Orientador: José Roberto Ruggiero / Banca: Mário Sérgio Palma / Banca: André Farias de Moura / Resumo: Mastoparanos são peptídeos helicoidais, anfipáticos e catiônicos que apresentam diversas funções biológicas, entre elas temos a ação antimicrobiana, que está relacionada à sua afinidade por membranas aniônicas de bactérias e sua capacidade lítica. Recentes estudos têm mostrado que a formação de poros em membranas é facilitada pela agregação de peptídeos carregados. Esta situação favoreceria a hipótese de que a formação de poro é essencialmente similar a eletroporação molecular. Neste trabalho investigamos a estabilidade de um dímero do Eumenine Mastoparan-AF, um membro catiônico (+4) da família dos mastoparanos, em água e mistura TFE-água, mimetizando meio aquoso e meio membranar, respectivamente. Particular atenção foi colocada nas interações eletrostáticas de grupos carregados e polares, principalmente naqueles que participam de ligações de hidrogênio entre os dois peptídeos e na hidratação da cadeia principal e cadeias laterais apolares. Uma estrutura dimérica representativa foi inicialmente obtida por um método de docking rígido e submetida às simulações de dinâmica molecular usando o pacote GROMACS. Resultados de 50 ns de simulação em água mostram uma perda parcial do conteúdo helicoidal dos peptídeos e a estrutura dimérica se desestrutura devido às interações desfavoráveis dos resíduos hidrofóbicos com a água. Por outro lado, simulações em mistura TFE-água mostram que o dímero é estável durante o tempo observado, porque as moléculas de TFE se agrupam ao redor de resíduos hidrofóbicos criando um meio apropriado que protege as ligações de hidrogênio intra- e inter-peptídeos. Surpreendentemente, parece que a repulsão eletrostática não é a principal razão para a desagregação do dímero, o que reforça a importância da. / Abstract: Mastoparans are helical, amphipathic and cationic peptides that display many biological functions, among which is the antimicrobial activity, which is related to its affinity for anionic membranes of bacteria and its lytic capacity. Recent studies have shown that pore formation on membranes is facilitated by the aggregation of charged peptides. This situation would favor the hypothesis that pore formation is essentially similar to the molecular electroporation. In this work, we investigate the stability of a dimer of the Eumenine Mastoparan-AF, a cationic (+4) member of the Mastoparan family, in water and TFE-water mixture, mimicking aqueous and membrane environments, respectively. Particular attention have been put on the electrostatic interactions of charged and polar groups, mainly those participating of hydrogen bonds between the two peptides and on the hydration of the backbone and apolar side chains. A representative dimer conformation was initially obtained by a rigid docking procedure and submitted to molecular dynamics simulations using the GROMACS package. Results of 50 ns of simulation in water show a partial loose of the helical content of the peptides and the dimer structure breaks down due to unfavorable interactions of hydrophobic residues with water. On the other hand, simulations in TFE-water mixture show the dimer is stable in the running time, because TFE molecules assemble around hydrophobic residues creating a suitable environment that protect the intra- and inter-peptides hydrogen bonds. Surprisingly, it seems that electrostatic repulsion is not the main reason for disaggregation of the dimer what reinforces both the importance of aggregation and the molecular electroporation mechanism for pore formation. / Mestre

Orientador: Vitor Barbanti Pereira Leite / Banca: Leandro Cristante de Oliveira / Banca: Sidney Jurado de Carvalho / Resumo: No processo de enovelamento as proteínas seguem o principio de "mínima frustração", garantindo ao estado nativo o seu mínimo global de energia e a sua estabilidade termodinâmica. Apesar de, a proteína estar no seu estado nativo, esta condição não impede o surgimento de algumas interações energeticamente desfavoráveis, caracterizando a frustração no estado nativo. Há evidências indicando que um pequeno grau de frustração pode favorecer o processo de enovelamento. Neste estudo são investigadas as condições em que a presença de frustração, é ou não, favorável ao processo de enovelamento. São realizadas simulações computacionais de dinâmica molecular utilizando o modelo Cα (um modelo baseado em estrutura e sem frustração). É adicionado um termo ao potencial do modelo associado à presença de frustração. As simulações do modelo Cα são realizadas para um grupo de proteína com características distintas. É introduzido um critério determinando os casos em que a frustração auxilia o processo de enovelamento. São observados os efeitos da presença de frustração ao longo do processo de enovelamento e sua influência na alteração da temperatura e do tempo de enovelamento. De acordo com o critério introduzido é possível separar as proteínas estudadas em dois grupos distintos, um grupo em que a adição de frustração auxilia o processo de enovelamento e outro grupo em que a presença de frustração não é favorável. A separação das proteínas em dois grupos distintos está relacionada com a ordem de contato absoluta e com a barreira de energia livre de cada proteína / Abstract: In the folding process the proteins follow the "minimal frustration" principle, which guarantees to the native state the minimum global energy and the thermodynamic stability. However, not even the native state can prevent the occurrence of some unfavorable interactions, characterizing the frustration in the native state. There are evidences that a low degree of frustration can favorable to the folding process. In this work it was investigated the conditions under which some frustration helps the protein folding process. Through computer simulations of molecular dynamics, using a structure-based model (non-frustrated model) and adding a parameterized nonspecific energetic frustration to the potential, were studied the kinetics and the thermodynamics properties of a large group of proteins. It is introduced a criterion to determine when the presence of frustration assists the folding process. The effects of the frustration addition are observed and its influence produces changes in the folding temperature and in the folding time. In agree with the adopted criterion, it was observed two well separated groups: one in which some frustration helps the folding process, and another in which frustration hinders it, determining when the presence of frustration is favorable. These results are correlated with the proteins absolute contact order parameter and free energy barrier / Mestre

