Interacciones Eléctricas en Macromoléculas de Interés Biológico

Diego VallejoIFLYSIB, Fac. Cs. Exactas y Facultad de Ingeniería.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATAFACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS

Motivación 1

A. Síntesis Química

B. Productos Naturales

C. Medicina Folklórica

D. Química Combinatoria + Diseño Racional

Obtención de nuevos medicamentos:Proceso largo, laborioso y costoso.

Motivación 2 Interés Básico: la comprensión de los

mecanismos macromoleculares

I. Solvente explícito: Detalle Atómico

II. Solvente Implícito: Continuo con algún detalle atómico.

El sistema: ACBP• La Proteína Portadora de Acil CoA

Rol del ACBP

* Mantiene un reservorio de LCFAs en la célula.

¿Cómo captura/retiene al ligando?

* Interactúa con las membranas, podría “retirar” el LCFA de ellas.

¿Cómo interactúa?

Stahl A., Eur J Physiol (2004) 447:722–727

PlyCoA: el ligando.

El ACBP: Datos Experimentales

1. RMN(Lerche et al.)

2. Rayos X:(Costabel et al, van Aalten et al.)

3. Fluorescencia: Radio hidrodinámico... (Frolov et al.)

Técnica I: Dinámica Molecular

1. Ubicarse2. ¿Porqué aplicar esta técnica?3. ¿Cómo aplicarla?4. ¿Cómo representar ‘adecuadamente’

al sistema?5. ¿Cómo extraer la información?

1. Ubicarse: x y t

x

t

Cuántica

Dominiomesoscópico

10-10 m 10-8 m 10-6 m 10-4 m

10-12 s

10-8 s

10-6 s

Adaptado de: Grant D. Smith, Dept Materials Sci. Eng. University of Utah

Ηψ = ΕψF = ma

DM

N102 átomos 105 átomos 109 átomos

Dominio microscópicoDominiomacroscópico

2. ¿Porqué la DM?

Fuente: Grant D. Smith, Dept Materials Sci. Eng. University of Utah

1. Provee información a nivel molecular. Vincula la estructura/evolución con las propiedades.

2. Permite hacerse preguntas ¿qué pasaría si...? Hasta alquímicas...

3. Puede ver donde los experimentos no llegan.4. Puede haber colaboraciones insospechadas entre

experimentales y simuladores. Nuevos materiales, nuevas preguntas... Ahorro de tiempos.

3a. ¿Cómo hacer la DM?

Adaptado de Talklets, M. Levitt, Stanford 2005

1. Todos los átomos se mueven al mismo tiempo

2. Las fuerzas cambian con x,y,z, (y t ). 3. No hay solución exacta (analítica).4. Es fácil la solución numérica:

Xnuevo = función(Xant, Vel ant, F ant) Vnueva = función(Xant, Vel ant, F ant)

2da ley Newton: ¿Y el campo de fuerzas?

3b. Cómo hacer la DM: FFE

l cam

po d

e fu

erza

s

ACBP+PlyCoa: Posición Inicial.

Elegida de acuerdo con el trabajo previo.

Y ahora:

Ejecutar...

Primera Impresión

5. Información del ACBP+PlyCoA...

Herramientas– Distancia átomo-átomo.– Radio de Giro.– Puentes de hidrógeno.– Área expuesta al solvente.– Desvío Cuadrático Medio (RMSD)

[Validar – Analizar]

5. Validar.Acercamiento a estructura de RMN

DMRMN

5. Análisis.

Acercamiento a estructura de RMN.Fase inicial: La cola hidrocarbonada del Palmítico.

DM

5. Análisis.Atracción Hidrofóbica inicial: ¡surge naturalmente en la DM!

Fuente: M. Levitt. http://csb.stanford.edu/levitt/

Area expuesta al solvente/Residuo

DM

5. ValidarDisminuye el Radio Hidrodinámico.

Acuerdo Cualitativo con la experiencia: Rh bajó 2 A. [Frolovet al., J. Biol. Chem. 273,11049–11055(1998).]

Cálculos hidrodinámicos, con datos de DM, Modelo de García de la Torre[Biophys. J. 78, 719–730(2000).]

DM+Hydropro

Indicio de Cambio de

conformación

5. Análisis¿Cómo busco un cambio conformacional?

Desvío Cuadrático Medio: Mide la ‘distancia global’ de una estructura,respecto de una de referencia. Puede ser ella misma en t=0.

5. AnálisisLa hélice α3 se cierra sobre el ligando

DMAquí se utilizó el Visor/Analizador SPDB: 1. Elección de estructuras ‘antes’ y ‘después’2. Ajuste y 3. Comparación.

Guex, N. 1997. http://www.expasy.org/spdbv/

5. AnálisisMecanismo Pinza Triple

Abierta (t=17642ps)

Cerrada (t=26800ps)

DM

DM

5. AnálisisMecanismo Pinza Triple:precisar...

DM

Distancia Lys13.NZ-Lys50.NZ/nanometros

A

B

ACBPC

Mecanismo

ConservaciónAtracción Hidrofóbica inicial.

No se conservan los residuos, Sí el carácter Hidrofóbico.

Enfermedades:

• Diabetes Tipo II• Insuficiencia HépaticaAguda

Posibles ConsecuenciasBiomédicas

Resultados Anteriores

Síntesis-1

– 1. Acercamiento a estructura de RMN

– 2. Disminución del Radio Hidrodinámico

– 3. Residuos Hidrofóbicos conservados.

Validación

Síntesis-2

A. Atracción Hidrofóbica inicial

Mecanismo propuesto:

B. ‘‘Reptado superficial’’

C. ‘‘Pinza Triple’’