Discusiones y Conclusiones

Capı́tulo 5
Discusiones y Conclusiones
Desde que se marcaron los objetivos a cumplir en el presente trabajo fin de
master, el proceso de investigación en el campo de la dinámica molecular, enfocado en un área tan especı́fica como el estudio de proteı́nas, ha sido intenso al
igual que positivo. Es de destacar el alto caracter investigador del trabajo realizado en una materia donde organismos públicos y privados están invirtiendo
grandes esfuerzos en su desarrollo y en sus posteriores aplicaciones. Ası́, los
continuos avances en dinámica molecular han permitido la simulación con gran
rigurosidad de situaciones extraordinariamente complejas como los defectos en
el grafeno [34], explosivos [35], o el acoplamiento de proteı́nas [36]. Ese caracter altamente innovador y la gran versatilidad en sus aplicaciones infiere en la
hetereogenidad de los programas de dinámica molecular desarrollados, haciendo
que, a lo largo de los años hayan aflorado un gran número programas de cálculo,
adaptados en cada caso, a un campo de estudio especı́fico dentro de la dinámica
molecular, dificultando la estandarización de los procedimientos y la unión de los
esfuerzos en conseguir potenciales más precisos y aplicaciones más universales.
Esta hetereogenidad dentro de la dinámica molecular fué una de las primeras
dificultades que se encontraron a la hora de poner a punto los ensayos sobre la
molécula de colágeno. La falta de una tendencia más o menos clara, por parte
de los diferentes autores a la hora de elegir una u otra aplicación, hizo que gran
parte de la primera fase de introducción al mundo de la dinámica molecular se
invirtiera en cierta medida en conocer los programas disponibles y cual de ellos
era el más utilizado o adecuado para estudios de proteı́nas.
La elección de una determinada proteı́na, el colágeno, no fué realizada al
azar, ya que la sencillez y la maniobrabilidad de dicha molécula permitió hacer
un gran número de ensayos preliminares con el fin de poner a punto el ensayo
definitivo de tracción. Además, el gran número de ensayos tanto experimentales
como computacionales permitı́a contrastar de una forma fiable los resultados.
En una primera etapa del trabajo se utilizó un potencial no reactivo, pues
resulta el más sencillo y menos costoso computacionalmente. Los resultados
mostraron una gran exactitud con respecto a los del trabajo que se tomó como
punto de partida [8]. Las carencias de los resultados logrados con este tipo de potencial quedaron expuestas al producir grandes deformaciones sobre la proteı́na.
Entonces se observó que las tracciones aumentaban sin ninguna restricción llegando a situaciones irreales de longitudes de enlaces entre los diferentes átomos.
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El siguiente paso natural era cambiar el potencial que gobernaba la evolución
de los átomos por uno que fuera capaz de reproducir ciertos fenómenos que con
el potencial no reactivo eran imposibles de . El potencial reactivo REAXFF
permitı́a simular situaciones más reales como la creación o la ruptura de enlaces,
la evolución de la carga para los diferentes átomos, etc., para estudiar fenómenos
como la fractura o el acoplamiento de proteı́nas. De esta forma, se pudo ver con
mayor detalle la respuesta del colágeno a la fuerza de tracción, apareciendo en
distintos instantes la rotura de las diferentes cadenas que lo componen. El uso
de este tipo de potencial implicaba una mayor exigencia computacional, pues
la complejidad de la formulación es más que notable además de que en cada
paso se actualizaban las cargas para cada átomo. Esto llevó a prescindir de
las moléculas de agua que en el ensayo con el potecial no reactivo se habı́an
introducido. Previamente, y dentro de las simulaciones llevadas a cabo con el
potencial no reactivo, se compararon los resultados de traccionar la molécula
de colágeno estando y sin estar inmersa en un medio acuoso. La conclusión de
dichos resultados fué que apenas se encontraron diferencias significativas entre
ambos, y por esta razón se decidió quitar todas las moléculas de agua para el
ensayo con el potencial reactivo. Este tipo de procedimiento trata de asemejar
lo más posible las simulaciones hechas con dinámica molecular a aquellas otras
realizadas experimentalmente [37], pero en ningún trabajo de los consultados se
cuestionaba la verdadera validez de dicho procedimiento.
La mayorı́a de los ensayos experimentales con colágeno han sido realizados
en una escala inmediatamente mayor, utilizando fibrillas en vez de usar una
única molécula compuesta por apenas 90 residuos. De esta forma, era posible calcular una magnitud como el módulo de rigidez con el área de la fibrilla.
En nuestro caso, al tratarse de un medio discreto, el considerar una tensión a
través de la proteı́na no era del todo real. Aun ası́, en algunos artı́culos [7, 8],
tratan de comparar los resultados obtenidos mediante dinámica molecular con
los módulos de rigidez obtenidos experimentalmente asignando un área ficticia
al colágeno, al considerar que éste puede ser simplificado como un cilindro de
radio aproximado de 7 Å, y de altura 84 Å. Otros autores como M.J. Buehler
[9] estudiaron, mediante dinámica molecular, el comportamiento de las fibrillas
a una escala mesoscópica, discretizando el dominio de ésta. Al ser la escala
mesoscópica la siguiente etapa a alcanzar, y aún estando fuera de los motivos
del presente trabajo fin de master, se llevó a cabo la puesta a punto de la formulación analı́tica que representarı́a el comportamiento no lineal e hiperelástico de
este tipo de fibras usando los conceptos de la mecánica de medios continuos no
lineal. Con ésto se obtuvieron resultados más que satisfactorios al compararlo
con los del potencial no reactivo, es decir, no cabı́a comparación con los resultados obtenidos con el potencial reactivo, pues la formulación analı́tica empleada
es incapaz de reproducir daños. En trabajos futuros se pretende aplicar la formulación analı́tica de un material hiperelástico capaz de sufrir daños usada por
otros autores [38].
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