DEPENDENCIA POSICIONAL DEL DESPLAZAMIENTO QUIMICO DE 13C EN β-TURN

GUTIÉRREZ LUCAS J.; HEILBRON, EDUARDO N.; BALDONI, HÉCTOR A.

Congreso; V CONGRESO NACIONAL DE ESTUDIANTES DE BIOQUIMICA Y BIOTECNOLOGIA; 2007

DEPENDENCIA POSICIONAL DEL DESPLAZAMIENTO QUIMICO DE  13C EN β-TURN Gutiérrez, Lucas J.; Heilbron, Eduardo N. Instituto de Matemática Aplicada San Luis (IMASL – CONICET) Ejercito de los  Andes 950 D5700HHW – San Luis – Argentina.     Introducción Una β-turn es la región de una proteína que involucra cuatro residuos consecutivos definidos por las posiciones i, i+1, i+2, i+3 las cuales no están en α-hélice, y la distancia entre el Cα (i) y el Cα (i+3) sea menor a 7Å; permitiendo que la cadena polipeptídica se pliegue sobre si misma aproximadamente 180º (Chou and Fasman, 1974). Este cambio en la dirección del backbone peptídico es el que permite a una proteína adquirir su globularidad. La estructura β-turn fue identificada por primera vez por Venkatachalam (1968) y reclasificadas por Wilmont and Thornton (1990) en nueve tipos diferentes (I, I´, II, II`, VIa1, VIa2, VIb, VIII y IV) de los cuales, los tipos I, I`, II, y II` son las más frecuentemente encontradas. Las turns juegan un rol muy importante en las proteínas globulares tanto desde el punto de vistas estructural como funcional. Una cadena polipeptídica no puede plegarse en forma de una estructura compacta sin la presencia de turn. Además, las turns se encuentran generalmente en la superficie expuesta de las proteínas y usualmente representan sitios antigénicos o involucrados en el reconocimiento molecular. Por los motivos mencionados la identificación posicional y el estudio conformacional de residuos en  β-turns en proteínas y modelos polipetídicos son indispensable para una mejor comprensión de la estructura secundaria.   Objetivo En el presente trabajo se pretende verificar la dependencia posicional del desplazamiento químico de 13C en un modelo peptídico en las conformaciones β-turns más frecuentemente encontradas en proteínas mediante el empleo combinado de técnicas Monte Carlo y Funcionales de la densidad.   Materiales y Métodos Considerando de los ángulos diedros del backbone, modelamos la correspondiente β-turn en la secuencia Ace-X-Y-NMe donde  X representa la posición i+1 e Y la posición i+2 dentro de la turn respectivamente. Para  X e Y representando a cada de los veinte amino ácidos naturales. Los ángulos diedros adoptados por el backbone fueron tomados y fijados a los valores experimentales observados Wilmont and Thornton (1990). Posteriormente, se llevo a cabo un análisis de clusterizacion de ensambles conformacionales generados por los diedros de las cadena laterales para cada residuo X e Y, a partir de los cual se calcularon los desplazamientos químicos de 13C a nivel de teoría ECCEP//B3LYP/6-311+G(2d,p) usando la aproximación de base localmente densa para los cálculos cuanticos, permitiendo de esta forma una considerable reducción en los tiempos de cálculo mientras que la precisión de los resultados no fue afectada. Los valores calculados se correlacionaron mediantes análisis de regresión contra una base de datos experimentales generada a partir de 240 proteínas resueltas mediante RMN, seleccionadas desde Biomagnetics Research Bank (BMRB), y su correspondiente difracción de Rayos-X obtenidas desde el Protein Data Bank (PDB).   Resultados y Conclusiones Para los veinte aminos ácidos naturales analizados en la conformación β-turn del backbone en el modelo peptídico se encontraron (i) buena concordancia entre los valores calculados y observados para los desplazamiento químicos de 13Cα13Cβ tanto en posiciones i+1 como en  i+2; (ii) se encontró una significante variabilidad entre los valores de 13C calculados y observados para los amino ácidos cargados. Nuestros resultados sugieren que es factible asignar la posición de un residuo localizado en una β-turn  a partir de los  valores calculados de  desplazamiento químico de 13C, basándonos solo en los ángulos diedros del backbone a partir de estructuras de Rayos-X de alta resolución o de modelos derivados de MNR.   Referencias Chou, P. Y. y Pasman, G.D. (1974). Biochemestry, 13, 222-245. Venkatachalam, C. M. (1968). Biopolymers, 6, 1425-1436. Wilmont, C. M. y Thornton, J. M. (1990). Protein Eng., 3(6), 479-493. Directores del trabajo: Dr. Héctor A. Baldoni y Dr. Jorge A. Vila.