Estudo da aplicação de descritores de densidades eletrônica de proteínas no estudo de suas características químicas e biológicas

Proteínas são macromoléculas de aminoácidos cuja geometria final, semelhante a um complexo novelo, permite que estas moléculas sejam bastante versáteis, utilizadas em uma vasta gama de papéis químicos nas células vivas. A geometria de equilíbrio das proteínas em suas condições normais são determinada...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2017
Main Author: Carvalho, Gabriel Aires Urquiza de lattes
Orientador/a: Rocha, Gerd Bruno de lattes
Co-advisor: Sávio Torres de, Farias
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal da Paraíba
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química
Department: Química
Assuntos em Portugês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/11845
Resumo Português:Proteínas são macromoléculas de aminoácidos cuja geometria final, semelhante a um complexo novelo, permite que estas moléculas sejam bastante versáteis, utilizadas em uma vasta gama de papéis químicos nas células vivas. A geometria de equilíbrio das proteínas em suas condições normais são determinadas, em grande parte, por sua sequência primária, que é produto da evolução biológica. Neste trabalho foram utilizados os momentos de Canterakis-Zernike e suas Invariantes Rotacionais para estudar possíveis semelhanças entre as densidades eletrônicas de proteínas modernas e aquelas produzidas a partir de estruturasobtidasdesuassequênciasancestraisretiradasdaliteratura.AstRNA-Aminoacil Sintetasesforamselecionadascomoconjuntodeanáliseemvirtudedariquezadeinformação filogenéticasobreestasmoléculasnaliteratura,entreestasinformaçõesinclusiveapresença de sequências de ancestrais obtidas pela técnica de Reconstrução de Sequências Ancestrais (ASR). As estruturas das sequências modernas e ancestrais foram obtidas utilizando-se o algoritmo de predição de estrutura terciária I-TASSER. A ferramenta BLAST foi utilizada para identificar sítios de dimerização nas sequências e o algoritmo ClusPro utilizado para realizar o ancoramento molecular entre as duas subunidades das proteínas que eram homodímeros. As proteínas foram submetidas a dinâmicas moleculares para que estruturas finais com estabilidade conformacional pudessem ser obtidas a partir daquelas produzidas pelo I-TASSER. As densidades eletrônicas foramobtidas destas estruturas finais através de cálculossinglepointsemiempíricosutilizandooHamiltonianoPM7comoMOPAC2012.Os momentos de Canterakis-Zernike e suas Invariantes Rotacionais foram obtidas através de um novo algoritmo implementado neste trabalho para a projeção de densidades analíticas produzidas pelo Gaussian2009 e MOPAC2012 no espaço de Canterakis-Zernike, que encontra-se implementado no programa DAMQT. As densidades foram então agrupadas segundo suas invariantes rotacionais para observar se estes descritores seriam capazes de agrupar as densidades eletrônicas segundo a origem evolutiva das proteínas de onde elas foram calculadas. Concluiu-se que as densidades eletrônicas são capazes de agrupar as proteínas segundo seu estado de dimerização que, embora não sejam diretamente ligados ao passado evolutivo destas moléculas, é relacionado o suficiente para exigir investigações posteriores mais profundas e cuidadosas.
Proteins are macromolecules composed of aminoacids for which the ?nal geometry, like that of a complex bundle, allows these molecules to be highly versatile and to be occupy a wide array of chemical roles in living cells. The equilibrium geometry of proteins in their native conditions are determined, in great part, by their primary sequence which is itself a product of biological evolution. In this work the Canterakis-Zernike Moments and the Rotationally Invariant Fingerprints have been used to study possible similarity patterns between the electron densities of modern proteins and those obtained from the tertiary structures predicted from their ancestral sequences, obtained from the literature. tRNAAminoacyl Synthetases were chosen as the set of proteins to be analyzed due to the wealth of phylogenetic information about these molecules in the literature, including ancestral sequences obtained through the application of the Ancestral Sequence Reconstruction (ASR) technique. The structures for the modern and ancestral sequences were obtained through the tertiary structure prediction algorithm I-TASSER. Sequences were BLASTed in order to identify possible dimerization sites. The ClusPro tool was used to carry out the molecular docking between the two subunits of the homodimeric proteins.The I-TASSER/ClusPro structure of the proteins were then submitted for Molecular Dynamics runs for the obtention of ?nal structures with conformational stability. The electron densities were obtained from these ?nal strucutures by means of semiempirical single point calculations using the PM7 Hamiltonian implemented on MOPAC2012. The moments of Canterakis-Zernike and their rotationally invariante Fingerprints were obtained via a new algorithm developed in this work for the projection of the analytical densities computed by Gaussian2009 and MOPAC2012 in Canterakis-Zernike space, which is implemented in the DAMQT software. The densities were grouped according to their Fingerprints in order to study whether or not these descriptors could be used to group electron densities according to the evolutionary origins of the proteins from which they had been computed. It was concluded that the electron densities are capable of clustering the proteins according to their dimerization state which, although not directly linked to their evolutionary past, is related enough to warrant further and more detailed investigations.