ANNUAL REPORT 2011 - Instituto de Estructura de la Materia

MOVILIDAD, ORDEN Y NANOESTRUCTURA EN SISTEMAS MACROMOLECULARESEn consonacia con los estudios realizados mediante simulación por ordenador, se ha llevado a cabo un estudioexhaustivo de las propiedades físicas de modelos moleculares de poliolefinas, sus mezclas, así como de sistemascompuestos de poliolefinas con nanotubos de carbono, tanto en el estado fundido como en el estado sólido. Estosestudios se han llevado a cabo en el marco de colaboraciones con distintos grupos de investigación, tantoindustriales (Dow Chemicals Ibérica) como académicos. El estudio de las propiedades en el fundido de los modeloshomogéneos ha permitido distinguir y separar entre efectos de características moleculares que normalmente seconfunden: las colas de alto peso molecular y la ramificación de cadena larga, muy importantes además enfenómenos asociados con la procesabilidad. En cuanto a los sistemas multicomponentes, se hay que destacar que seproducen importantes efectos emergentes, ligados a interacciones específicas entre los componentes, y que provocanpropiedades interesantes desde el punto de vista aplicado. Asímismo, se ha podido estudiar el efecto que causa laarquitectura molecular de las matrices poliméricas en las propiedades físicas en presencia de nanotubos de carbono.Los resultados obtenidos pueden tener importantes implicaciones a nivel básico y aplicado. En cuanto a laspropiedades en el estado sólido, el estudio de los sistemas mediante distintas técnicas experimentales, como lacalorimetría diferencial de barrido, rayos X de ángulo alto y bajo y análisis dinamo-mecánico, ha permitido ahondarsobre el conocimiento de la compleja estructura de fases, que puede ser modulada en función de su arquitecturamolecular y estructura de fases, y de las que dependerán las propiedades finales. Por otro lado, desde un punto devista más básico, se ha realizado un exhaustivo estudio mediante microscopía electrónica de transmisión del procesode cristalización desde disolución diluida de modelos moleculares ramificados. Se ha podido comprobar el profundoefecto de la ramificación, no solamente en el hábito cristalino, sino también en el tamaño de los cristales, queademás se corresponde perfectamente con las simulaciones por ordenador.SIMULACION DE SISTEMAS MACROMOLECULARES BIOLÓGICOSSimulación de aminoácidos dipeptidicos en disolución acuosa. Los dipeptidos son moléculas importantes debidoa que son modelos adecuados como “ladrillos” fundamentales de las proteínas. El estudio de las conformacionespredominantes de todos los posibles dipeptidos es relevante para entender los elementos de estructura secundaria enproteínas. Hemos combinado simulaciones de dinámica molecular “umbrella sampling” (USMD) con losestimadores de MBAR (Multiple Benner Acceptance Ratio) para calcular las conformaciones intrínsecas de 19aminoácidos, exceptuando la prolina. Nuestros resultados confirman que las conformaciones extendidas deldipeptido (P II and β) están más pobladas que las helicoidales α, esto es opuesto a la tendencia general encontrada enla literatura de simulación. Esta diferencia se ha atribuido a la combinación de USMD/MBAR y el potencial deinteracción OPLS-AA. Además, nuestros resultados están en mejor concordancia con las propensidadesrecientemente publicadas obtenidas mediante espectroscopia IR y Raman sobre los mismo dipeptidos. Se hadiscutido la influencia de los enlaces de H entre el agua y los dipeptidos sobre las conformaciones de estos últimos.Se ha encontrado que las conformaciones extendidas tienen una mayor probabilidad de formar puentes de H que lashelicoidales. En el caso de la alanina, se han realizado cálculos de alto nivel Car-Parrinello para estudiar estasinteracciones no enlazantes entre el disolvente y el dipeptido. Estos cálculos están en buena concordancia con losresultados de las simulaciones USMD/MBAR y con los experimentos. Hay que destacar que el trabajo que supuso elinicio de esta actividad científica (V. Cruz, J. Ramos and J. Martínez-Salazar, “Water-mediated conformations of thealanine dipeptide as revealed by distributed umbrella sampling simulations, Quantum Mechanics basedcalculationsand experimental data”, The Journal of Physical Chemistry B 115, 4880-4886, 2011) tuvo un granimpacto y los resultados fueron destacados en numerosos medios de comunicación.Receptores ERBB. La sobreexpresión aberrante de algunos miembros de la familia de receptores del factor decrecimiento epitelial (ERBB) está asociada a un pronóstico pobre en varios tipos de cáncer, en particular, el demama. ERBB2 y ERBB3 son dos miembros de esta familia que son utilizados como marcadores tumoralescorrelacionados con una mayor agresividad del tumor. Estas proteínas transmembrana están asociadas a procesos decrecimiento y proliferación celular y son consideradas unas dianas importantes en terapias para tratamiento delcáncer. En nuestro grupo de investigación se están realizando en la actualidad simulaciones de dinámica molecular anivel atomístico sobre el dominio extracelular de las ERBBs, en paralelo con estudios experimentales con el objetivode conocer las características estructurales y dinámicas de dichos receptores de cara a diseñar nuevas alternativasterapéuticas contra el cáncer.Mecanismo de acción de AS-48. Se han identificado pequeños péptidos con estructura secundaria de α-hélice comoagentes antimicrobianos en varios organismos. El mecanismo por el cual dicho péptido soluble se convierte en unaproteina ligada la membrana bacteriana es esencial para entender la toxicidad de las toxinas anti-bacterianas. AS-48es una bacteriocina cíclica de 70 residuos. Es producida por un Enterococcus faecalis y es única por su estructuracíclica y por su amplio espectro antimicrobiano contra bacterias Gram-positivas y Gram-negativas y sugiere que AS-48 puede ser un buen candidato a preservativo natural alimentario. El objetivo primario de AS-48 es la membranacelular bacteriana, donde aparentemente forma poros dando lugar a la permeabilidad de la membrana bacteriana.45