Flavoenzymes in Microbial Systems: Analysis of Structure-Function Relationships

Minjarez Saenz, Martha Isabel
Medina Trullenque, María Milagros (dir.) ; Martínez Júlvez, Marta María (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2024

Resumen: Esta Tesis Doctoral se planteó con objeto de mejorar nuestra comprensión de los mecanismos de acción específicos de especie en sistemas dependientes de flavoenzimas como parte de redes metabólicas complejas. Las flavoproteínas y flavoenzimas son biomoléculas versátiles involucradas en procesos celulares como la transducción de señales, síntesis de nucleótidos y defensa contra el estrés oxidativo. Utilizan derivados de riboflavina como cofactores (FMN y/o FAD), los cuales les otorgan propiedades de óxido-reducción únicas. Los sistemas dependientes de flavoenzimas son esenciales en todo tipo de organismos, y algunas se han revelado como interesantes dianas terapéuticas o herramientas biotecnológicas. Como primer objetivo, se planteó la descripción del contenido del flavoproteoma de la bacteria patógena Brucella ovis, agente causal de la brucelosis ovina, Este estudio, permitió identificar un total de 78 flavoproteínas, casi todas flavoenzimas, para las que se prevé una alta diversidad funcional. El 55% de ellas forman parte del proteoma central del género Brucella, y la mayoría de ellas intervienen en procesos como el mantenimiento celular, la supervivencia, la respuesta al estrés, la virulencia y la infectividad. Curiosamente, se observó también una alta divergencia en algunas de estas flavoproteínas con respecto a homólogos cercanos en otras especies, sugiriendo posibles actividades catalíticas modificadas o aún no identificadas. Por tanto, este estudio permitió identificar algunas flavoenzimas que pueden resultar en la identificación de dianas para la búsqueda de antimicrobianos y/o nuevas herramientas biotecnológicas. Adicionalmente, se planteó la caracterización funcional y estructural de tres enzimas que componen un sistema multienzimático y que están involucradas de forma secuencial en las etapas iniciales de la biosíntesis de los componentes del peptidoglicano en el citosol de B. ovis: en particular, la enzima UDP-N-acetilglucosamina enolpiruvil transferasa (MurA), la flavoenzima UDP-N-acetilglucosamina enolpiruvato reductasa (MurB) y la enzima UDP-N-acetilmuramoil-L-alanina ligasa (MurC) de B. ovis. En este trabajo, estas tres enzimas se han sobreexpresado de forma heterológa y purificado a homogeneidad, lo que ha permitido estandarizar metodologías para su caracterización bioquímica, biofísica y estructural. En particular, disponer de estas enzimas ha permitido profundizar en sus propiedades especie-específicas en Brucella, proponer la actividad enzimática de MurA de B. ovis como diana para la búsqueda de antimicrobianos, y establecer las bases que permitirán una mejor comprensión de este sistema, así como posibles intervenciones futuras en él. Finalmente, este estudio se planteó también profundizar en el mecanismo de acción de la Flavina-Ferredoxina Tioredoxina Reductasa (FFTR) de la cianobacteria Gloeobacter violaceus durante el proceso de transferencia de electrones desde su potencial donador fisiológico, la ferredoxina Fdx1. Esta FFTR es una enzima homodimérica, que presenta como centros redox una molécula de FAD y un grupo disulfuro, y que se propone juega un papel clave en la reducción de la tiorredoxina utilizando los electrones procedentes de Fdx1. En particular, en este estudio, se han evaluado las propiedades de óxido-reducción de FFTR frente a distintos donadores de electrones tanto en la proteína nativa como en diversas variantes en el entorno de sus dos centros redox, el FAD y el grupo disulfuro. Los resultados obtenidos muestran como el entorno del FAD contribuye a modular significativamente sus propiedades de óxido-reducción, y ponen de manifiesto la complejidad de los mecanismos de transferencia de electrones en este sistema. En conclusión, esta Tesis Doctoral contribuye a mejorar nuestra comprensión en cuanto a la variabilidad y versatilidad de los sistemas dependientes de flavoenzimas aquí estudiados.


Resumen (otro idioma): 

Pal. clave: proteinas ; biofisica ; bioquimica

Titulación: Programa de Doctorado en Bioquímica y Biología Molecular

Plan(es): Plan 485

Área de conocimiento: Ciencias

Nota: Presentado: 07 03 2024

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2024

Aportación del TFG/M a la Sostenibilidad: Garantizar una vida saludable y promover el bienestar para todos y todas en todas las edades