Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Souza Júnior, Ricardo Belarmino de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Adsorção de proteínas
Método de Monte Carlo
Regulação de carga
Protein adsorption
Monte Carlo Method
Charge regulation
Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/251072
Resumo: A adsorção de proteínas em superfícies porosas carregadas tem sido amplamente investigada devido ao seu potencial de aplicação nas áreas de biotecnologia e biomedicina, como em biossensores e drug delivery. Em geral, a adsorção é favorecida em pH próximo do ponto isoelétrico (pI) da proteína, no qual a repulsão eletrostática proteína-proteína é minimizada, e os patches de carga de sinal oposto à da superfície promovem a atração proteína-poro. Entretanto, resultados experimentais da adsorção do citocromo c em mesoporos de sílica SBA-15 mostraram que o pH no qual ocorre a máxima adsorção está significativamente abaixo do pI da proteína. Nossa hipótese é que o mecanismo de regulação de carga pode ser importante para esse comportamento. Para investigar essa questão, estudamos a adsorção do citocromo c enovelado, utilizando um modelo simplificado baseado em estrutura, por meio de simulações computacionais de Monte Carlo a pH constante. A proteína foi confinada em um poro cilíndrico carregado negativamente e foram avaliados os efeitos do pH, da concentração de sal e do raio de confinamento na distribuição de cargas da proteína e na energia de ligação proteína-superfície. Nós observamos que a regulação de carga causada pela presença da superfície favorece a protonação dos resíduos ionizáveis da proteína, mas esse comportamento é invertido para pH>pI. Esse aumento da carga líquida resulta em menores energias de ligação para raios maiores e salinidades menores. Também vimos que a regulação de carga aumenta a estabilidade da orientação do citocromo c durante a adsorção, além de possibilitar que a adsorção ocorra em pH ≈ pI, o que não acontece sem considerar a regulação de carga.
id UNSP_8cd3971b5014851fa84ad6b92c1c1b8a
oai_identifier_str oai:repositorio.unesp.br:11449/251072
network_acronym_str UNSP
network_name_str Repositório Institucional da UNESP
repository_id_str
spelling Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregadosStudy of the charge regulation effects on the adsorption of cytochrome c into charged poresAdsorção de proteínasMétodo de Monte CarloRegulação de cargaProtein adsorptionMonte Carlo MethodCharge regulationA adsorção de proteínas em superfícies porosas carregadas tem sido amplamente investigada devido ao seu potencial de aplicação nas áreas de biotecnologia e biomedicina, como em biossensores e drug delivery. Em geral, a adsorção é favorecida em pH próximo do ponto isoelétrico (pI) da proteína, no qual a repulsão eletrostática proteína-proteína é minimizada, e os patches de carga de sinal oposto à da superfície promovem a atração proteína-poro. Entretanto, resultados experimentais da adsorção do citocromo c em mesoporos de sílica SBA-15 mostraram que o pH no qual ocorre a máxima adsorção está significativamente abaixo do pI da proteína. Nossa hipótese é que o mecanismo de regulação de carga pode ser importante para esse comportamento. Para investigar essa questão, estudamos a adsorção do citocromo c enovelado, utilizando um modelo simplificado baseado em estrutura, por meio de simulações computacionais de Monte Carlo a pH constante. A proteína foi confinada em um poro cilíndrico carregado negativamente e foram avaliados os efeitos do pH, da concentração de sal e do raio de confinamento na distribuição de cargas da proteína e na energia de ligação proteína-superfície. Nós observamos que a regulação de carga causada pela presença da superfície favorece a protonação dos resíduos ionizáveis da proteína, mas esse comportamento é invertido para pH>pI. Esse aumento da carga líquida resulta em menores energias de ligação para raios maiores e salinidades menores. Também vimos que a regulação de carga aumenta a estabilidade da orientação do citocromo c durante a adsorção, além de possibilitar que a adsorção ocorra em pH ≈ pI, o que não acontece sem considerar a regulação de carga.Protein adsorption onto charged porous surfaces has been extensively investigated in the literature due to its applicability in biotechnology and biomedicine, such as biosensors and drug delivery systems. Typically, adsorption is favored in pH values close to the protein’s isoelectric point (pI), in which protein-protein electrostatic repulsion is minimized and the oppositely charged regions of the protein promote protein-surface attraction. However, experimental results of cytochrome c adsorption into SBA-15 silica mesopores have shown that the pH at which maximum adsorption occurs is significantly below pI. We propose that the charge regulation mechanism might play a crucial role in this behavior. To address this hypothesis, we employ pH-constant Monte Carlo simulations with a simplified structure-based model of folded cytochrome c, confined within a negatively charged cylindrical pore. We evaluate the effects of pH, salt concentration and confinement radius on the protein’s charge distribution and the protein-surface binding energy. Our results indicate that the charge regulation induced by the surface promotes the protonation of titratable residues in the protein, although this behavior is inverted for pH > pI. This increased charge state results in lower binding energies for larger confinement sizes and lower salinities. We have also shown that charge regulation increases the stability of cytochrome c orientation during adsorption and promotes adsorption at pH ≈ pI, which does not occur without employing charge regulation.