Síntesis de aminoácidos modificados con carbonilos reactivos in silico para evaluar los efectos estructurales mediante simulaciones de dinámica molecular

Resumen

En este trabajo se describe un protocolo para la optimización y parametrización de residuos de aminoácidos modificados con especies carbonilas reactivas, adaptables a sistemas proteicos. Los pasos del protocolo incluyen el diseño y la optimización de la estructura, las asignaciones de carga, la construcción de parámetros y la preparación de sistemas de proteínas.

Resumen

La carbonilación de proteínas por aldehídos reactivos derivados de la peroxidación lipídica conduce a la reticulación, oligomerización y agregación de proteínas, causando daño intracelular, deterioro de las funciones celulares y, en última instancia, muerte celular. Se ha descrito en el envejecimiento y en varias afecciones crónicas relacionadas con la edad. Sin embargo, las bases de los cambios estructurales relacionados con la pérdida de función en las proteínas diana aún no se conocen bien. Por lo tanto, se describe una ruta para la construcción in silico de nuevos parámetros para aminoácidos carbonilados con especies carbonilas reactivas derivadas de la oxidación de ácidos grasos. Se construyeron los aductos de Michael para Cys, His y Lys con 4-hidroxi-2-nonenal (HNE), 4-hidroxi-2-hexenal (HHE) y una forma de anillo de furano para 4-Oxo-2-nonenal (ONE), mientras que el malondialdehído (MDA) se unió directamente a cada residuo. El protocolo describe detalles para la construcción, optimización de la geometría, asignación de cargas, enlaces faltantes, ángulos, parámetros de ángulos diedros y su validación para cada estructura de residuo modificada. Como resultado, los efectos estructurales inducidos por la carbonilación con estos derivados lipídicos se han medido mediante simulaciones de dinámica molecular en diferentes sistemas proteicos como la enzima tiorredoxina, la albúmina sérica bovina y el dominio Zu-5-ankyrin de membrana que emplea la desviación cuadrática media (RMSD), la fluctuación cuadrática media (RMSF), la predicción secundaria estructural (DSSP) y el análisis de área de superficie accesible al solvente (SASA), entre otros.

Introducción

En la búsqueda constante de comprender el comportamiento molecular de las proteínas con modificaciones oxidativas, la química computacional se ha convertido en un pilar fundamental en el amplio campo de la investigación científica. Este se basa en el uso de modelos teóricos capaces de interpretar fenómenos físicos en sistemas electrónicos, utilizando ecuaciones matemáticas para describir el comportamiento atómico de las moléculas. Dentro de este panorama, las simulaciones computacionales de proteínas se destacan como herramientas cruciales para analizar el comportamiento atómico de los sistemas moleculares. A partir de la evaluación del comportamiento estructural, los....

Protocolo

1. Diseño y optimización del nuevo aminoácido modificado

NOTA: Esta etapa consiste en dibujar las estructuras de los residuos modificados y optimizar su energía.

1. Diseño de las estructuras modificadas y optimización de su estructura.
   1. Utilice un paquete de software de química computacional para extraer las moléculas de aminoácidos unidas a los aldehídos reactivos derivados de la peroxidación lipídica, es decir, con HNE, HHE, MDA y ONE. Una vez modificado, en el extremo del grupo carboxilo del aminoácido dibuje la forma del grupo metilamina. En el extremo amino, dibuje un grupo acetilo para emular los enlaces ....

Resultados

Para ilustrar la implementación del protocolo y evaluar los resultados, se considerarán los siguientes análisis. El conjunto de datos generado mediante la asignación de nuevos parámetros a los residuos de aminoácidos modificados se construyó en base a la optimización de las estructuras electrónicas, las cuales fueron soportadas para cargas parciales de RESP. En la Figura 9 se muestra la conformación estructural de uno de los residuos de aminoácidos optimizados con la asignación de parámetros.......

Discusión

Uno de los pasos críticos en el desarrollo del protocolo de parametrización AMBER fue la optimización cuántica de los nuevos residuos de aminoácidos modificados con los derivados de la peroxidación lipídica, debido a la variabilidad energética relacionada con la minimización y la forma de asignar las cargas de RESP en la antecámara AMBER. Para ello, se utilizaron métodos de optimización ab initio con Hartree-Fock (HF/6-31G) y teoría del funcional de la densidad semiempírica (DFT; B3LYP/6-31G y M062X/6-31G) para .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
AmberTools16 o superior	El Proyecto		Amber es un conjunto de programas de simulación biomolecular
Gaussian 09 o Upper	Gaussian Inc		Dibujar y optimizar estructuras
Linux Ubuntu	GNU/Linux		Plataforma para AmberTools
GPUs NVIDIA GTX 1080 o superior	Nvidia		Compatible con PMEMD

Amber