Estudio mediante dinámica molecular de la estructura tridimensional del κ–carragenano en diferentes solventes

Abstract

El κ–carragenano es un polisacárido iónico extraído de algas marinas rojas constituido por unidades repetitivas copolimericas de α–(1–3) D–galactosa 4–sulfato y β–(1–4) 3,6–anhydro–D–galactosa. El conocimiento de las bases moleculares que determinan la conformación tridimensional de este polisacárido, es fundamental tanto para comprender las interacciones que llevan a la formación de geles como para regular sus propiedades industriales. Como sucede con tantos biopolímeros, si bien su estructura primaria es conocida, su estructura secundaria no está aún bien determinada, dependiendo la misma de las condiciones físico–químicas de la solución. En este trabajo proponemos estudiar el efecto de las moléculas de solvente sobre la conformación molecular. Para ello se ha realizado un estudio mediante dinámica molecular (MD) de un decámero de las unidades disacarídicas que forman el κ–carragenano, con el soluto sumergido en dos solventes moleculares explícitos de propiedades muy distintas: DMSO y agua. Las simulaciones fueron realizadas utilizando el paquete computacional GROMACS MD, utilizando en ambos cálculos átomos de Na+ como contraiones. Se han calculado las trayectorias de los ángulos diedros glicosídicos, los enlaces hidrógenos y las distancias interatómicas más relevantes a la conformación polimérica, mostrándose un buen acuerdo con los resultados experimentales disponibles, así como una coherencia global con cálculos previos de mecánica y dinámica molecular en agua o vacío.

The κ–carrageenan is an ionic polysaccharide extracted from marine red algae constituted by the copolymeric repetitive units of α–(1–3) D–galactose 4 – sulfate and β–(1–4) 3,6–anhydro–D–galactose. The knowledge of the molecular bases that determine the three–dimensional conformation of this polysaccharide is fundamental to understand the interactions leading to gel formation, as well as the regulation of its industrial properties. As with other biopolymers, even though its primary structure is well–known, the secondary structure is still a matter of debate. This work present and discuss the results of Molecular Dynamics (MD) simulations of a decamer of the repeating disaccharide unit constituting the κ–carrageenan. The simulations were run using the GROMACS MD package, with the solute immersed in molecular solvent, either DMSO or water, and using Na+ atoms as counterions. The dynamics of the central glycosidic angles are presented, as well as the pattern of possible intramolecular and solvent mediated H–bonds and some characteristics interatomic distances. These results are in good agreement with the available experimental data, as well as those of previous molecular mechanics and dynamics.