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One of the main goals of chemistry is to understand the underlying principles of chemical reactions, in terms of both its reaction mechanism and the thermodynamics that govern it. Using hybrid quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM)-based methods in combination with a biased sampling scheme, it is possible to simulate chemical reactions occurring inside complex environments such as an enzyme, or aqueous solution, and determining the corresponding free energy profile, which provides direct comparison with experimental determined kinetic and equilibrium parameters. Among the most promising biasing schemes is the multiple steered molecular dynamics method, which in combination with Jarzynski's Relationship (JR) allows obtaining the equilibrium free energy profile, from a finite set of nonequilibrium reactive trajectories by exponentially averaging the individual work profiles. However, obtaining statistically converged and accurate profiles is far from easy and may result in increased computational cost if the selected steering speed and number of trajectories are inappropriately chosen. In this small review, using the extensively studied chorismate to prephenate conversion reaction, we first present a systematic study of how key parameters such as pulling speed, number of trajectories, and reaction progress are related to the resulting work distributions and in turn the accuracy of the free energy obtained with JR. Second, and in the context of QM/MM strategies, we introduce the Hybrid Differential Relaxation Algorithm, and show how it allows obtaining more accurate free energy profiles using faster pulling speeds and smaller number of trajectories and thus smaller computational cost. Fil: Ramírez, Claudia Lilián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina Fil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina Fil: Roitberg, Adrián. University of Florida; Estados Unidos

Background: The HbN of Mycobacterium tuberculosis carries a potent nitric-oxide dioxygenase activity despite lacking a reductase domain. Results: The NADH-ferredoxin reductase system acts as an efficient partner for the reduction of HbN. Conclusion: The interactions of HbN with the reductase are modulated by its CD loop and the Pre-A region. Significance: The present study provides new insights into the mechanism of electron transfer during nitric oxide detoxification by HbN. Fil: Singh, Sandeep. Institute of Microbial Technology; India Fil: Thakur, Naveen. Institute of Microbial Technology; India Fil: Oliveira, Ana. Universidad de Barcelona; España Fil: Petruk, Ariel Alcides. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina Fil: Hade, Mangesh Dattu. Institute of Microbial Technology; India Fil: Sethi, Deepti. Institute of Microbial Technology; India Fil: Bidon Chanal, Axel. Universidad de Barcelona; España Fil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina Fil: Datta, H.. Institute of Microbial Technology; India Fil: Parkesh, R.. Institute of Microbial Technology; India Fil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina Fil: Luque, F. Javier. Universidad de Barcelona; España Fil: Dikshit, Kanak L.. Institute of Microbial Technology; India

Among 20 p450s of Mycobacterium tuberculosis (Mt), CYP121 has received an outstanding interest, not only due to its essentiality for bacterial viability but also because it catalyzes an unusual carbon-carbon coupling reaction. Based on the structure of the substrate bound enzyme, several reaction mechanisms were proposed involving first Tyr radical formation, second Tyr radical formation, and C?C coupling. Key and unknown features, being the nature of the species that generate the first and second radicals, and the role played by the protein scaffold each step. In the present work we have used classical and quantum based computer simulation methods to study in detail its reaction mechanism. Our results show that substrate binding promotes formation of the initial oxy complex, Compound I is the responsible for first Tyr radical formation, and that the second Tyr radical is formed subsequently, through a PCET reaction, promoted by the presence of key residue Arg386. The final C-C coupling reaction possibly occurs in bulk solution, thus yielding the product in one oxygen reduction cycle. Our results thus contribute to a better comprehension of MtCYP121 reaction mechanism, with direct implications for inhibitor design, and also contribute to our general understanding of these type of enzymes. Fil: Dumas, Victoria Gisel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de Los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina Fil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de Los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina Fil: Petruk, Ariel Alcides. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina Fil: Turjanski, Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de Los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina Fil: Marti, Marcelo Adrian. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina

Brucella spp. are facultative intracellular bacteria pathogenic for many mammalian species including humans, causing a disease called brucellosis. Learning how Brucella adapts to its intracellular niche is crucial for understanding its pathogenesis mechanism, allowing for the development of new and more effective vaccines and treatments against brucellosis. Brucella pathogenesis resides mostly in its ability to adapt to the harsh environmental conditions encountered during host infection such as the oxygen depletion. The mechanism by which Brucella senses the oxygen tension and triggers its environmental adaptation is unknown. In this work we show that the Brucella abortus NtrY/NtrX two-component system is involved in oxygen sensing through a haem group contained in a Per-ARNT-SIM (PAS) domain of the NtrY histidine kinase. The NtrY haem iron can be reduced to the ferrous form and is rapidly oxidized to the ferric form in presence of oxygen. Importantly, we show that the oxidation state of the haem iron modulates the autokinase activity, being the anoxygenic reduced ferrous form the signalling state of NtrY. Also, we show that ntrY gene expression increases under low oxygen tension and that NtrY transfers its signal to its cognate response regulator NtrX, regulating in this way the expression of nitrogen respiration enzymes. Based on these findings, we postulate that NtrY acts as a redox sensor in Brucella spp. Fil: Carrica, Mariela del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina Fil: Fernandez, Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina Fil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina Fil: Paris, Gastón. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina Fil: Goldbaum, Fernando Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina

