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1. Neurosim
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Las proteínas son fundamentales para los seres vivos. Prácticamente todos los procesos biológicos dependen de la presencia o la actividad de este tipo de moléculas, cuya función en un organismo está determinada por su estructura molecular.


Secuencia de aminoácidos y estructura de las proteínas

Las proteínas están constituidas por aminoácidos, que son moléculas compuestas por unos pocos átomos. En las proteínas, los aminoácidos se encadenan uno tras otro según una determinada secuencia que está codificada en los genes. Esta secuencia se compone de un número variable de aminoácidos (desde unos cientos hasta varias decenas de miles) y recibe el nombre de estructura primaria de la proteína.

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En la imagen (izquierda): Estructura molecular del aminoácido Alanina. Representación denominada CPK. Cada esfera de color representa un tipo de átomo (C, gris; O, rojo; N, azul...). Las ‘varillas' representan los enlaces entre los átomos y, cuando están libres por un lado, los puntos de unión con otros aminoácidos. Derecha: Representación CPK de la estructura molecular de un polipéptido formado por una cadena de aminoácidos Alanina. Se trata, por tanto, de polialanina.

Esta secuencia de aminoácidos se pliega de una determinada manera y forma la estructura tridimensional (3D) de la proteína. En la estructura 3D se pueden reconocer algunas subestructuras o motivos muy comunes en las proteínas -α hélices, láminas β, bucles, etc.- constituidos por un número pequeño de aminoácidos. Este conjunto de motivos constituye la denominada estructura secundaria de la proteína.

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En la imagen (izquierda): Representación CPK de la estructura molecular de una proteína presente en la membrana celular de neuronas en el sistema nervioso central. Esta formada por 374 aminoácidos y un total de 6700 átomos. Nótese la complejidad de la estructura en dicha representación. Derecha: Representación en cintas de la misma proteína. Aquí la cadena principal de la proteína se representa de forma continua. Nótese la presencia de unas hélices a modo de sacacorchos. Son las estructuras secundarias denominadas α-hélices.

Las diferentes subestructuras se acoplan entre si y forman la estructura terciaria de la proteína, responsable última de su función biológica. En ocasiones, varias estructuras terciarias se combinan de una manera determinada y se dice entonces que forman una estructura cuaternaria.


El reto de deducir la estructura 3D de las proteínas

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El número de proteínas cuya secuencia de aminoácidos se conoce es muy elevado (alcanza varios millones). Sin embargo, con los métodos experimentales existentes hoy día (difracción de rayos X, resonancia magnética nuclear, microscopia electrónica, etc.) solo se ha logrado determinar la estructura terciaria de un pequeño porcentaje de esas proteínas.

Puesto que la naturaleza de los aminoácidos que componen una proteína y su secuencia predeterminan la estructura final de dicha proteína, uno de los retos más importantes de la Ciencia moderna es conseguir deducir esta estructura 3D a partir de la secuencia de aminoácidos.

Para arrojar luz sobre el proceso de construcción de las proteínas, científicos del Instituto de Estructura de la Materia del CSIC analizan las propiedades estructurales de los aminoácidos y de pequeños péptidos (secuencias de unas cuantas decenas de aminoácidos) conocidos como neuropéptidos. Éstos actúan en el cerebro y en el Sistema Nervioso e intervienen en los mecanismos nerviosos del aprendizaje y la memoria.


Aminoácidos en Ibercivis

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En función de la disposición de los átomos, existen muchas estructuras (o conformaciones) posibles para cada aminoácido. La conformación más probable de un aminoácido es aquella en la que la energía asociada a la unión de sus átomos es menor. El método utilizado para calcular la energía de cada conformación consiste en simular el movimiento de la molécula de aminoácido en el medio acuoso.

La información obtenida a partir de las simulaciones permite crear el denominado paisaje energético de la estructura de cada aminoácido, lo que resulta de indudable interés a la hora de dar el siguiente paso: reconstruir estructuras de polipéptidos y proteínas.

La simulación de una conformación determinada con este método tarda una media de 75 horas en un ordenador doméstico. Si tenemos en cuenta que las conformaciones posibles de los 20 aminoácidos son un total de 25.000, harían falta dos millones de horas -o sea, 200 años- para concluir dicho trabajo. En Ibercivis los ordenadores de los voluntarios realizan fragmentos de esas simulaciones. La distribución de tareas entre miles de ordenadores reducirá a meses el tiempo requerido para acabar el trabajo.

En la imagen: Caja para simulación de dinámica molecular. La estructura del aminoácido esta representada en forma de esferas, según la denominada representación Van der Waals. El conjunto de ‘varillas' que la rodea representa las moléculas de agua. La simulación se realiza replicando esta caja en las tres dimensiones de tal manera que corresponda a una disolución real del aminoácido.

Enviado el: 18/5/2009 12:28

Editado por ljfc2001 enviado el 24/9/2012 23:18:43
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