Plegamiento de Plegamiento de ProteínasProteínas

Aportes de la bioinformática Aportes de la bioinformática estructural a la teoría y estructural a la teoría y

aplicaciones del plegamientoaplicaciones del plegamiento

El problema del plegamiento:El problema del plegamiento:

► Predecir la estructura a partir de la secuencia es Predecir la estructura a partir de la secuencia es el “SANTO GRIAL” de la Bioinformáticael “SANTO GRIAL” de la Bioinformática

RTGFPLLYGTREDSQLMCTRRSFRRTGFPLLYGTREDSQLMCTRRSFR

Teoría de plegamientoTeoría de plegamiento

►Suposiciones:Suposiciones: Se asume que una proteína “plegada” Se asume que una proteína “plegada”

se encuentra en el mínimo de energía se encuentra en el mínimo de energía libre del espacio conformacionallibre del espacio conformacional

La estructura 3D de una proteína esta La estructura 3D de una proteína esta determinad por la secuencia de determinad por la secuencia de aminoácidos, o sea su estructura aminoácidos, o sea su estructura primariaprimaria

¿Por que estudiar el ¿Por que estudiar el plegamiento?plegamiento?

► Las proteínas cumplen su función “solo” si Las proteínas cumplen su función “solo” si estan plegadas correctamenteestan plegadas correctamente

► Muchas enfermedades como Muchas enfermedades como Alzheimer, BSE, se deben al Alzheimer, BSE, se deben al plegamiento incorrectoplegamiento incorrecto

►La evolución resolvió el problema del La evolución resolvió el problema del plegamiento, comprenderlo es por lo plegamiento, comprenderlo es por lo tanto una tarea de Ingeniería Reversa.tanto una tarea de Ingeniería Reversa.

►Debemos: Debemos: Examinar al sistema en funcionamiento Examinar al sistema en funcionamiento

(Experimentos)(Experimentos) Reproducir su funcionamiento (Teoría-Reproducir su funcionamiento (Teoría-

Simulación)Simulación)

¿Alguna Idea?¿Alguna Idea?

Contribuciones al Contribuciones al GG

-TS

-TS

H

G

InternalInteractions

ConformationalEntropy

HydrophobicEffect

Net:

Folding

- 0 +

Modelo y Paradoja de Modelo y Paradoja de LevinthalLevinthal

Conformation

Ene

rgy

1 aminoácido 5 conformaciones posibles

Proteína: 100 aa = 5100 = 8 x 1069

Si se visita 1 conf por fsTarda 1038 billones de

años

IMPOSIBLE!!!!IMPOSIBLE!!!!

Aplicación: Generación de Estructuras Aplicación: Generación de Estructuras “decoy” con evaluación energetica“decoy” con evaluación energetica

Modelo de “un” Camino (Pathway Modelo de “un” Camino (Pathway Model)Model)

►El problema es que el modelo predice una El problema es que el modelo predice una barrera entrópica enorme, las proteínas barrera entrópica enorme, las proteínas tardarían mucho tiempo en plegarsetardarían mucho tiempo en plegarse

Conformation

Ene

rgy

La Ley del Embudo:La Ley del Embudo:

► Al acercarme al estado Nativo, la energía baja Al acercarme al estado Nativo, la energía baja (Formación contactos favorables) y el numero (Formación contactos favorables) y el numero de conformaciones posibles disminuyede conformaciones posibles disminuye

Conformation

Ene

rgy

La Ley del embudo en un campo La Ley del embudo en un campo de fuerzas: GO-Modelsde fuerzas: GO-Models

►Cada aminoácido es representado por un Cada aminoácido es representado por un solo punto unido por un resorte a sus solo punto unido por un resorte a sus vecinos directosvecinos directos

► Cada contacto “nativo” se representa Cada contacto “nativo” se representa por un potencial atractivopor un potencial atractivo

►El resto de las interacciones son El resto de las interacciones son repulsivasrepulsivas

Resultados del ModeloResultados del Modelo

Resultados del Modelo:Resultados del Modelo:

¿Posee este tipo de modelos ¿Posee este tipo de modelos capacidad predictiva?capacidad predictiva?

Estr. Estr. NativaNativa PredicciónPredicción

Buena predicción de Buena predicción de -helices. Predicción -helices. Predicción razonable de hojas-razonable de hojas-ββ. Predicción topológica y . Predicción topológica y de estructura secundaria confiable.de estructura secundaria confiable.

CA-RMSD CA-RMSD 3.73.7ÅÅ

Plegamiento con modelos “All Plegamiento con modelos “All Atom”Atom”

TRP cage proteína de 20 aa: NLYIQWLKDGGPSSGRPPPS

Folding cooperativo de dos estados

Estructura resuelta por NMR

helix

helix

polyproline

i:i H-bond (92%)

i:i H-bond(75%)

hydrophobic core

Estructura Trp-cage:

TRP cage MDTRP cage MD

Highlighted TRP-PRO-(PRO)3

ResultadosResultados

La energía manda!Se observan intermediarios

RM

SD

vs

Mín

imo

#FOTO

Energ

ía

Tiempo (ns)

Conclusiones:Conclusiones:

Conformation

Ene

rgy