Avances metodológicos en el cálculo de la entropía conformacional y la energía de biomoléculas y su aplicación a modelos de colágeno

Resumen

En esta Tesis se persigue introducir algunas mejoras en el estudio teórico de biomoléculas mediante dos estrategias. En primer lugar, se propone un método para calcular la entropía conformacional de una molécula a partir de simulaciones de dinámica molecular, asumiendo que la entropía total intra-molecular (excluyendo rotación y traslación) es separable en sendas componentes vibracional y conformacional. La entropía vibracional se calcula utilizando la clásica aproximación harmónica. Para evaluar la componente conformacional, y partiendo de la conocida expansión en términos de funciones de información mutua, se han desarrollado una serie de nuevos métodos que son capaces de capturar los efectos de la correlación a órdenes elevados dentro de un cutoff dado. Así, para sistemas de gran tamaño, se propone utilizar el denominado correlation-corrected multibody local approximation, que incorpora únicamente la correlación verdadera o genuina presente en una determinada simulación. En segundo lugar, en esta Tesis se persigue el refinamiento de las energías de biomoléculas obtenidas generalmente mediante la utilización de potenciales de la mecánica molecular. Para ello se propone una aproximación termoquímica que estima la energía mecanocuántica de toda la biomolécula a partir de las energías de sus fragmentos y que puede combinarse fácilmente con cualquier modelo mecanocuántico de disolvente continuo o con métodos híbridos. Los dos avances metodológicos propuestos se aplican principalmente durante el estudio de modelos de la triple hélice de colágeno, que es la proteína más abundante en el medio extracelular de los mamíferos. También se han analizado otros sistemas, como alcanos en fase gas o polipéptidos en forma libre o unidos a enzimas metaloproteinasas, para los que es posible hacer cálculos de entropía más exigentes que facilitan el análisis de los resultados y/o la comparación con datos experimentales.