La bioinformática estructural consiste, entre otras cosas, en realizar una simulación de del comportamiento de biomoléculas, principalmente proteínas y sus entornos, en diferentes situaciones. Al igual que un simulador de vuelo nos puede decir si un piloto se encuentra en condiciones de conducir con éxito un avión a su destino, la simulación con las biomoléculas puede establecer la capacidad de una droga para inhibir algunas enzimas o la posibilidad que dos proteínas puedan interactuar entre ellas. De este modo la bio informática contribuirá a un cambio en el paradigma del diseño de drogas permitiendo una mayor rapidez en su descubrimiento y en el proceso de optimización. Hay ejemplos exitosos de este nuevo paradigma como el caso de los inhibidores selectivos COX-2 como el Celecoxib usados en enfermedades inflamatorias crónicas, los inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (ECA) como el Captopril, empleados en el tratamiento de la hipertensión y diversos compuestos para el tratamiento del HIV.Palabras claves: bioinformática estructural – nuevo paradigma de desarrollo de medicamentos – diseño racional de fármacos – desarrollo de fármacos in silico. Structural Bioinformatics consist in simulating biomolecules, mainly proteins and their environment in different situations. And just like a flight simulator can tell us, if a pilot is able to bring the plane safely to destiny, biomolecular simulations can determine the ability of a drug to inhibit certain enzyme, or the possibility of two proteins to interact with each other. In this way structural bioinformatics contributed to a change in the drug development paradigm allowing a faster drug discovery and optimization process. Successful examples of the new paradigm are COX-2 selective inhibitors used in chronic inflammations, ACE inhibitor captopril and several compounds to treat HIV among others. Fil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina Fil: Turjanski, Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina

Las hemoproteínas son un conjunto ubicuo y extenso de proteínas, con una enorme diversidadfuncional relacionada con la versátil reactividad del ion de hierro del grupo hemo. La gran mayoría desus funciones biológicas involucran la unión de ligandos pequeños al metal, regulada por la identidad ydinámica de los aminoácidos de su entorno. La presente tesis tiene como objetivo aportar informaciónmicroscópica acerca de los mecanismos de reacción de distintas hemoproteínas con moléculaspequeñas de relevancia biológica, como ser O2, H2 O2, NH2OH e hidropersulfuros, utilizando unacombinación de técnicas de simulación computacional y experimentales, que incluyen, por unlado, dinámica molecular clásica (que abarca técnicas de muestreo demúltiples réplicas) e híbridascuántico-clásicas (para el estudio de fenómenos reactivos), y por otro espectroscopía UV-visible,cinética de reacción utilizando un equipo flujo detenido y un electrodo sensible a HNO, recientementedesarrollado por el grupo donde fue realizada la presente tesis, para el seguimiento de su producción.En primer lugar fue estudiada ?por técnicas de simulación?la unión de sustrato y el mecanismode reacción de dos dioxigenasas hémicas, la indolamino 2,3-dioxigenasa y triptófano 2,3-dioxigenasa,mostrando cómo la dinámica de un loop flexible modula la actividad enzimática al regular la entrada/salida de sustrato. En segundo lugar, se estudió la producción de HNO debido a la peroxidación dehidroxilamina catalizada por mioglobina. Se utilizaron técnicas experimentales para caracterizar la cinética de reacción, y luego se analizó el mecanismo de reacción a través de métodos computacionales.Por último, se estudió experimentalmente la reacción de hidropersulfuros con mioglobina,mostrandola capacidad de los mismos de regular la reactividad del grupo hemo. The hemeproteins comprise a large group of ubiquitous proteins with a great functional diversity related to the versatile reactivity of the iron atom in the heme group. Most of their biological functions involve small ligands binding to the metal atom, regulated by the identity and the dynamics of the aminoacids present in the active site. The main goal of this work is to give microscopic information about the mechanism of reaction of different heme proteins with small molecules of biological relevance such as O2, H2 O2, NH2OH, and hydropersulfides. The employed methodologies consist of both computer simulations and experimental techniques. On one hand classical molecular dynamics simulations were performed, in order to characterize flexible loop dynamics together with hybrid quantum mechanics-molecular mechanics (QM-MM) simulations that allow the analysis of reactive processes inside the protein matrix. On the other hand, experimental methods such as UV-vis were used to characterize the reaction products, and stopped-flow UV-Vis spectrophotometry to describe the reaction kinetics along with an HNO electrode to measure the HNO generation. Firstly, we studied, using computational techniques, the substrate binding and the reaction mechanism of two hemedioxygenases, tryptophan dioxygenase (TDO) and indoleamine 2,3 dioxygenase (IDO), showing how a flexible loop modulates the enzymatic activity of the protein by regulating the substrate and product entrance. Secondly, we studied the peroxidation activity of hydroxylamine catalyzed by myoglobin producing HNO. This was studied combining both experimental and computational techniques. Finally, we studied the reaction of hydropersulfides with myoglobin showing the capacity of regulation of the heme proteins by this type of compound. Fil: Álvarez, Lucía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina

The present chapter addresses mechanistic aspects of reactions involving hydroxylamine and derivatives which produce HNO but are normally not used as HNO donors. Organic hydroxylamines and NH2OH itself are endogenous compounds produced in normal mammalian cell metabolism. Therefore, its reactions can be classified into two main types: 1.1. Hydroxylamine in inorganic reactions; 1.2. Hydroxylamine in biological systems. Fil: Suarez, Sebastian A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina Fil: Morales, Miguel A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina Fil: Hamer, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina Fil: Doctorovich, Fabio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina

This chapter deals with the reactivity of nitroxyl in its different spin states (singlet/protonated, triplet/deprotonated) toward itself and other small molecules. Fast dimerization of HNO/NO− produces N2O as an end product. Nitroxyl is oxidized by reaction with O2 producing NO or peroxynitrite, depending on its spin state. The relationship of NO with HNO regarding interactions between these species and their possible interconversion pathways will be also discussed. Finally, the reaction between HNO and H2S will be mentioned. Fil: Hamer, Mariana. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina Fil: Morales Vasquez, Miguel Angel. Universidad de Buenos Aires; Argentina Fil: Doctorovich, Fabio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina