Modelos simples para estudiar el efecto de la presión en el plegamiento de proteínas

Abstract

El objetivo principal de esta Tesis es el diseño y puesta a punto de un modelo de simulación molecular que nos permita estudiar el efecto que supone un aumento de la presión hidrostática del medio en la transición de plegamiento/desnaturalización de las proteínas globulares. Hemos dividido este trabajo en cinco capítulos principales, que describimos a continuación de forma resumida. En primer lugar introducimos el problema del plegamiento de proteínas, centrándonos en la variable principal de esta Tesis, la presión, y haciendo especial énfasis en los resultados bibliográficos más importantes del sistema proteína-presión.A continuación realizamos el desarrollo metodológico tanto del potencial de interacción que utilizaremos en nuestra simulación como del funcionamiento del modelo de simulación que hemos desarrollado. De esta manera, en este trabajo desarrollamos un potencial de interacción que depende de un único parámetro, ¿ssm, existiendo una relación entre su valor y la presión a la que se encuentra el sistema simulado. Con el modelo de simulación que se describe en esta Tesis se busca la obtención de propiedades termodinámicas estructurales y termodinámicas de los sistemas estudiados, utilizamos un método de simulación de Monte Carlo. Se trata de un modelo sencillo, de tipo coarse grained y por tanto de baja resolución. Para que el modelo nos permita estudiar las variaciones tanto de presión como de temperatura, hemos implementado además la técnica de parallel tempering. Una vez desarrollado el modelo realizamos el ¿calibrado¿ de nuestro potencial de interacción. Utilizando la proteína 2GB1, realizamos diferentes simulaciones con valores crecientes del parámetro ¿ssm, lo que corresponde a un aumento en la presión del sistema. Advertimos de la presencia a presiones moderadas y altas de un estado no nativo, pero que difiere del estado desnaturalizado por efecto de la temperatura. Se trata de un estado característico de la desnaturalización por presión, que denominamos estado hinchado (H). También estudiamos en detalle las características de los diferentes tránsitos que existen entre estos tres estados. A continuación, analizamos las características principales de los diferentes estados N, H y D. Clasificamos cada una de las conformaciones en alguno de los tres estados mencionados, permitiendo así calcular sus poblaciones en función del parámetro ¿ssm y de la temperatura. Pudiendo así analizar la evolución de los diferentes estados y calcular nuestro propio diagrama de fases ¿ssm¿T, que recuerda a una parte del diagrama de fases completo p¿T característico de las proteínas. La última parte de este primer Capítulo de resultados está dedicada a la caracterización estructural detallada del estado H de la proteína, buscando semejanzas y diferencias con los dos estados más caracterizados habitualmente, el N y el D.En el siguiente Capítulo está dedicado a analizar el efecto de la presión que predice nuestro modelo sobre la estructura secundaria de las proteínas. Presentamos los resultados obtenidos al simular cuatro proteínas nuevas. Dos de ellas presentan exclusivamente estructura tipo ¿ y las otras dos presentan exclusivamente estructura ß. Por tanto, los resultados que obtenemos de la simulación de estas proteínas nos permiten, seguir validando nuestro modelo con nuevos sistemas. Pero además, nos sirve para analizar las diferencias frente a la presión que se describen en la bibliografía para estos dos tipos de estructura secundaria. Por último hemos realizado la comparación detallada de los resultados que obtenemos a partir de la simulación de una proteína determinada con los resultado experimentales que se presentan para esa misma proteína en la bibliografía. Con nuestro modelo hemos identificado los tres estados N, H y D que se describen en la bibliografía.