Descripción microscópica de la desnaturalización en frío de proteínas globulares

Abstract

La desnaturalización en frío de las proteínas globulares es un fenómeno intrigante que merece especial atención. Asimismo, el efecto hidrofóbico es considerado la principal fuerza impulsora del plegamiento y la estabilidad proteica, así como la responsable de la pérdida de estabilidad conformacional en la proteína cuando esta es enfriada. La evidencia experimental y teórica reconoce el rol que desempeña la densidad del agua en dependencia con la temperatura, ya que está en gran medida determinada por las características energéticas y geométricas de los enlaces de hidrógeno. Por lo tanto, hay quienes argumentan que el modelo propuesto por Frank y Evans en 1945 confirma que los enlaces hidrógeno en la capa de hidratación de solutos no polares (Shell) son más fuertes y ordenados en relación a las aguas alejadas de esta región (bulk) una vez ocurre la desnaturalización en frío. Sin embargo, el modelo de Muller y algunos datos experimentales indican que la capa de hidratación está más desordenada o rota, que las del agua bulk. Por lo tanto, existe una discrepancia en el modelo microscópico para la desnaturalización en frío. Con la intención de comprender este fenómeno, hemos elegido como enfoque alternativo las simulaciones en dinámica molecular (DM) utilizando el paquete Gromacs-2018 y analizando la desnaturalización en frío de la frataxina Yfh1 de S. cerevisiae. En este estudio, creamos dos sistemas a 225 K y 1 bar. Para el primer sistema, la proteína se sumergió en la caja con agua en estado líquido que contenía una semilla de hielo Ih en estado sólido. Mientras tanto, el segundo sistema se hidrató agregando moléculas de agua al azar en estado netamente líquido. Después de 1 µs de simulación, el primer sistema se cristalizó totalmente en hielo Ih (congelación), mientras que el segundo sistema (sin semilla) permaneció en estado líquido. Nuestras simulaciones por MD muestran detalles de la cantidad de enlaces de hidrógeno en la capa de hidratación y la reorganización de estos en los pares interactuantes agua-agua y agua-proteína durante el enfriamiento. Mostrando además, una disminución en la densidad del agua debido a un aumento en la fracción de moléculas de agua con una perfecta coordinación tetraédrica que modifican el área superficial en la proteína accesible al solvente en dependencia con el efecto hidrofóbico.