Una jerarquía de escalas de tiempo en la dinámica de las proteínas está vinculada a la catálisis enzimática

Área de la Ciencia:

• La bioquímica es la bioquímica.
• Biología Estructural Biología estructural.
• Enzimología Enzimología.

Sus antecedentes:

• La función de las proteínas depende de la interacción entre la estructura molecular y la dinámica.
• Mientras que las dinámicas de micro a milisegundos están vinculadas a la función de la enzima, el papel de las fluctuaciones atómicas locales más rápidas es menos entendido.
• La adenilatocinasa (AK) es una enzima modelo para el estudio de las relaciones estructura-función.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la conexión entre las fluctuaciones atómicas rápidas (de pico a nanosegundo) y los movimientos de dominio más lentos (de microsegundo a milisegundo) en la adenilatocinasa.
• Determinar cómo estas dinámicas difieren entre las variantes AK mesófilas e hipertermófilas.
• Explorar la relación entre la dinámica, la actividad enzimática y la estabilidad de las proteínas.

Principales métodos:

• Se utilizaron simulaciones de dinámica molecular para analizar las fluctuaciones atómicas y los movimientos de dominio.
• Análisis comparativo de la adenilato quinasa mesófila y hipertermófila.
• Correlación de las propiedades dinámicas con la actividad enzimática y la energía libre del plegamiento.

Principales resultados:

• Se descubrió que las fluctuaciones atómicas a escala de tiempo de picosegundos a nanosegundos en las regiones de bisagra de AK facilitan movimientos de tapa más lentos y a gran escala.
• Estas movilidades rápidas y locales diferían entre el AK mesófilo y el hipertermófilo.
• Sorprendentemente, las dinámicas rápidas eran similares a temperaturas en las que la actividad enzimática y la energía libre del plegamiento coincidían.

Conclusiones:

• Las fluctuaciones atómicas rápidas son esenciales para permitir movimientos más lentos y funcionalmente relevantes de las proteínas.
• El vínculo entre diferentes escalas de tiempo de movimiento en la adenilato quinasa es crítico para su función catalítica.
• Esta interacción de dinámicas a través de escalas de tiempo puede ser un principio general que rige los paisajes de energía de proteínas.