RT info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
T1 Simulación numérica de cápsides víricas con modelos de grano grueso
A1 Martín Bravo, Manuel
AB Esta tesis trata sobre la estructura, la dinámica de modos normales y la res-puesta mecánica frente a hendimientos de virus icosaédricos. El objetivo escaracterizar estas propiedades mediante modelos de grano grueso.Las estructuras geométricas de cápsides icosaédricas de una y varias capasse reproducen con éxito mediante la definición y optimización global de las co-rrespondientes funciones de diseño, las cuales han tomado formas simples. Lassubunidades de la cápside se identifican primero como unidades constituyen-tes a una determinada escala de grano grueso. Estas unidades se toman comopartículas puntuales situadas en un número adecuado sobre superficies esféri-cas concéntricas. En la definición de la función de diseño, primero se asigna uncoste a los empaquetados esféricos de las partículas, que es mínimo cuandoéstos son óptimos. A tal efecto, se toma el problema de Thomson como mode-lo de función de coste, donde se minimiza la energía potencial electrostáticaentre partículas cargadas idénticas. En algunos casos es necesario incorporarrestricciones de simetría icosaédrica como campos externos que actúan sobrelas partículas. Sin embargo, las funciones de coste más sencillas pueden ob-tenerse separando las partículas en conjuntos disjuntos no equivalentes coninteracciones distintas, o introduciendo huecos (ausencia de partículas) queinteraccionen entre sí y con las partículas reales. Estas funciones pueden adap-tarse para reproducir cualquier estructura de la cápside que se encuentre en losvirus reales. Las estructuras ausentes en la naturaleza requieren diseños signifi-cativamente más complejos. Se asignan medidas de contenido de informacióny complejidad tanto a las funciones de coste como a las geometrías de la cáp-side. En términos de estas medidas, las estructuras icosaédricas y las funcionesde coste correspondientes son las soluciones más simples.Por otra parte, se presenta un modelo teórico de grano grueso de mínima re-solución (escala de capsómeros) para el estudio de las propiedades dinámicas ymecánicas de las cápsides icosaédricas de los virus. En este modelo, la cápsidese representa como un sistema de muchos cuerpos que interactúan entre sí y cuyos elementos son subunidades de la cápside (capsómeros), que se tratancomo cuerpos rígidos tridimensionales. La energía potencial de interacción to-tal se escribe como una suma de las interacciones capsómero-capsómero porpares. Se propone una interacción binaria anisótropa mínima y completa queincluye una matriz hessiana de constantes de fuerza independientes. En estemodelo de interacción, los capsómeros tienen simetría axial de orden n > 2. Elmodelo completo de grano grueso preparado para describir adecuadamentela respuesta lineal del sistema se aplica para analizar el espectro de modos nor-males de baja frecuencia de la cápside icosaédrica T = 1 del Virus Satélite dela Necrosis del Tabaco (VSNT). Los parámetros del modelo se ajustan para queel espectro de frecuencias coincidia con el predicho por los cálculos atomísti-cos de Dykeman y Sankey [Dykeman and Sankey, Phys. Rev. Lett., 2008, 100,028101]. Dos opciones de capsómeros son compatibles con la simetría ico-saédrica de la cápside, a saber, pentones (n = 5) y trímeros (n = 3). El modelo escapaz de descubrir inestabilidades latentes cuyo análisis es congruente con losconocimientos actuales sobre la cápside del VSNT, que no se autoensambla enausencia de ARN y es térmicamente inestable. La sencilla generalización y sim-plificación del modelo más allá del régimen lineal y su exhaustividad lo convier-ten en una herramienta prometedora para interpretar teóricamente muchosdatos experimentales, como los que un Microscopio de Fuerza Atómica (MFA)puede proporcionar, o incluso para comprender mejor procesos alejados delequilibrio, como el autoensamblaje de la cápside. En particular, se ha compro-bado que es capaz de reproducir el hendimiento del Virus Diminuto del Ratón(VDR) dentro del error experimental, revelando además, las diferentes propie-dades del proceso en función del eje de simetría sobre el que se lleve a caboel proceso. Los parámetros óptimos de la generalización del modelo fuera delrégimen lineal se obtienen mediante la minimización de una función de errorcon base en los datos experimentales disponibles, a saber, la constante elástica,eje por eje, la hendidura crítica promedio y la imposición de que la energía totalde la cápside coincida con la dada por interacciones binarias de corto alcan-ce, favoreciendo que sólo sean relevantes a primeros vecinos. Las interaccionesa segundos vecinos son consecuencia únicamente de la forma del potencialy, tras optimizar los parámetros del modelo, se logra que éstas resulten des-preciables, de manera que los capsómeros interaccionan entre sí por contacto,como cabe esperar. Las constantes de fuerza óptimas ajustan razonablementemás allá de la configuración de mínimo global.
YR 2022
FD 2022
LK http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/34211
UL http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/34211
LA es
DS Repositorio institucional de la Universidad de La Laguna
RD 16-ago-2024