Modelización de Biomembranas

Víctor Cruz Biofísica Macromolecular(BIOPHYM)Departamento de Física MacromolecularInstituto de Estructura de la Materia – CSIChttp://www. gemppo.iem.csic.es/gemppo/victor.cruz@iem.cfmac.csic.es

13 de Abril de 2011

Estructura de la Biomembrana

Características de la biomembrana

Permite separar los medios intra y extracelulares Es responsable de la comunicación entre los dos medios Multitud de fenómenos biológicos tienen lugar en su superficie ……. Su Estructura detallada es difícil de determinar experimentalmente. La simulación puede aportar información dificilmente obtenible por

otro medio.

Modelos de Simulación

Sistemas compuestos por un gran número de átomos. Nivel atomístico tratado con modelos de Mecánica Molecular Clásica. Modelos de Mesoescala para sistemas mas grandes

Información resultante•Detalle atomístico de la estructura de proteinas transmembrana•Dinámica de procesos biológicos en el entorno de la membrana

Receptores de Cannabinoides

Rayos X: estructura cristalina de Rodopsina Bovina

TEMPLATE

G-protein Receptors (7 helices transmembrana) conectados

por loops extra e intracelulares

Loops Extracelulares

Loops Intracelulares

Paqueteα-TMHs

Receptor de Cannabinoides

CB1

Receptor de Cannabinoides

CB2

Modelos porHomologia

Construcción del modelo

ModeloCB1 ó CB2

Bicapa lipídica de POPC (512 lipidos)

+

La proteina se inserta en la bicapa y se eliminan los

lípidos que colapsan.Tamaño: 12.6nm x 13.1nm x 12.4nm

~ 162000 atomos

Agua +

Contra iones

PROTOCOLO DE SIMULACION

1) Minimizar la Energía Potencial del sistema

2) 7ns Dinámica Molecular para equilibrar el sistema

3) 50 ns de producción de Dinámica Molecular

Simulación de Dinámica Molecular

Algunos Resultados: Discordancia Hidrofóbica

α ≈ 29º

<αMD>(CB2) = 24.4 ± 1.7º

<αMD >(CB1) = 14.0 ±1.5º

Algunos Resultados: Deformación de la Bicapa

Asociado a “rafts” lipídicos

Siguiente Paso: Docking de ligandos

Colaboración con el Inst. de Química Médica. CSIC

•Evaluación de la Energía de Interacción ligando-receptor.•Comparación con afinidades experimentales.•Propuestas de modelos farmacofóricos para diseño de nuevos fármacos.

Miles de “dockings” entre varios ligandos y cada receptor

Perspectivas futuras: Proyecto Ibercivis

CIUDADANO:-Un Ordenador Personal y acceso a una Red de Banda Ancha.-Recursos de tiempo de CPU y memoria que no usa al 100%

CIENTIFICO:-Miles de cálculos que realizar. Se pueden fragmentar. -Cada fracción de cálculo requiere pocos recursos.

Hace participe al ciudadano de sus investigaciones.

3. Perspectivas futuras: Proyecto Ibercivis

Servidor de BoincCiudadano

¿Estoy ocupado?SI :Sigo

NO

Inicia Cálculos

Finaliza el Cálculo

Si el usuario trabaja el cálculo se detiene

Envía Resultados

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