| Revista: | Universitas scientiarum |
| Base de datos: | PERIÓDICA |
| Número de sistema: | 000365167 |
| ISSN: | 0122-7483 |
| Autores: | Pabon, German1 Amzel, L. Mario2 |
| Instituciones: | 1Pontificia Universidad Javeriana, Departamento de Física, Bogotá. Colombia 2Johns Hopkins University, School of Medicine, Baltimore, Maryland. Estados Unidos de América |
| Año: | 2012 |
| Volumen: | 17 |
| Número: | 3 |
| Paginación: | 273-281 |
| País: | Colombia |
| Idioma: | Inglés |
| Tipo de documento: | Artículo |
| Enfoque: | Experimental, aplicado |
| Resumen en español | Estudiamos el desdoblamiento forzado de una molécula de ubiquitina, usando el protocolo de dinámica molecular "pull and wait" (PNW) a 300 K. Se implemento PNW en el programa CHARMM usando un tiempo de integración de 1 fs y una constante dieléctrica de 1. La estructura solvatada inicialmente, se colocó bajo tensión mecánica, ejerciéndose fuerzas en diferentes direcciones. El rompimiento de cinco enlaces de Hidrogeno entre los pliegues pi y P5 que tiene lugar durante los primeros 13 a 15 Å de extensión, marcan una barrera mecánica la cual define la máxima fuerza necesaria para el desdoblamiento. Las simulaciones realizadas muestran que dado un tiempo adecuado, la aplicación de una fuerza pequeña puede desestabilizar los mencionados enlaces de hidrógeno relativo a los enlaces que se pueden formar con moléculas de agua; permitiendo la formación de enlaces de hidrógeno estables entre aguas y donadores o aceptores de la cadena principal. De esta forma, las simulaciones con PNW muestran que la tensión mecánica no es responsable de separar los puentes de hidrógeno, esta sólo los desestabiliza haciéndolos menos estables con respecto a los enlaces que se pueden formar con moléculas de agua. Simulaciones adicionales muestran que la fuerza necesaria para desestabilizar los enlaces de hidrogeno, permitiendo su remplazo por enlaces con moléculas de agua, depende fuertemente de la dirección de estiramiento. El protocolo de simulación que permite equilibrar a cada paso de extensión, nos evidenció eventos conducentes al desdoblamiento de la molécula ubiquitina por fuerzas mecánicas |
| Resumen en inglés | Using the "pull and wait" (PNW) simulation protocol at 300 K, we studied the unfolding of a ubiquitin molecule by force. PNW was implemented in the CHARMM program using an integration time step of 1 fs and a uniform dielectric constant of 1. The ubiquitin molecule, initially solvated, was put under mechanical stress, exerting forces from different directions. The rupture of five hydrogen bonds between parallel strands β1 and β5 takes place during the extension from 13 to 15 Å, defines a mechanical barrier for unfolding and dominates the point of maximum unfolding force. The simulations described here show that given adequate time, a small applied force can destabilize those five H-bonds relative to the bonds that can be created to water molecules; allowing the formation of stable H-bonds between a single water molecule and the donor and acceptor groups of the interstrand H-bonds. Thus, simulations run with PNW show that the force is not responsible for "ripping apart" the backbone H-bonds; it merely destabilizes them making them less stable than the H-bonds they can make with water. Additional simulations show that the force necessary to destabilize the H-bonds and allow them to be replaced by H-bonds to water molecules depends strongly on the pulling direction. By using a simulation protocol that allows equilibration at each extension we have been able to observe the details of the events leading to the unfolding of ubiquitin by mechanical force |
| Resumen en portugués | Estudamos o desdobramento forçado de uma molécula de ubiquitina usando o protocolo de dinâmica molecular "pull and wait" (PNW) em 300 K. PNW foi implementado no programa CHARMM usando um tempo de integração de 1 fs e uma constante dielétrica de 1. A estrutura solvatada, foi colocada sob estresse mecânico, exercendo-se forças de diferentes direções. Simulações mostraram que a ruptura de cinco ligações de Hidrogénio entre as dobras P1 e P5, que acontece durante os primeiros 13 a 15 Å de extensão, define uma barreira, a qual determina a força máxima para o desdobramento. As simulações mostram que, dado o tempo adequado, uma pequena força aplicada pode desestabilizar os mesmos cinco Hidrogénios relativos às ligações H- que os grupos da cadeia principal podem fazer com a molécula de água; permitindo a formação de ligações estáveis de H- entre moléculas de água e os grupos doadores e receptores da intercadeia. Desta forma, simulações que utilizam este protocolo mostram que a força não é utilizada para «romper» as ligações H- da cadeia principal, apenas desestabilizando-as e tornando-as menos estáveis do que as ligações que as mesmas podem fazer com a água. Simulações adicionais mostram que a força necessária para desestabilizar as ligações H- e permitir que as mesmas sejam substituídas por ligações do Hidrogénio com moléculas de água depende fortemente da direção da aplicação da força. Através da utilização de um protocolo de simulação que permite equilibrar em cada extensã, fomos capazes de observar os detalhes do mecanismo de desdobramento da ubiquitina por força mecânica |
| Disciplinas: | Química |
| Palabras clave: | Bioquímica, Ubiquitina, Dinámica molecular, Desdoblamiento, Enlaces de hidrógeno, Simulación computacional |
| Keyword: | Chemistry, Biochemistry, Ubiquitin, Molecular dynamics, Unfolding, Hydrogen bonds, Computer simulation |
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