Las proteínas son las moléculas de la vida. Están químicamente programadas por su secuencia de aminoácidos para plegarse en conformaciones altamente organizadas que sustentan toda la estructura biológica por ejemplo, cabello, escamas y función por ejemplo, enzimas, anticuerpos. Comprensión de la secuencia-relación estructura-función - el "problema del plegamiento de proteínas" - es uno de los grandes problemas sin resolver de la química física, y tiene un valor científico inestimable para exponer el funcionamiento interno de la vida y el diseño racional de las máquinas moleculares.
"Este trabajo sienta las bases para recuperar los paisajes de plegamiento de proteínas directamente a partir de datos experimentales, proporcionando una ruta hacia una nueva comprensión y diseño racional de las proteínas", explicó Andrew Ferguson, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois enUrbana-Champaign. "Si bien estamos lejos de este objetivo, nuestra comprensión del plegamiento de proteínas se vio revolucionada por la 'nueva visión' que contempla el plegamiento molecular como una búsqueda conformacional sobre una superficie de energía libre canalizada".
Según Ferguson, la superficie de energía libre de una sola molécula codifica toda la termodinámica y las vías de plegamiento, dictando la estructura y dinámica de las proteínas. Cada punto del paisaje corresponde a un conjunto de conformaciones de proteínas similares, y la altura del paisaje prescribesu estabilidad. Es un objetivo clave de la química física determinar los paisajes de plegamiento molecular.
"Los paisajes de plegamiento molecular se pueden inferir a partir de largas simulaciones por computadora en las que se conocen las posiciones de todos los átomos en la molécula", dijo Jiang Wang, asistente de investigación graduado y primer autor del artículo, "Reconstrucción no lineal de moléculas libressuperficies de energía de series de tiempo univariadas ", publicado en Revisión física E .
"Las técnicas experimentales como la transferencia de energía de resonancia de Förster de una sola molécula FRET pueden medir distancias entre moléculas de colorante fluorescente injertadas covalentemente para rastrear el tamaño de la molécula en función del tiempo, pero hasta ahora no ha sido posible reconstruir el plegamientoembudos de mediciones experimentales de observables de grano grueso único ", explicó Ferguson." En este trabajo, hemos integrado el aprendizaje automático no lineal y la termodinámica estadística con el teorema de Takens de la teoría de sistemas dinámicos para demostrar en simulaciones por computadora de una cadena de polímero hidrofóbico que esposible determinar paisajes de plegamiento molecular a partir de series de tiempo de un solo observable accesible experimentalmente ".
"La pérdida de información asociada con su reconstrucción a partir de un solo observable significa que la topografía del embudo reconstruido puede ser perturbada - las alturas y profundidades de los picos y valles de energía libre pueden ser alteradas - pero preserva fielmente la topología deel verdadero embudo: la localidad, la continuidad y la conectividad de las configuraciones moleculares ", señaló Wang." Esto significa que el embudo de plegado determinado a partir de medidas de, en este caso, la distancia de la cabeza a la cola de la cadena es geométrica ytopológicamente idéntico y contiene precisamente los mismos estados moleculares y vías de transición que el calculado a partir del conocimiento de todas las posiciones atómicas ", agregó Ferguson.
"Estamos muy entusiasmados con esta prueba de principio idealizada para simulaciones por computadora de una cadena de polímero, y actualmente estamos trabajando para extender nuestros análisis a simulaciones de péptidos y proteínas biológicamente realistas, y nos asociamos con biofísicos de molécula única para aplicar nuestra técnica a experimentosmediciones de proteínas reales ", dijo Ferguson.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Original escrito por Rick Kubetz. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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