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Entendiendo lo básico de Rosetta@home

Dentro de los materiales que tendremos a disposición en seti.cl, ofrecemos esta práctica guía de preguntas y respuestas que nos ayudarán a comprender qué son las proteínas y cuál es la búsqueda que realiza David Baker y su equipo, en donde nosotros también podemos ser partícipes.

Rosetta@home

boinc.bakerlab.org/rosetta/

¿Qué es Rosetta@home?

Rosetta@home es un programa de predicción y diseño de estructuras proteicas.

¿Qué es una proteína?

La Proteína es una sustancia química que forma parte de la materia fundamental de la célula. Son moléculas formadas por una gran cantidad de aminoácidos. Generalmente se disuelven en agua o en soluciones acuosas de sales minerales diluidas. Son indispensables en la alimentación. Repara y construye estructuras en el mismo organismo.

¿Qué son los aminoácidos?

Son moléculas químicas que forman las estructuras básicas de las proteínas. Hay 20 aminoácidos distintos que son especificados por un código genético. Estos 20 aminoácidos caen en diferentes grupos basados en sus propiedades químicas: ácido o alcalino, hidrófilo o hidrófobo.

Ejemplo de aminoácido: triptófano

Ej. de aminoácido: triptófano

¿Qué hacen las proteínas?

Las proteínas ejecutan muchas funciones esenciales en las células de los organismos vivientes. Ellos reproducen y mantienen el genoma (ADN), ayudan a crecer y dividir las células, y a detenerlas si crecen mucho, las proteínas le dan identidad a una célula (ej hígado, neurona, etc), ayudan a las células a comunicarse unas con otras. Las proteínas cuando mutan o se ven afectadas por toxinas pueden causar enfermedades, tales como el cáncer o alzheimer. Las proteínas bacteriales o virales pueden atacar una célula y matarla. En resumen, las proteínas hacen de todo.

¿Porqué las proteínas efectúan todas estas funciones diferentes?

Cada proteína se pliega a una forma o estructura única tridimensional. Esta estructura especifica la función de la proteína. Por ejemplo, una proteína que descompone glucosa para que así la célula use la energía guardada en el azúcar, tendrá una forma que reconoce la glucosa y la liga a ella. ( como la cerradura a una llave). Tendrá aminoácidos químicamente activos que reaccionarán con la glucosa y la descompondrán, para liberar la energía.

¿Porqué las proteínas se pliegan en estructuras únicas?

Es muy sabido que las proteínas tienen un estado natural llamado: mínimo termodinámico. Eso significa que el estado único de la proteína es el estado más estable que puede adoptar. Imagínense una pelota en un embudo; la pelota siempre rodará hacia abajo, porque es el estado más estable.

Imagen 3D de una proteína

Imagen 3D de una proteína

¿Qué fuerzas determinan el estado natural (más estable) de la estructura de la proteína?
La sequencia de aminoácidos es suficiente para determinar el estado natural de la proteína. Por virtud de las diferentes propiedades químicas, algunos aminoácidos son atraídos entre sí (por ejemplo, aminoácidos cargados opuestamente), por lo tanto asociarán otros aminoácidos y tratarán de evitar el agua (porque ellos son grasientos) por tanto llevarán la proteína a un estado más compacto que excluya el agua del contacto.

¿Porqué es tan dificil determinar la estructura natural de la proteína?

Incluso las proteínas más pequeñas tienen 100 aminoácidos. El número de conformaciones disponibles para tan pequeña proteína es astronómica, porque existen muchos grados de libertad. Para calcular la energía de tal posible estado (para que podamos saber cual es el estado más estable) es un problema computacional enorme. El problema crece exponencialmente con el tamaño de la proteína. Algunas proteínas humanas pueden ser enormes (1000 aminoácidos).

¿Entonces, como aborda este problema Rosetta?

La filosofía de Rosetta es comprender las propiedades físicas-químicas de los diferentes tipos de aminoácidos y sus interacciones, y un conocimiento de las conformaciones locales más probables, en extensiones cortas de aminoácidos dentro de una proteína; limitar la búsqueda de espacio y evaluar la energía de diferentes posibles conformaciones. Al probar la suficiente cantidad de conformaciones, Rosetta puede encontrar la energía más baja, el estado natural más estable de la proteína.

Protector de pantalla Rosetta@home

Protector de pantalla Rosetta@home

¿Porqué se requiere computación distribuida en la predicción de la estructura en Rosetta?

En muchos casos cuando ya se sabe la estructura más natural de la proteína, hemos notado que la función de energía de Rosetta reconoce el estado natural como MAS estable que cualquier otro estado de muestra. En cambio, cuando comenzamos una conformación al azar, podemos probar muchas más conformaciones, y tratar diferentes estrategias de búsqueda, para ver cual es la más efectiva.

Por Vanita Sood
Traducción: Tiare Rivera