Teoría y simulación de Monte Carlo aplicado al estudio de la adsorción de proteínas anticongelantes con tres dominios adsortivos

LOPEZ ORTIZ J.I.; TORRES P.; QUIROGA E.; NARAMBUENA C. F.; RAMIREZ PASTOR A.J.

La Plata

Congreso; 102° Reunión de la Asociación de Física Argentina; 2017

Asociación Física Argentina

En el presente trabajo, se estudio la adsorcion sobre hielo de protenas anticongelantes(AFPs, antifreeze proteins) con una estructura de tres dominios, combinandoteora con simulacion de Monte Carlo. Las AFPs se encuentran en algunos seres vivos,como hongos, plantas, vertebrados y bacterias, expuestos a condiciones extremas debaja temperatura. Estas protenas son adsorbidas sobre el cristal de hielo impidiendoas la muerte celular por congelamiento. Esta adsorcion provoca un aumento en lamicrocurvatura del frente del hielo que, a su vez, eleva la presion de vapor y detieneel crecimiento adicional del mismo. La interaccion protena-hielo reduce el punto decongelacion de la solucion de manera no coligativa. El descubrimiento de tales protenas tiene interes por su aplicacion potencial en medicina y en la industria de losalimentos, entre otros.La teora estadstica aqu estudiada, conocida como LGMMAS [1], obtenida desde lafuncion de particion exacta de trmeros no interactuantes adsorbidos sobre una cadenaunidimensional y su extension a dos dimensiones, incluye la conguracion de lamolecula en el estado adsorbido, y permite la existencia de multiples estados de adsorcion de la protena. Para este caso, la protena fue modelada como tres unidades (odominios) identicos conectadas por una union exible y tres posibles estados de adsorcion: S1, S2 y S3, con uno, dos o tres sitios de union a la supercie, respectivamente.De acuerdo con las conguraciones de las protenas en el estado S3, se consideraroncuatro casos: i) las moleculas se adsorben ocupando tres sitios consecutivos en unared 1D; ii) las moleculas se adsorben ocupando tres sitios consecutivos a lo largo deuna de las dos direcciones posibles de una red cuadrada (Caso A); iii) las moleculasse adsorben en una de las cuatro posibles formas angulares en una red cuadrada (CasoB); y vi) las moleculas se adsorben tanto en forma lineal como angular (Caso C). Lasprincipales funciones termodinamicas (isoterma de adsorcion parcial y total, energalibre de Helmoltz y entropa conguracional) se obtuvieron a partir de la resolucionde un sistema no lineal con j ecuaciones, donde j es el numero total de posibles estadosde adsorcion de las protenas. Los resultados teoricos fueron contrastados conlos resultados de la simulacion de Monte Carlo y con una modicacion del modelode Langmuir (MLM) que considera que la disposicion de los sitios de adsorcion en elespacio es inmaterial [2].La teora LGMMAS proporciona resultados exactos para la red en una dimension yofrece una descripcion muy precisa en dos dimensiones. Ademas, este esquema es capazde predecir la proporcion entre el grado de cobertura correspondiente a diferentesconformaciones en el mismo estado energetico. Por el contrario, el esquema MLM nodistingue entre diferentes estados de adsorcion, y muestra serias discrepancias con losresultados de simulacion en dos dimensiones. Este hallazgo indica que la estructuradel adsorbato y la geometra de la red juegan un papel fundamental en la determinacion de las propiedades termodinamicas de este tipo de sistemas y, por consiguiente,deben ser incluidas en la teora.