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Neurosim (completato)
- Progetto di Medicina
supportato dal Istituto di Struttura della Materia (CSIC)
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Le proteine sono molecole fondamentali per gli organismi viventi. Praticamente qualunque processo biologico dipende dalla presenza e dall'attività di queste molecole, la cui funzione è determinata dalla loro struttura molecolare.
Le proteine sono composte da catene di aminoacidi di lunghezza variabile (da qualche centinaio a decine di migliaia di elementi) che costituiscono la struttura primaria della proteina.
Queste strutture si uniscono fra loro a formare la cosiddetta struttura terziaria, responsabile delle funzioni biologiche della proteina. A volte le strutture terziarie si uniscono formando anche una struttura quaternaria.
Il numero di proteine composte da milioni di aminoacidi è molto elevato, ma nonostante il livello tecnologico raggiunto dagli attuali sistemi di analisi (risonanza magnetica, microscopi elettronici, ecc..) è possibile determinare la struttura terziaria solo per una piccola percentuale di queste proteine.
Dato che la struttura di una proteina è determinata proprio dalla sequenza degli aminoacidi che la compongono, una delle maggiori sfide della scienza moderna è riuscire a predire la struttura 3D di una proteina partendo dalla sequenza degli aminoacidi.
Per fare luce sulla composizione delle proteine, i ricercatori del Instituto de Estructura de la Materia del CSIC analizzano le proprietà della struttura di aminoacidi e piccoli peptidi (sequenza di poche decine di aminoacidi) conosciuti con il nome di neuropeptidi. Questi agiscono nel cervello e nel sistema nervoso e sono coinvolti nei naturali meccanismi dell'apprendimento e della memoria.
Nell'immagine a sinistra: rappresentazione CPK della struttura molecolare di una proteina nella membrana cellulare dei neuroni del sistema nervoso centrale. Essa è costituita di 374 aminoacidi e 6700 atomi. Notate la complessità della struttura. A destra: rappresentazione di una proteina. Notate le eliche, sono chiamate "eliche α-secondarie"
A seconda della disposizione degli atomi, esistono molte possibili strutture (o conformazioni) per ogni aminoacido. La conformazione più probabile è quella in cui l'emergia associata all'unione di questi atomi è minore. Il metodo utilizzato per calcolare l'energia di ciascuna conformazione è la simulazione del moto della molecola dell'aminoacido in un medium acquoso.
Le informazioni ottenute dalle simulazioni possono creare i cosiddetti scenari energetici della struttura di ogni aminoacido, che sono di indubbio interesse per il successivo passo nella ricerca: ricostruire la struttura di polipeptidi e proteine.
Simulazioni di questo genere richiedono circa 75 ore su un personal computer. Considerando che le possibili conformazioni dei 20 aminoacidi sono in totale 25.000, occorrerebbero circa 2 milioni di ore, o 200 anni, per completare il lavoro. Grazie al calcolo distribuito e al supporto dei volontari, il progetto Ibercivis può ridurre questi tempi a pochi mesi.
Nell'immagine: simulazione di dinamica molecolare. La struttura dell'aminoacido è raprpesentata con delle sfere come nella cosiddetta rappresentazione Van der Waals. L'insieme delle piccole "bacchette" rappresentano le molecole di acqua circostanti. La simulazione viene effettuata in maniera tridimensionale in modo da corrispondere ad una situazione reale.
Le proteine sono composte da catene di aminoacidi di lunghezza variabile (da qualche centinaio a decine di migliaia di elementi) che costituiscono la struttura primaria della proteina.
Queste strutture si uniscono fra loro a formare la cosiddetta struttura terziaria, responsabile delle funzioni biologiche della proteina. A volte le strutture terziarie si uniscono formando anche una struttura quaternaria.
Il numero di proteine composte da milioni di aminoacidi è molto elevato, ma nonostante il livello tecnologico raggiunto dagli attuali sistemi di analisi (risonanza magnetica, microscopi elettronici, ecc..) è possibile determinare la struttura terziaria solo per una piccola percentuale di queste proteine.Dato che la struttura di una proteina è determinata proprio dalla sequenza degli aminoacidi che la compongono, una delle maggiori sfide della scienza moderna è riuscire a predire la struttura 3D di una proteina partendo dalla sequenza degli aminoacidi.
Per fare luce sulla composizione delle proteine, i ricercatori del Instituto de Estructura de la Materia del CSIC analizzano le proprietà della struttura di aminoacidi e piccoli peptidi (sequenza di poche decine di aminoacidi) conosciuti con il nome di neuropeptidi. Questi agiscono nel cervello e nel sistema nervoso e sono coinvolti nei naturali meccanismi dell'apprendimento e della memoria.
Nell'immagine a sinistra: rappresentazione CPK della struttura molecolare di una proteina nella membrana cellulare dei neuroni del sistema nervoso centrale. Essa è costituita di 374 aminoacidi e 6700 atomi. Notate la complessità della struttura. A destra: rappresentazione di una proteina. Notate le eliche, sono chiamate "eliche α-secondarie"
A seconda della disposizione degli atomi, esistono molte possibili strutture (o conformazioni) per ogni aminoacido. La conformazione più probabile è quella in cui l'emergia associata all'unione di questi atomi è minore. Il metodo utilizzato per calcolare l'energia di ciascuna conformazione è la simulazione del moto della molecola dell'aminoacido in un medium acquoso.Le informazioni ottenute dalle simulazioni possono creare i cosiddetti scenari energetici della struttura di ogni aminoacido, che sono di indubbio interesse per il successivo passo nella ricerca: ricostruire la struttura di polipeptidi e proteine.
Simulazioni di questo genere richiedono circa 75 ore su un personal computer. Considerando che le possibili conformazioni dei 20 aminoacidi sono in totale 25.000, occorrerebbero circa 2 milioni di ore, o 200 anni, per completare il lavoro. Grazie al calcolo distribuito e al supporto dei volontari, il progetto Ibercivis può ridurre questi tempi a pochi mesi.
Nell'immagine: simulazione di dinamica molecolare. La struttura dell'aminoacido è raprpesentata con delle sfere come nella cosiddetta rappresentazione Van der Waals. L'insieme delle piccole "bacchette" rappresentano le molecole di acqua circostanti. La simulazione viene effettuata in maniera tridimensionale in modo da corrispondere ad una situazione reale.