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Computational Studies on the Structure and Dynamics of Bioactive Peptides.

by Corcho Sánchez, Francisco José

Abstract (Summary)
Resumen de la Tesis Doctoral El presente trabajo está dedicado a la exploración del espacio conformacional de pèptids biológicamente activos, bajo diferentes condiciones, i con el objetivo de caracterizar su perfil conformacional. Se han usado diferentes técnicas dentro del marco de la mecánica molecular. Un primer obstáculo al inicio de este trabajo fue la definición de un criterio para medir como de exhaustivo había sido y cuando se debía detener la búsqueda. En el segundo capítulo se presenta una solución a este problema para al recocido simulado iterativo. La determinación de la conformación bioactiva es un requerimiento para al diseño de peptidomiméticos asistido por ordenador. La conformación bioactiva puede ser simplificada tomando los grupos funcionales que se sabe que interactúan con el receptor y la distancia relativa entre estos grupos. Esta entidad esquemática es llamada farmacóforo. El farmacóforo puede ser utilizado para cribar bases de datos tridimensionales de moléculas para la búsqueda de peptidomiméticos. A continuación, para los compuestos obtenidos en la búsqueda se puede testar la actividad e identificar así un nuevo grupo de cabezas de serie. En el capítulo 3 se describe un ejemplo de este procedimiento que tiene como objetivo la obtención de un nuevo grupo de antagonistas de la bradiquinina. Los péptidos han sido tradicionalmente considerados moléculas flexibles especialmente en solventes polares como el agua. La flexibilidad es difícil de medir mediante técnicas experimentales y como consecuencia los péptidos han sido considerados moléculas que no presentaban estructura bajo estas condiciones. Por otra parte los péptidos biológicamente activos se sabe que interactúan con sus receptores a través de una conformación preferida, a menudo llamada conformación bioactiva. La hipótesis más aceptada para explicar la interacción de los péptidos y sus receptores es el ajuste inducido o "induced fit". Así, el péptid mostrará en solución motivos conformacionales que son parte de la conformación adoptada en el receptor. Posteriormente a la unión del péptido al receptor, la conformación en solución será modificada de manera que se optimice la interacción del péptido y el receptor. Por tanto, parece existir una contradicción entre la necesidad de que haya un cierto grado de estructura en el péptido previamente a la unión al receptor y la ausencia de estructura del péptido en solución. En algunos casos se ha argumentado que la unión del péptido a la membrana biológica es un prerrequisito para la adopción de la conformación bioactiva y la subsiguiente unión al receptor. En los capítulos 4 i 5 esta hipótesis es criticada y se presenta una hipótesis alternativa. Recientemente, se han presentado diferentes ejemplos de plegamiento de péptidos que han sido simulados mediante largas trayectorias de dinámica molecular. Surge un problema cuando la gran diversidad de conformaciones obtenidas ha de ser clasificada en términos de su grado de plegamiento respectivo. En el capítulo 4 se describe una nueva metodología para la clasificación y el agrupamiento de estructuras peptídicas basadas en la presencia de motivos estructurales y las similitudes entre ellas. Esta metodología puede resultar muy útil ya que está casi automatizada y no presenta ningún tipo de limitación respecto al tamaño del péptido o la proteína en estudio. Con el objetivo de seguir los problemas que aparecen cuando la medida y la flexibilidad de los péptidos se incrementan, la secuencia de los capítulos de este estudio se presenta con la medida de los péptidos creciente. Así, en el capítulo 2 el perfil conformacional de los inhibidores de la farnesiltransferasa que tienen una longitud de 4 residuos es estudiado mediante el proceso del recocido simulado iterativo. La primera parte del capítulo 3 trata con un antagonista de la bradiquinina, Hoe 140. Aunque Hoe 140 con 10 residuos es más grande que los inhibidores de la farnesiltransferasa, que tienen 4 residuos, la diversidad conformacional del péptido solo se ha considerado para los últimos 5 residuos. Esta simplificación del péptido se realiza por tal de comparar los perfiles conformationales de Hoe 140 y de un grupo de análogos de la bradiquinina, que se presentan en la segunda parte del capítulo, de 5 residuos de longitud y que contienen el ácido 1-amino-2-fenilciclopropacarboxílico que es un residuo conformacionalmente restringido. Finalmente, los capítulos 4 y 5 están dedicados a un neuropéptido de once residuos: sustancia P. El incremento de la medida provocó un cambio en la metodología utilizada. Así, el perfil conformacional del péptido ha sido estudiado mediante el recocido simulado iterativo y mediante trayectorias extensas de dinámica molecular. Esto ha permitido la comparación entre ambas metodologías y la extracción de conclusiones sobre el tipo de información que se puede obtener a través de las diferentes metodologías para la exploración del espacio conformacional de péptidos. El presente trabajo se ha publicado parcialmente en dos artículos: F.J Corcho, M. Filizola, J.J. Pérez. Evaluation of the iterative simulated annealing technique in conformational search of peptides. Chemical Physics Letters. 2000, 319: 65-70. F.J. Corcho, M. Filizola y J.J. Pérez. Assessment of the bioactive conformation of the farnesyltransferase protein binding recognition motif by computational methods. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 1999, 16(5): 1043-1052.
This document abstract is also available in Catalan and English.
Bibliographical Information:

Advisor:Canto Silva, Josep; Pérez González, Juan Jesús

School:Universitat Politécnica de Catalunya

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:713 enginyeria química

ISBN:

Date of Publication:01/26/2004

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