Desenvolvimento e implementação de um modelo Coarse-Grained para predição de estruturas de proteínas

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Goliatt, Priscila Vanessa Zabala Capriles
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Laboratório Nacional de Computação Científica; Coordenação de Pós-Graduação e Aperfeiçoamento (COPGA); BR; LNCC; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Estrutura molecular; Algorítmos genéticos; Genetic algorithms; Molecular structure; CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA::BIOLOGIA MOLECULAR
• Link de acesso: https://tede.lncc.br/handle/tede/157

O conhecimento da conformação tridimensional (3D) da estrutura nativa de uma proteína tem auxiliado pesquisas biotecnológicas como as voltadas à engenharia de proteínas e ao desenho racional de fármacos. Como alternativa às técnicas de predição experimental e à técnica de predição teórica via modelagem comparativa, a técnica de predição teórica via ab initio tem sido cada vez mais explorada. Na técnica ab initio, a predição da estrutura 3D de uma proteína (PSP) é feita baseando-se apenas na sua sequência de resíduos de aminoácidos e nas propriedades físico-químicas dos mesmos. Entretanto, os métodos de PSP ab initio, para chegarem à soluções que representem estruturas nativas, requerem um grande número de avaliações de função o que limita suas aplicações em estudos de proteínas mais complexas. Uma possível solução para este problema é o uso de uma representação simplificada do sistema (modelo coarse-grained - CG). No modelo CG, a representação de cada aminoácido é reduzida a um conjunto de poucos sítios de interação, diminuindo significativamente o número de graus de liberdade a serem tratados e, portanto, reduzindo o custo computacional necessário na avaliação de cada estrutura durante o processo de otimização. Neste trabalho, foi desenvolvido e implementado um modelo CG aplicado ao problema de predição de estruturas 3D de proteínas, incluindo-se a possibilidade de simular a presença de ligações dissulfídicas. Este modelo foi adaptado ao programa GAPF (Genetic Algorithm for Protein Folding), previamente desenvolvido no Grupo de Modelagem Molecular de Sistemas Biológicos (GMMSB/ LNCC) e originalmente implementado para a PSP via técnica ab initio usando um modelo de representação de todos os átomos do sistema. O modelo CG desenvolvido foi testado em um conjunto de 36 estruturas, de tamanhos variando entre 18 e 106 resíduos de aminoácidos, e abrangendo as distintas classes de proteínas (i.e. preferencialmente alfa, alfa+beta e preferencialmente beta). Os resultados obtidos mostraram que o modelo CG proposto resultou em melhorias na capacidade preditiva do programa GAPF, sendo agora capaz de predizer conformações em folha-β, e na redução de aproximadamente 80% do tempo computacional.