Estudo comparativo entre diferentes nitrosil hemoproteinas por ressonância paramagnética eletrônica.

• Main Author: Caracelli, Ignez
• Other Authors: Nascimento, Otaciro Rangel
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 1987
• Subjects: ESR; Hemoproteínas; Horse and spermwhale myoglobin; Mioglobina; Nitric oxide; Óxido nítrico; Ressonância eletrônica
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/54/54132/tde-27072009-144857/

As propriedades dos derivados nitrosilados de diferentes hemoproteínas em função da temperatura, da concentração de óxido nítrico (NO) e pH, foram investigadas utilizando a técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE). Nas hemoproteínas, o grupo heme está acomodado em um bolso: de um lado encontra-se a histidina proximal, de outro uma cavidade aberta onde pode ocorrer a ligação de O2 (ou outras moléculas, tais como H2O, NO, CO, etc.). Perto daí, encontra-se o sítio distal, que pode ou não estar ocupado por uma cadeia lateral de aminoácido, o qual pode influenciar a ligação do ligante. As proteínas estudadas, marcadas com NO, foram: mioglobinas de Cavalo de Cacgalote, que possuem o sítio distal ocupado por um resíduo de histidina, a mioglobina do molusco Aplysia brasiliana (Mb Apb) que não possue um resíduo de aminoácido no sítio distal e a eritrocruorina da minhoca Annelidae Glossoscolex paulistus (Ec AGp), cuja vizinhança do heme não está determinada. Os resultados obtidos com as soluções de mioglobinas de Cavalho e de Cachalote, preparadas a partir da proteína liofilizada (Sigma) mostram cerca de 13% de mioglobina está na forma oxi (MbA) e o restante na forma meta (MbB). A ligação de NO à Mba se faz por simples substituição da molécula de O2 por NO, mantendo o ferro em seu estado ferroso. Já para a MbB, a ligação ocorre em duas etapas: na primeira reduzindo o Fe3+ a Fe2+ e, numa segunda, cuja extensão depende da concentração de NO, o óxido nítrico liga-se ao Fe2+ produto da redução do ferro da MbB. Se a razão NO/Mb é igual ou maior que 2/1, o espectro da RPE é uma linha carga (tipo B), como tem sido identificado na literatura. Se a razão NO/b é da ordem de 0,2/1, o espectro de RPE (tipo A) apresenta um desdobramento hiperfino, similar ao da deoxiHb humana na conformação T. Se a razão NO/Mb varia entre 0,2 e 2, o espectro de RPE é uma mistura de dois tipos (AB). Os espectros tipo A e AB apresentam uma clara dependência com a temperatura, ao passo que o espectro tipo B não. Observa-se que também que a afinidade pelo NO da MbB depende do pH; quanto menor o pH, mais difícil fica se completar a reação do Fe3+ com o NO, mesmo se a razão NO/Mb é maior que 2. Os espectros de RPE da MbANO e da MbBNO são diferentes, porque o campo cristalino em torno do ferro apresenta pequenas variações, alterando a distância de N&#949-FE-NO. No caso da MbA isto dá origem a um espectro similar ao encontrado para o ferro pentacoordenado (tipo A); no caso da MbB, o espectro é do tipo encontrado para ferro hexacoordenado (tipo B). O estudo da dependência do espectro de RPE com a temperatura, no caso da EcNO AGp, mostra que existe um equilíbrio térmico entre duas espécies hexacoordenadas: a espécie I, que predomina à baixa temperatura e cujo espectro de RPE exibe desdobramento superhiperfino com 9 linhas; a espécie II, que predomina altas temperaturas e cujo espectro de RPE é uma linha larga. No intervalo de temperaturas estudado, pode ser observado que em temperaturas intermediárias, os espectros são uma mistura das duas espécies. Pode-se através de diferença espectral estudar o comportamento de cada espécie separadamente e o equilíbrio da mistura. Verificou-se que as duas espécies estão separadas por cerca de 2 kcal/mol. Com os resultados obtidos e comparando-os com os obtidos na literatura, é possível sugerir a existência de uma glutamina distal para a Ec AGP. Para a MbNO ApB, encontra-se um espectro de RE que apresenta desdobramento superhiperfino com 9 linhas. Os espectros a baixa e alta temperatura são similares apenas à alta temperatura e a resolução é menor. Observa-se ainda, a influenciado sítio distal (his E7 nas mioglobinas de Cavalo e de Cachalote) sobre a ligação Fe-N-O. Nas Mb de Cavalo e de Cachalote, em que o sítio distal é ocupado por uma histidina, o espectro da RPE da MbNO é uma linha larga que não varia significativamente com a temperatura. Na Ec AGp, em que o sítio distal está provavelmente ocupado por uma glutamina, o espectro de RPE apresenta uma dependência com a temperatura: a 309.3K, o espectro é uma linha larga, a 103.0K, o