Caracterização das propriedades difusivas de biomoléculas: do enovelamento aos rearranjos conformacionais

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: FREITAS, Frederico Campos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Triângulo Mineiro; Instituto de Ciências Exatas, Naturais e Educação - ICENE; Brasil; UFTM; Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais
• Palavras-chave em Português: Coeficiente de difusão.; Difusão estocástica.; Perfil de energia livre.; Ribossomo.; Diffusion coefficient.; Free energy profile.; Stochastic diffusion.; Ribosome.; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICA
• Link de acesso: http://bdtd.uftm.edu.br/handle/123456789/1275

Nas últimas cinco décadas, vários grupos de pesquisa vêm se dedicando a estudar o enovelamento das proteínas. Elas são macromoléculas biológicas codificadas linearmente pelos ribossomos e seu enovelamento ocorre espontaneamente e em um curto intervalo de tempo. A teoria da superfície de energia ajudou a superar esse paradoxo ao comparar o processo de enovelamento com uma difusão de estados em um funil de energia rugoso e multidimensional. Essa teoria vêm sendo aplicada com sucesso nos mais diversos contextos, como o enovelamento de proteína, cadeias de ácido nucleico, e mudanças conformacionais de proteínas, ácidos nucleicos e dos ribossomos. Simulações do modelo baseado na estrutura estão fundamentadas na teoria do funil de energia e são analisadas pelas trajetórias de uma coordenada de reação, escolhida para descrever o processo simulado. Neste trabalho, o método estocástico DrDiff de determinação dos coeficientes de drift, difusão e energia livre dependentes da coordenada, é comparado com outras metodologias disponíveis, utilizando um sistema difusivo ideal e dados de simulações de enovelamento/desenovelamento da proteína príon. Viu-se, em todos os contextos, que o método DrDiff obteve excelentes resultados, recuperando os parâmetros de entrada do sistema difusivo ideal, e extraindo o perfil de energia livre da príon. Também foi possível obter o formato de “X” do tempo de primeira passagem e o comportamento linear do tempo de passagem pelo estado de transição, calculados usando os coeficientes de drift e difusão obtidos pelo algoritmo DrDiff. O DrDiff também foi aplicado na análise da trajetória de experimentos de espectroscopia de força em um RNA hairpin e na proteína BR. Os perfis de energia livre obtidos concordaram com os mais refinados resultados apresentados nos respectivos trabalhos experimentais, e os coeficientes de difusão calculados ofereceram um insight do possível efeito do aparato nas medidas. O modelo baseado na estrutura tipo SMOG também pode ser utilizado para simular a dinâmica dos ribossomos, motores macromoleculares, compostos por cadeias proteicas e de ácido nucleico. Durante o processo de síntese das proteínas, os ribossomos passam por enormes mudanças conformacionais descritas pela rotação da sua subunidade menor. Todos os trabalhos teóricos até hoje disponíveis tratavam da rotação dos ribossomos procariotas, menores e mais simples que os eucariotas. Nesse trabalho são reportadas rotações da subunidade menor do ribossomo da levedura Saccharomyces cerevisiae. Foram obtidas rotações reversíveis e não enviesadas, iniciando de ambos os estados (rotacionado e não-rotacionado), usando um único campo de força tipo SMOG modificado. As estruturas médias em cada estado são altamente correlacionadas com as estruturas iniciais correspondentes e os perfis de energia livre obtidos para as trajetórias do ângulo da subunidade menor indicam uma escala temporal comparável aos dados experimentais. As análises feitas até aqui e com as que estão em andamento irão auxiliar na determinação do papel dos efeitos entrópicos e estéricos na rotação do ribossomo eucariota, e traçar paralelos entre ele e seu similar procariota.