares en HKs humanas in vitro.