Una nueva investigación muestra los nudos “virtuales” de las proteínas

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Las proteínas se ven implicadas en muchos de los procesos esenciales para la vida. Son moléculas largas que “se pliegan” en formas tridimensionales que les permiten desempeñar su papel biológico.

Una molécula de proteína plegada, que consiste en cadenas de aminoácidos, se asemeja a una pieza de alambre enrollada y enredada, que, según se ha llegado a ver, podría encontrarse anudada.

El estudio matemático de los nudos se llama teoría de nudos, una rama de las matemáticas abstractas que está relacionada con otras áreas de las matemáticas como el álgebra. Las curvas anudadas estudiadas en la teoría de nudos tienen los extremos cerrados, como si fuera un nudo en círculos; pero no es así con las moléculas de proteínas.

Un nuevo estudio realizado por físicos de la Universidad de Bristol, en el Reino Unido y publicado en Scientific Reports, ha demostrado que los nudos en las proteínas pueden entenderse usando el concepto de “nudos virtuales”, que es una rama de la teoría de nudos previamente considerada como abstracta y sin aplicación práctica.

Investigaciones anteriores sobre proteínas anudadas implicaba la adición de líneas para cerrar la curva de una proteína y crear una trayectoria circular. Como no hay ninguna manera única de hacer esto que resulte obvia, los investigadores tomaban el promedio de todas las líneas de cierre diferentes.

(Imagen ampliable) Una molécula de proteína tridimensional se ve proyectada en 3 direcciones perpendiculares. La proyección en cada dirección corresponde con un nudo virtual, que aparece representado como un diagrama de un nudo abierto, cuyo término es “virtualmente cerrado”. Imagen: Universidad de Bristol.

El profesor Mark Dennis, de la Facultad de Física, explicó: “Nuestro procedimiento, sin embargo, toma una visión de la curva de proteínas desde diferentes ángulos, o dicho de otro modo, proyecciones, que pueden analizarse matemáticamente como nudos virtuales sin añadir líneas adicionales. Este método captura la ambigüedad esencial que hay acerca de dónde se encuentran los extremos de las curvas de las proteínas”.

Ver la curva de las proteínas desde diferentes direcciones da lugar a diferentes proyecciones, o “sombras”, de la curva. El nudo virtual de cada sombra puede ser identificado matemáticamente a partir de la secuencia sobre y bajo cruces en la proyección.

Los diversos tipos de nudos que ocurren en cada dirección, ya sean virtuales o regulares, y que no son obvios a menos que se simplifique la proyección, se pueden dibujar en un mapa esférico; este “globo” de direcciones de visualización se divide en “mares e islas” de diferentes tipos de nudos. La estructura tridimensional de la proteína, esencial para su función, se puede comprender mejor a partir de los diferentes tipos de mapa que aparecen de esta manera.

Cuando los nudos de la proteína se cierran por líneas adicionales, los mares y las islas se limitan a solamente un pequeño número de tipos “clásicos” de nudo: los círculos anudados. Puesto que hay muchos más tipos de nudos de tipo virtual que de tipo clásico (puesto que no tienen que cerrarse), ver el nudo de manera ‘virtual’ ofrece un entendimiento más sutil sobre la forma de la molécula de proteína.

Este trabajo es parte del proyecto Propiedades Científicas de los Nudos Complejos (SPOCK por sus siglas en inglés), una colaboración entre la Universidad de Bristol y la Universidad de Durham en el Reino Unido.

El objetivo del proyecto es crear nuevas herramientas computacionales y técnicas matemáticas para el análisis, la síntesis y la explotación de estructuras anudadas en una amplia gama de fenómenos físicos complejos.

Artículo original publicado por la Universidad de Bristol. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-02-14T14:48:09+00:00