Contracciones musculares, digestión de lactosa, movimiento sanguíneo: ¿qué podría conectar estas funciones corporales? Puede sorprenderse al saber que todos estos procesos y muchos más son impulsados por iones metálicos.
sodio Na + , potasio K + , calcio Ca 2+ y magnesio Mg 2+ pueden ser nombres familiares, pero también son críticos para la función de las células humanas.La combinación de estos iones con proteínas corporales crea complejos que son imprescindibles para nuestra existencia continua.
La importancia de las proteínas y las interacciones de iones metálicos se entiende bien, pero las interacciones mecanicistas entre los dos todavía están lejos de ser una imagen completa.
Zhifeng Jine, Rui Qi, Chengwen Liu y Pengyu Ren, profesores del departamento de ingeniería biomédica de la Universidad de Texas en Austin, están trabajando para describir cuantitativamente las interacciones proteína-ion utilizando lo que se denomina una energía atómica optimizada multipolar para aplicaciones biomoleculares AMOEBA campo de fuerza. Describen su trabajo en el de esta semana El diario de la física química , de AIP Publishing.
La tecnología AMOEBA fue desarrollada por Ren y Jay Ponder, de la Universidad de Texas en Austin y la Universidad de Washington en St. Louis. Utiliza un modelo multipolar atómico polarizable para calcular la energía potencial de un sistema. El modelo AMOEBA tiene como objetivo abordar los conocidosdeficiencias de la tecnología actual del campo de fuerza para modelar con precisión las interacciones de iones y proteínas.
"La falta de comprensión detallada se debe principalmente a la falta de modelos precisos y computacionalmente eficientes para tratar iones metálicos", dijo Ren. "Nuestro objetivo es aplicar métodos de mecánica cuántica de alto nivel y simulaciones avanzadas de campo de fuerza para comprender la naturalezade las interacciones entre iones metálicos y proteínas ".
AMOEBA mejora las simulaciones biomoleculares de base clásica, cuyos modelos representan la interacción intermolecular utilizando la suma de dos fuerzas, según Ren: la interacción de van der Waals y la interacción de Coulomb entre cargas puntuales.
"Esta representación es lo suficientemente simple como para ser manejable computacionalmente, y se ha utilizado ampliamente en las últimas décadas", dijo. "Sin embargo, los iones metálicos pueden conducir a fuertes efectos de polarización y transferencia de carga, que faltan en estos clásicosmodelos. Creemos que estos efectos juegan [un] papel crítico en la interacción específica ión-proteína ".
Ren y sus colegas observaron específicamente la interacción de Mg 2+ / Ca 2+ y aminoácidos. El magnesio y el calcio son algunos de los iones más abundantes en las metaloproteínas, proteínas con un cofactor de iones metálicos. Ambos se unen selectivamente a aminoácidos específicos, haciéndolos moléculas diana interesantes. La respuesta de muchos cuerpos, la inducción mutuaentre los iones y sus residuos circundantes dentro de los bolsillos de unión a proteínas, también afecta la afinidad de unión de estos iones y puede ser capturado por el modelo AMOEBA.
"La diferencia entre la respuesta de muchos cuerpos a Ca 2+ vs Mg 2+ en el bolsillo de unión es sustancial ", dijo Ren." Se sabía que la polarización y la transferencia de carga son importantes en los complejos de iones de proteínas, pero para la unión competitiva, muchos han sospechado que estos efectos podrían cancelarse ".
Ren señaló que el modelo AMOEBA y los avances de los campos de fuerza, incluidas las aplicaciones de estos resultados, son relevantes en muchas enfermedades, incluidos el cáncer y los trastornos neurodegenerativos. El conocimiento de las interacciones proteína-ion puede proporcionar una comprensión fundamental para el avance en investigaciones médicas relacionadas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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