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Understanding the molecular mechanism of enzymatic processes by a combination of NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations

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La acción de los átomos en las reacciones enzimáticas

Las enzimas pueden aumentar quince órdenes de magnitud la velocidad de una reacción química, la cual pasa a ser mil billones de veces más rápida. En una investigación de la Unión Europea se estudió la dinámica del comportamiento enzimático en una reacción a nivel atómico.

Salud

Las enzimas participan en todas las reacciones químicas del organismo y son fundamentales para la buena salud. Además, pueden utilizarse en muchos procesos industriales que imitan los sistemas naturales. El proyecto MMEP ha definido detalladamente la acción de dos enzimas importantes, la ciclofilina A (CypA) y la PagP. En particular, la CypA juega un papel clave en varias enfermedades humanas. Esta enzima regula el plegado y el tráfico de proteínas y se secreta en respuesta a estímulos inflamatorios. Los investigadores incorporaron medidas experimentales a simulaciones de la dinámica molecular. El equipo de trabajo utilizó un enfoque novedoso que incluye el desplazamiento químico, es decir, las variaciones en la frecuencia de resonancia de los núcleos de los átomos. Estas variaciones se midieron con espectroscopia por resonancia magnética nuclear. El ingreso de datos experimentales permitió realizar correcciones efectivas del campo de fuerza, lo que permite mayor coherencia entre la simulación y los datos experimentales. Además, los científicos integraron métodos de muestreo avanzados para solucionar el problema de muestreo conformacional, pues las moléculas adoptan diferentes formas para cambiar el sustrato. El trabajo de MMEP ha permitido describir detalladamente lo que ocurre a nivel atómico cuando la CypA sustituye un átomo en el sustrato. El equipo de trabajo se basó en este modelo para diseñar un llamativo estudio mediante el cual, con la sustitución de un sólo átomo, es posible regular el recambio de la reacción. El proyecto permitió describir la dinámica submolecular de la enzima CypA, que participa siempre en la actividad celular y se asocia a enfermedades muy diferentes, como las enfermedades cardiovasculares, las infecciones virales, la neurodegeneración, el cáncer, la artritis reumatoide, la septicemia, el asma y la periodontitis. Seguramente con esta descripción del papel del CyPA será posible comprender mejor los mecanismos moleculares inherentes a estas enfermedades y esto contribuirá al desarrollo de tratamientos farmacológicos innovadores.

Palabras clave

Atómico, enzima, CypA, plegado de proteínas, dinámica molecular, simulación, desplazamiento químico, espectroscopia por resonancia magnética nuclear, conformación, enfermedad, tratamiento

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