[pt] A aparição do HIV na década de 80 e de outros vírus presentes no sangue dos doadores, assim como a expansão de doenças como a hepatite C, tem estimulado as pesquisas para desenvolver substitutos do sangue. Pesquisas recentes têm sido realizadas em derivados artificiais da albumina de soro humano (human serum albumin - HSA) associados com heme, representando uma linha promissora nesse sentido. No presente trabalho, fazemos um estudo computacional da ligação do heme e de seu precursor, a protoporfirina IX, com a HSA, com o objetivo de conhecer os aminoácidos que contribuem à estabilidade da ligação, a natureza do sítio de ligação, a formação de possíveis sítios secundários de ligação e a influência das porfirinas na estrutura global da proteína. Para conseguir este objetivo ut ilizamos técnicas de cálculo quântico usando a Teoria do Funcional de Densidade, Docking Molecular e Dinâmica Molecular. Finalmente fazemos um estudo da correlação existente entre as diferentes regiões da HSA e de como este padrão muda na presença das porfirinas. Para este propósito usamos os coeficientes de correlação generalizada baseados na formulação de Kraskov. Com base nestas informações, discutimos a contribuição que poderiam fornecer nossos cálculos para a reengenharia do HSA, no sentido de fornecer- lhe características de hemoproteínas. / [en] The uprising of HIV and other viruses in the beginning of the 80s, as well as the expansion of other diseases like hepatitis C has stimulated research in order to develop blood substitutes. Research based on modified Human Serum Albumin associated with heme has shown a promissory line in this direction. In the present work we make a computational study about the heme and its precursor, the Protoporphyrin IX complexed with HSA, in order to know the contribution of the main amino acids to the stability of the binding, the character of the binding site, secondary binding sites formation, and the influence of the porphyrins in the global protein structure. To find this objective we use quantum calculations based on Functional Density Theory, Molecular Docking and Molecular Dynamics. Finally, a correlation study between different regions of HSA and the pattern modifications caused by the porphyrins were performed, using the generalized correlation coefficients based on the Kraskov formulation. We also discuss the contribution that our calculations could give to the reengineering of HSA, to provide them with hemeprotein characteristics.

[pt] As doenças trasmitidas pelo sangue, assim como a necessidade de bancos de sangue para um pronto auxílio em casos de acidentes tem estimulado esforços para desenvolver substitutos do sangue. A albumina serica humana (HSA do ingles Human Serum Albumin) é a proteína mais abundante no plasma sanguíneo. A molécula heme é a transportadora de oxigênio no sangue. Portanto, um estudo detalhado da interação HSA/heme seria útil em pesquisas que visam tornar o complexo HSA-heme em um substituto do sangue. Nesta tese, foram usadas técnicas de dinâmica molecular e ferramentas estatísticas para estudar o sistema HSA-heme em solvente explícito. Tanto o ligante quanto a proteína foram também estudados separadamente em meio aquoso. Dentre outros resultados, nosso estudo revelou a organização da água circundante, os efeitos da ligação do heme na HSA, os mecanismos moleculares da ligação do heme, os movimentos coletivos da proteína livre e ligada, assim como também os aminoácidos que atuam como dobradiças moleculares na mudança conformacional que sofre a proteína ao ligar o heme. / [en] Diseases transmitted through the blood, as well as the need for blood banks to help in case of accidents, stimulated efforts to develop blood substitutes. The human serum albumin (HSA) is the most abundant protein in blood plasma. The heme molecule is the carrier of oxygen in the blood. Therefore, a detailed study of the interaction HSA/heme could give useful insights in the research aimed to convert the HSA-heme complex into a blood substitute. In this thesis, molecular dynamics techniques and statistical tools were applied to study the HSA-heme system in explicit solvent. Both ligand and protein were also studied separately in aqueous medium. Among other results, our study reveals the organization of the surrounding water, the effects of the heme upon its binding to HSA, the molecular mechanisms for heme binding, the collective motions of the protein with and without the heme, as well as the amino acids that act as molecular hinges in the conformational change between the free and bound forms of the protein.