Enfoque variacional de la relajación en paisajes complejos: plegamiento de un biopolímero

Gustavo Adrián Appignanesi.

1997.

iv, 112 h. : ilustraciones ; 30 cm.

Director de tesis: Ariel Fernández y director adjunto: Rubén Montani.

"Tesis Doctor en Química".

Tesis(doctor)--Universidad Nacional del Sur. Departamento de Química e Ingeniería Química, 1997.

Resumen: El paradigma imperante en el contexto del plegamiento de biopolímeros, problema central de la Biofísica Molecular, se ha visto profundamente erosionado por una abundante acumulación de paradojas y contraejemplos. Dicho paradigma aduce que la estructura activa es la más estable y promueve la utilización de los métodos de la termodinámica de equilibrio para llevar a cabo su búsqueda dentro del espacio de conformaciones. Sin embargo, las escalas temporales en que ocurre el plegamiento, las que resultan irreconciliables con los tiempos de relajación ergódicos, sumado a la frecuente naturaleza metaestable que posee la conformación activa, ponen de manifiesto la necesidad de desarrollar un nuevo enfoque que resulte compatible con las experiencias y que represente una alternativa radicalmente diferente. Tal es el motivo del presente trabajo de tesis. Numerosas evidencias tanto teóricas como experimentales, determinan la existencia de caminos de plegamiento específicos que resultan elegidos por los biopolímeros en la búsqueda de su conformación activa dentro del astronómicamente vasto espacio de conformaciones. En tal sentido, presentamos un principio de minimización secuencial de pérdida de entropía (Sequential Minimization of Entropy Loss, SMEL), el cual, a la vez de dar cuenta del control cinético a que se ve sometido el proceso, permite dilucidar los caminos de plegamiento cinéticos, reproduciendo y explicando los hechos experimentales. El mismo representa un "principio de mínimo esfuerzo" de carácter local, ya que las barreras más bajas dentro del paisaje de energía libre del biopolímero dictan localmente el evento de plegamiento favorecido en cada etapa. Su implementación en un algoritmo para predecir caminos de plegamiento para el ácido ribonucleico (ARN) constituyó el desarrollo de una herramienta de manifiesto carácter predictivo y eventual capacidad ingenieril para asistir al diseño de biomoléculas capaces de plegarse de una manera expedita en una estructura apropiada para cumplir con una función específica. Dicho principio de naturaleza mecanicista nos condujo, a su vez, a desarrollar un enfoque variacional que representa su contraparte integral. Este contexto nos permitió identificar el principio de mínima acción que subyace en el problema del plegamiento de biopolímeros. Dicho principio gobierna el proceso de plegamiento precisamente por medio de la elección de caminos de plegamiento específicos dentro del inconmensurablemente vasto espacio de caminos, resultando responsable, por tanto, de tornar robusta y expedita a la búsqueda de la conformación activa. Por otro lado, la generalidad de tal principio variacional hace que su alcance se extienda más allá del contexto del plegamiento de biopolímeros. De tal manera, el desarrollo de dicha formulación nos permitió dotar de un enfoque variacional a la relajación de la clase universal de sistemas que conforman el campo de incumbencia de la así denominada "Ciencia de la Complejidad", mayormente sistemas de Física de Materia Condensada con un desorden intrínseco. En este contexto, la introducción de un enfoque variacional representa una mirada por completo novedosa de dichos sistemas. CALIFICACION DEPARTAMENTO DE GRADUADOS Calificación de la defensa oral: Sobresaliente Fecha: 17/6/97

Incluye referencias bibliográficas.