O objetivo deste trabalho é estudar a afinidade e especificidade de sítios EF-hand, e correlacionar estas propriedades com a estrutura primária do sítio, com as interações entre aminoácidos nas posições de coordenação, e com prováveis características da estrutura terciária da proteína. Os efeitos de três mutações no sítio EF-hand da cadeia leve regulatória de miosina (RLC) foram estudados: D5S, em que o aspartato presente na posição 5 do sítio foi substituído por uma serina; D9E, substituindo o aspartato da posição 9 por um glutamato, e D12E, substituindo o aspartato da posição 12 por um glutamato. Todas as combinações destas três mutações foram produzidas. Os mutantes simples D5S e D9E e o duplo mutante D5S/D9E têm baixa afinidade por cálcio. Todos os mutantes contendo a mutação D12E são específicos para cálcio, com afinidades maiores que RLC tipo selvagem. Todos os mutantes estudados possuem menor afinidade por magnésio que RLC tipo selvagem. As mudanças na energia livre de ligação e as energias de acoplamento sugerem que há interações inespecíficas entre todas as posições, e uma interação específica entre uma serina na posição 5 e um glutamato na posição 9. Esta interação ocorre somente na presença de magnésio, e quando há um aspartato na posição 12. O glutamato na posição 9 pode ser capaz de coordenar a ligação de magnésio diretamente no duplo mutante D5S/D9E. Embora um aminoácido ou um certo arranjo deles possa determinar características específicas do sítio EF-hand, o conjunto de propriedades depende da estrutura terciária, uma vez que sítios homólogos podem possuir afinidades e especificidades bastante diferentes. / The aim of this thesis was to study affinity and specificity in EF-hand sites, and how these properties are related to the site primary structure, interactions between amino acids in coordinating positions, and probable tertiary structure properties. The effects of three mutations on the EF-hand Ca2+/Mg2+ binding site of smooth muscle myosin regulatory light chain (RLC) were studied: D5S, in which an aspartate is replaced by a serine in position 5 of the loop; D9E, in which an aspartate is replaced by a glutamate in position 9, and D12E, in which the aspartate in position 12 is replaced by a glutamate. All possible combinations of the three mutations were produced. The single mutants D5S and D9E and the double mutant D5S/D9E have low affinity for Ca2+. All the mutants containing mutation D12E are Ca2+-specific and have higher affinities than wild type, even when containing mutations D5S or D9E. All the mutants studied have lower affinity for Mg2+ than wild type RLC. Coupling energies and changes in binding free energy suggest that all positions interact in a non-specific way, and a specific interaction occurs between a serine in position 5 and a glutamate in position 9. This interaction can be seen only in the presence of magnesium, and with an apartate in position 12. Glutamate in position 9 may be able to coordinate Mg2+ directly in the double mutant D5S/D9E. Even though an amino acid or a few amino acids in certain positions can determine specific characteristics for an EF-hand site, the site properties depend on the tertiary structure, since homologue sites can have very different affinities and specificities.

O objetivo deste trabalho é estudar a afinidade e especificidade de sítios EF-hand, e correlacionar estas propriedades com a estrutura primária do sítio, com as interações entre aminoácidos nas posições de coordenação, e com prováveis características da estrutura terciária da proteína. Os efeitos de três mutações no sítio EF-hand da cadeia leve regulatória de miosina (RLC) foram estudados: D5S, em que o aspartato presente na posição 5 do sítio foi substituído por uma serina; D9E, substituindo o aspartato da posição 9 por um glutamato, e D12E, substituindo o aspartato da posição 12 por um glutamato. Todas as combinações destas três mutações foram produzidas. Os mutantes simples D5S e D9E e o duplo mutante D5S/D9E têm baixa afinidade por cálcio. Todos os mutantes contendo a mutação D12E são específicos para cálcio, com afinidades maiores que RLC tipo selvagem. Todos os mutantes estudados possuem menor afinidade por magnésio que RLC tipo selvagem. As mudanças na energia livre de ligação e as energias de acoplamento sugerem que há interações inespecíficas entre todas as posições, e uma interação específica entre uma serina na posição 5 e um glutamato na posição 9. Esta interação ocorre somente na presença de magnésio, e quando há um aspartato na posição 12. O glutamato na posição 9 pode ser capaz de coordenar a ligação de magnésio diretamente no duplo mutante D5S/D9E. Embora um aminoácido ou um certo arranjo deles possa determinar características específicas do sítio EF-hand, o conjunto de propriedades depende da estrutura terciária, uma vez que sítios homólogos podem possuir afinidades e especificidades bastante diferentes. / The aim of this thesis was to study affinity and specificity in EF-hand sites, and how these properties are related to the site primary structure, interactions between amino acids in coordinating positions, and probable tertiary structure properties. The effects of three mutations on the EF-hand Ca2+/Mg2+ binding site of smooth muscle myosin regulatory light chain (RLC) were studied: D5S, in which an aspartate is replaced by a serine in position 5 of the loop; D9E, in which an aspartate is replaced by a glutamate in position 9, and D12E, in which the aspartate in position 12 is replaced by a glutamate. All possible combinations of the three mutations were produced. The single mutants D5S and D9E and the double mutant D5S/D9E have low affinity for Ca2+. All the mutants containing mutation D12E are Ca2+-specific and have higher affinities than wild type, even when containing mutations D5S or D9E. All the mutants studied have lower affinity for Mg2+ than wild type RLC. Coupling energies and changes in binding free energy suggest that all positions interact in a non-specific way, and a specific interaction occurs between a serine in position 5 and a glutamate in position 9. This interaction can be seen only in the presence of magnesium, and with an apartate in position 12. Glutamate in position 9 may be able to coordinate Mg2+ directly in the double mutant D5S/D9E. Even though an amino acid or a few amino acids in certain positions can determine specific characteristics for an EF-hand site, the site properties depend on the tertiary structure, since homologue sites can have very different affinities and specificities.