Explorando o relevo da superfície de energia de macromoléculas biológicas

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Viegas, Rafael Giordano [UNESP]
• Orientador(a): Leite, Vitor Barbanti Pereira [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: ELViM; Relevo energético; Projeção multidimensional; Enovelamento de biomoléculas; Dinâmica conformacional
• Palavras-chave em Inglês: Multidimensional projection; Biomolecular folding; Conformational dynamics
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/310685

A teoria da superfície de energia surgiu nas últimas décadas como um paradigma fun- damental para compreender processos moleculares complexos, como o enovelamento de proteínas e RNAs. Segundo essa teoria, a dinâmica conformacional das biomoléculas é guiada por superfícies de energia que vão desde funis suaves, típicos de proteínas globulares, até superfícies rugosas com múltiplos mínimos locais, características de proteínas desordenadas. No entanto, a caracterização e visualização detalhada dessas superfícies de energia representam um desafio significativo devido à complexidade e multidimensionalidade dos sistemas biomoleculares. Nesta tese, busca-se generalizar e detalhar o Energy Landscape Visualization Method (ELViM), um método desenvolvido para gerar representações intuitivas e de baixa dimensão das superfícies de energia, facilitando a análise de trajetórias moleculares e ensembles conformacionais. Inicialmente, apresenta-se um novo código Python para o ELViM, avaliando seu espaço de parâmetros e sua reprodutibilidade com dados do peptídeo MP1. Em seguida, aplica-se o ELViM para analisar o enovelamento de RNAs (tetra-alça GCAA e ribocomutador SAM-II), demonstrando a eficácia do método em agrupar estruturas similares — não apenas em relação à cadeia principal de açúcar-fosfato, mas também quanto à orientação das bases. Além disso, mostra-se que a superfície efetiva gerada pelo ELViM permite identificar ensembles de estados de transição, caracterizados pelas interações das nucleobases. Também foram investigados ensembles estruturais de proteínas intrinsecamente desordenadas (histonas H1 e H4, além de dados do repositório Protein Ensemble Database), demonstrando como o método pode ser empregado em análises conformacionais diferenciais e na caracterização da heterogeneidade conformacional desses sistemas. Por fim, foram analisadas as dinâmicas dos peptídeos antimicrobianos MP1 e H-MP1 em solução aquosa e na presença de membranas modelo, revelando diferenças conformacionais que podem influenciar a afinidade dos peptídeos pela membrana e a cinética de adsorção. Os resultados demonstram que o ELViM gera representações robustas e intuitivas para sistemas variados, possibilitando a identificação de mecanismos moleculares não discerníveis por métodos convencionais, abrindo novas perspectivas para a caracterização do relevo da superfície de energia de biomoléculas.