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 156223/2021-0Universidade Estadual Paulista (Unesp)Carvalho, Sidney Jurado de [UNESP]Universidade Estadual Paulista (Unesp)Caetano, Daniel Lucas ZagoSouza Júnior, Ricardo Belarmino de2023-10-23T19:57:24Z2023-10-23T19:57:24Z2023-08-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfSouza Júnior, Ricardo Belarmino de. Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados, 74f. 2023. Dissertação (Mestrado em Biofísica molecular) – Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas (Ibilce), São José do Rio Preto, 2023.https://hdl.handle.net/11449/251072porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNESPinstname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)instacron:UNESP2024-12-10T12:26:16Zoai:repositorio.unesp.br:11449/251072Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.unesp.br/oai/requestrepositoriounesp@unesp.bropendoar:29462024-12-10T12:26:16Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)false
dc.title.none.fl_str_mv Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
Study of the charge regulation effects on the adsorption of cytochrome c into charged pores
title Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
spellingShingle Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
Souza Júnior, Ricardo Belarmino de
Adsorção de proteínas
Método de Monte Carlo
Regulação de carga
Protein adsorption
Monte Carlo Method
Charge regulation
title_short Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
title_full Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
title_fullStr Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
title_full_unstemmed Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
title_sort Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados
author Souza Júnior, Ricardo Belarmino de
author_facet Souza Júnior, Ricardo Belarmino de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Carvalho, Sidney Jurado de [UNESP]
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Caetano, Daniel Lucas Zago
dc.contributor.author.fl_str_mv Souza Júnior, Ricardo Belarmino de
dc.subject.por.fl_str_mv Adsorção de proteínas
Método de Monte Carlo
Regulação de carga
Protein adsorption
Monte Carlo Method
Charge regulation
topic Adsorção de proteínas
Método de Monte Carlo
Regulação de carga
Protein adsorption
Monte Carlo Method
Charge regulation
description A adsorção de proteínas em superfícies porosas carregadas tem sido amplamente investigada devido ao seu potencial de aplicação nas áreas de biotecnologia e biomedicina, como em biossensores e drug delivery. Em geral, a adsorção é favorecida em pH próximo do ponto isoelétrico (pI) da proteína, no qual a repulsão eletrostática proteína-proteína é minimizada, e os patches de carga de sinal oposto à da superfície promovem a atração proteína-poro. Entretanto, resultados experimentais da adsorção do citocromo c em mesoporos de sílica SBA-15 mostraram que o pH no qual ocorre a máxima adsorção está significativamente abaixo do pI da proteína. Nossa hipótese é que o mecanismo de regulação de carga pode ser importante para esse comportamento. Para investigar essa questão, estudamos a adsorção do citocromo c enovelado, utilizando um modelo simplificado baseado em estrutura, por meio de simulações computacionais de Monte Carlo a pH constante. A proteína foi confinada em um poro cilíndrico carregado negativamente e foram avaliados os efeitos do pH, da concentração de sal e do raio de confinamento na distribuição de cargas da proteína e na energia de ligação proteína-superfície. Nós observamos que a regulação de carga causada pela presença da superfície favorece a protonação dos resíduos ionizáveis da proteína, mas esse comportamento é invertido para pH>pI. Esse aumento da carga líquida resulta em menores energias de ligação para raios maiores e salinidades menores. Também vimos que a regulação de carga aumenta a estabilidade da orientação do citocromo c durante a adsorção, além de possibilitar que a adsorção ocorra em pH ≈ pI, o que não acontece sem considerar a regulação de carga.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-10-23T19:57:24Z
2023-10-23T19:57:24Z
2023-08-31
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv Souza Júnior, Ricardo Belarmino de. Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados, 74f. 2023. Dissertação (Mestrado em Biofísica molecular) – Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas (Ibilce), São José do Rio Preto, 2023.
https://hdl.handle.net/11449/251072
identifier_str_mv Souza Júnior, Ricardo Belarmino de. Estudo dos efeitos de regulação de carga na adsorção do citocromo c em poros carregados, 74f. 2023. Dissertação (Mestrado em Biofísica molecular) – Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas (Ibilce), São José do Rio Preto, 2023.
url https://hdl.handle.net/11449/251072
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UNESP
instname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron:UNESP
instname_str Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron_str UNESP
institution UNESP
reponame_str Repositório Institucional da UNESP
collection Repositório Institucional da UNESP
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)
repository.mail.fl_str_mv repositoriounesp@unesp.br
_version_ 1854954430429921280

Registros relacionados