Dynamics of biological and non-biological aqueous solutions-Evidence of coupling between the motions of water and solutes

Abstract

Las proteínas son sistemas dinámicos que interactúan fuertemente con su entorno, de hecho, el propio disolvente es el que potencia los movimientos, aportando flexibilidad a la estructura de la molécula para que esta pueda adquirir la estructura final y biológicamente activa. De acuerdo con esto, para comprender correctamente cómo funciona una proteína, primeramente, es esencial aclarar la dinámica de las moléculas del solvente que la rodean, y cómo este afecta a la dinámica de la proteína. Hasta la fecha no está claro si las fluctuaciones del solvente, gobiernan la dinámica de las proteínas, o si tanto la proteína y la dinámica del agua se están afectando mutuamente. Nosotros proponemos estudiar péptidos en lugar de grandes macromoléculas como son las proteínas, ya que comparten muchas propiedades pero con la ventaja de que su solubilidad es mayor. Para que el estudio sea biológicamente relevante, debe llevarse a cabo en un ambiente acuoso, y este es precisamente nuestro tema de investigación; la relación entre la dinámica del péptido y la del agua que le rodea. Se han estudiado soluciones acuosas basadas en oligómeros de n-lisina (n = 3, 4, 10 y 32), analizando los movimientos peptídicos esclavos con el disolvente. De esta manera, el estudio de su dinámica podría aportar información adicional sobre la dinámica de las proteínas. Los resultados muestran que por debajo de la temperatura de transición vítrea (Tg), los movimientos de la proteína siguen la misma dependencia con la temperatura que las moléculas de agua que la rodean, pudiendo definir un acoplamiento entre la dinámica del soluto y la del disolvente. Se podría definir el movimiento de los péptidos como "esclavizado" al movimiento del disolvente tal y como se describe en la literatura para las proteínas. Esto implica que los movimientos del soluto esclavos con el disolvente no son únicos para las proteínas. Para corroborar este hecho, también estudiamos los fenómenos de esclavitud en sistemas no biológico (soluciones acuosas de polímeros sintéticos como la polivinilpirrolidona (PVP) y polisacáridos como la sacarosa y el dextrano), evidenciando un acoplamiento de la dinámica del soluto con la del disolvente. De acuerdo con este hallazgo, podemos concluir que los movimientos esclavizados pueden extenderse a sistemas no biológicos.