espectro apresenta desdobramento superhiperfino. Na Mb Apb, em que não há resíduo básico ocupando a posição distal, o espectro apresenta desdobramento superhiperfino em todo o intervalo de temperatura estudado (113,7K a 283,3K). === Using the Electron Paramagnetic Resonance (EPR) technique, the properties of several nitrosyl hemoproteins were investigated as a function of temperature, pH and nitric oxide (NO) concentration. In hemoproteins, the heme moiety is esconced in a pocket: in one side there is na open cavity where the bonding of different molecules, such as H2O, NO, CO, etc., may occur occupied or not by an aminoacid residue thus influencying in different ways the ligand bonding. The following nitrosyl hemoproteins were studied: horse and spermwhale myoglobins which have an histidine residue occupying the distal site, the myoglobin of the mollusk Aplysia brasiliana (Mb Apb) which has no aminoacid residue in the distal site and the erythrocruorin from the earthworn Annelidae Glossoscolex paulistus (Ec AGp) whose structure is no yet known. The results that were obtained with horse and spermwhale myoglobins solutions prepared using liofilized protein from Sigma, show that almost 13% of the myoglobins is in the oxi form (MbA) and the remaining 87% is in the meta form (MbB). The NO binding to MbA is done by simple substitution of the O2 molecule, remaining the iron atom in its ferrous state. With MbB we have a quite different situation and in this case, two steps are needed to obtain the nitric oxide derivative: first the Fe3+ is reduced to Fe Fe2+ and then the NO molecule bind to it, the extention to which this last step occurs, depends on the nitric oxide concentration. If the NO/Mb ratio is equal to or greater than 2/1, the EPR signal is a broad line (B type), as it has been already identified. If the NO/Mb ratio is around 0,2/1, the EPR spectrum (A type) is characterized by a hyperfine splitting similar to that of human deoxihemoglobin in the T conformation. Finally, in the NO/Mb ratio has a value between 0,2/1 and 2/1, the EPR signal observed is due to contributions from both species (AB). Variations in the EPR spectra with temperature is only observed for the A and AB types. Futhermore, it has also been observed that MbB affinity for NO is pH dependent, the lower the pH, more difficult is the completation of the Fe3+ reaction with NO, even IF the NO/Mb ratio is greater than 2/1. The difference between the EPR spectra of MbA and MbB is due to the small but significative differences in the crystal field around the iron atom, thus modifying the N&#949-FE-NO distance. In the MbA case, this gives rise to a spectrum similar to that find for pentacoordinated iron (A type), for MbB the spectrum shows a pattern similar to that find for a hexacoordinated iron atom (B type). The analysis of the EPR spectra of EcNO AGp at various temperatures showed that there is a thermal equilibrium between two hexacoordinated species: species I, which is predominant at a low temperatures and is characterized by a nine-line superhyperfine splitting, and species II, which is predominant at high temperatures, characterized by a broad line EPR spectrum . It was found that in the range of temperatures studied , the EPR signals are due to contributions from two species. The spectral difference made possible to learn about each species independently and the equilibrium. The two species differ in enthalpy by no more than about 2 kcal/mol. At the light of these findings, and compearing with the data found in the literature, it may be postulated the existence of a glutamine at the distal site in Ec AGp. For MbNO Apb, it was found an EPR spectrum exhibiting a nine-line superhyperfine splitting. The EPR spectra at low and high temperatures are similar, but the former are well resolved while in the latter, the superhyperfine splitting is something blurred. Futhermore, it has been possible to learn about the influence of the distal site on the Fe-N-O bond. For horse and spern whale myoglobins, where na histidine occupies the distal site, the EPR spectrum is a broad line which does not change significatively with temperature. For Ec AGp, where a glutamine probably occupies the distal site, the EPR spectra are temperature dependent: at 309.3K it is a broad line and at 103.0K it presents superhyperfine splitting. Finally, for Mb Apb where there is no basic residue occupying the distal site, the EPR spectra are characterized by a nine-line superhyperfine splitting all over the temperature range studied (113.7K to 283,3K).