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dc.contributor.advisorLópez-Garriga, Juan
dc.contributor.authorRamos-Santana, Brenda J.
dc.description.abstractThe clam Lucina pectinata Hemoglobin I (HbI) is a monomeric protein with a prosthetic group, known as heme group, in which the iron atom can either be in the ferrous (Fe(II)) or the ferric (Fe(III)) oxidation state. This globin protein is sulfide reactive hemoglobin in its ferric state that binds and transports H2S to sulfide-oxidizing chemoautotrophic bacteria to maintain a symbiotic relationship. It was discovered that H2S binding to HbI has a biological function protecting the mollusk from H2S toxicity as an adaptative process of the invertebrate hemoglobin I from L. pectinata. The distal pocket of HbI is characterized by the presence of a GlnE7 and a PheB10. Site-directed mutant of the gene encoding wild-type HbI were made that changed Phe to Tyr at B10 position. The recombinant (rHbI) and rHbI PheB10Tyr mutant proteins were expressed in Escherichia coli and purified to homogeneity. 1H-NMR studies were conducted on rHbI and rHbI PheB10Tyr mutant to elucidate the structural-functional properties of HbI. The effects of this mutation were evaluated on the ferric cyanide derivative environment to characterize the structural properties of the rHbI and rHbI PheB10Tyr mutant. The results obtained show chemical shifts of TyrB10 OHn at 31.00 ppm, GlnE7 NE1H/NE2H at 10.66/-3.27 ppm, and PheE11 CH at 11.75 ppm, indicating the presence of a crowded, collapsed, and constrained distal pocket. The strong dipolar contacts and inter-residues crosspeaks between GlnE7/6-heme propionate group, GlnE7/TyrB10 and TyrB10/CNresults suggested that a hydrogen bonding network loop between GlnE7, TyrB10, 6-propionate group, and the heme ligand contribute significantly to the modulation of the heme iron electron density as well as the ligand stabilization mechanism. Therefore, the network loop presented here support the fact that the electron withdrawing character of the hydrogen bonding is controlled by the interaction of the propionates and the nearby electronic environments contributing to the modulation of the heme electron density state. Thus, we hypothesize that in hemeproteins with similar electrostatic environment the flexibility of the heme-6-propionate promotes a hydrogen bonding network loop between the 6-propionate, the heme ligand and nearby amino acids, tailoring in this way the electron density in the heme-ligand moiety. Also, a NMR structural model was used to reveal a magnetic field mapping around the heme oxidation-reduction state in presence of H2S derivative.
dc.description.abstractLa Hemoglobin I (HbI) de la almeja Lucina pectinata es una proteína monomérica que contiene en su centro activo un grupo prostético, conocido como grupo hemo, el cual posee un átomo de hierro que puede encontrarse en su estado oxidativo ferroso (Fe(II)) o férrico (Fe(III)). Esta proteína en su estado férrico es considerada reactiva a sulfuro de hidrógeno (H2S) debido a que enlaza y transporta el H2S a una bacteria quimioautotrófica con la cual vive en una relación simbiótica. Se descubrió que este enlace a H2S genera una función biológica protectora en el molusco debido a que evita su intoxicación por H2S como un proceso adaptativo de la hemoglobina invertebrada de L. pectinata. El bolsillo distal de HbI está caracterizado por la presencia de GlnE7 y PheB10. Una mutación del código genético que codifica la HbI nativa fue realizada sustituyendo a Phe por Tyr en la posición B10. La proteína recombinada rHbI y el mutante rHbI PheB10Tyr fueron expresados en Escherichia coli y purificada para su homogeneidad. Estudios espectroscópicos de 1H-NMR fueron realizados en rHbI y el mutante de rHbI PheB10Tyr para dilucidar las propiedades estructurales y funcionales de la HbI. Los efectos de esta mutación se evaluaron utilizando un derivado de cianuro férrico para caracterizar las propiedades estructurales del mutante rHbI PheB10Tyr. Los resultados obtenidos muestran desplazamientos químicos de TyrB10 OH en 31.00 ppm, GlnE7 NE1H/NE2H en 10.66/-3.27 ppm, y PheE11 CH en 11.75 ppm. Estos estos resultados indican la presencia de un bolsillo distal que se encuentra colapsado y estrecho. Los contactos dipolares fuertes y las interacciones entre los residuos de GlnE7/grupo propionato-6 del hemo, GlnE7/TyrB10, y TyrB10/CN- , sugieren que existe una red de puentes de hidrógeno entre GlnE7, TyrB10, grupo propionato-6, y el ligando enlazado al hemo. Esto contribuye de manera significativa a la modulación de la densidad de electrones del hierro en el grupo hemo, así como al mecanismo de estabilización del ligando. Por lo tanto, esta red de puentes de hidrógeno apoya que el carácter de retirar densidad electrónica de los puentes de hidrógeno es controlado por la interacción de los propionatos y el ambiente electrónico cercano modulando la densidad electrónica del grupo hemo. Entonces, se hipotetiza que las hemoproteínas con similar ambiente electrostático con una flexibilidad del grupo propionato-6, promueve una red de puentes de hidrógeno entre el grupo propionato-6, el ligando en el hemo, y amino ácidos cercanos adaptando de esta manera la densidad electrónica en el centro activo ligando-hemo. En adición, un modelo estructural de NMR fue utilizado para trazar un mapa del campo magnético alrededor del estado oxidativo-reductivo del grupo hemo en presencia del derivado de H2S.
dc.description.sponsorshipNSF and NIH-NIGMS/MBRS-SCORE 5 S06GM008103-36en_US
dc.subjectLucina pectinata hemoglobin Ien_US
dc.subjectActive center moietiesen_US
dc.subjectNMR structural determinantsen_US
dc.titleNMR structural determinants of lucina pectinata hemoglobin I active center moietiesen_US
dc.rights.licenseAll rights reserveden_US
dc.rights.holder(c) 2013 Brenda Judith Ramos Santanaen_US
dc.contributor.committeePrieto, José
dc.contributor.committeeMeléndez, Enrique
dc.contributor.committeeCadilla, Carmen
dc.contributor.representativeNavarro, Ana J. Chemistryen_US
dc.contributor.collegeCollege of Arts and Sciences - Sciencesen_US
dc.contributor.departmentDepartment of Chemistryen_US

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