Orientador: Vitor Barbanti Pereira Leite / Banca: Elso Drigo Filho / Banca: Leandro Cristante de Oliveira / Resumo: Por meio de simulações computacionais, acompanhamos o processo de enovelamento de um conjunto de proteínas. Neste estudo utilizamos a abordagem conhecida como teoria de Superfície de Energia (Energy Landscape), que trata o enovelamento por uma descrição estatística. O modelo utilizado foi um modelo baseado em estrutura. Para investigarmos os efeitos das interações não nativas no enovelamento de um grupo de proteínas, acrescentamos um termo de frustração ao potencial de energia. Os resultados obtidos a partir dos estudos das propriedades termodinâmicas e cinéticas das proteínas, mostraram que para um grupo de proteínas a frustração ajudou o enovelamento e para outro grupo a frustração atrapalhou. Analizando propriedades como ordem de contato absoluta, tamanho da proteína e barreira de energia livre, foi possível obter um limiar em que a frustração auxilia no enovelamento. Para encontrarmos um limiar, foi necessário uma quantidade grande de proteínas de diferentes tamanhos e diferentes motifs / Abstract: Through computational simulations, the folding process of a set of proteins was monitored. The framework used to describe protein folding was the energy landscape theory, which is a statistical description of folding. The model used was the structural based model. A frustration term was added to the potential to investigate the non-native interactions effect. The results obtained from studies of thermodynamics and kinetics properties, showed for a one group of proteins the frustration helps the folding and for another group the frustrations hinders the folding. The properties as absolute contact order, size of protein and free energy barrier was analyzed and it was possible to obtain a threshold that the frustration helps the folding. It was necessary a large set of proteins of different sizes and motifs to find a threshold / Mestre

Orientador: Jorge Chahine / Banca: Alexandre Suman de Araujo / Banca: Leandro Cristante de Oliveira / Banca: José Roberto Ruggiero / Banca: Sidney Jurado de Carvalho / Resumo: O Polybia-MPI é um peptídeo catiônico curto que tem toxicidade seletiva para as células cancerosas, mas nenhuma atividade hemolítica. Apresenta ação antimicrobiana potente tanto contra bactérias Gram-positivas quanto Gram-negativas. O peptídeo oferece ainda eficácia citotóxica e antiproliferativa pela formação de poros. Pode inibir seletivamente a proliferação de células de câncer de próstata e bexiga, mas tem menor citotoxicidade para fibroblastos murinos normais. Simulações foram realizadas fazendo uso do pacote computacional GROMACS 4.0 a partir do arquivo de coordenadas espaciais do peptídeo construído com base na estrutura primária, depositada no banco de dados ExPASy/SwissProt sob o código P0C1Q4. A dinâmica teve como estrutura inicial o peptídeo estendido imerso em 1831 moléculas de água e 250 moléculas de TriFluorEtanol (TFE), proporção volumétrica de 65% de água e 35% de TFE. Foi utilizado o Método de Troca de Réplicas (Replica Exchange Method) no intuito de evitar que o sistema ficasse preso em mínimos locais de energia, o que possibilitou uma visitação aleatória à possibilidades energéticas diferentes. A combinação dos histogramas provenientes da Análise de Componente Principal (PCA) de cada arquivo de trajetória permitiu o estudo estatístico da simulação. Os resultados e suas respectivas análises indicam a estabilidade da conformação com trechos em hélice α, o que acarreta na possibilidade de inferir que seja esta a estrutura do peptídeo Polybia-MPI. / Abstract: The Polybia-MPI is a short cationic peptide that has selective toxicity to cancer cells, but no hemolytic activity. It displays a potent antimicrobial action against Gram-positive and Gram-negative bacteria. The peptide also offers cytotoxic and antiproliferative efficiency for the formation of pores. It can selectively inhibit cell proliferation of prostate and bladder cancer, but shows less cytotoxicity to normal murine fibroblasts. Simulations were performed using the computational package GROMACS 4.0 with the spatial coordinates of the peptide constructed based on the primary structure, deposited in the ExPASy/SwissProt database under the code P0C1Q4. The molecular dynamic simulations had as initial structure the extended peptide immersed in 1831 water molecules and 250 TriFluoroEthanol (TFE) molecules, volumetric ratio of 65% water and 35% TFE. The Replica Exchange Method was used in order to prevent the system of getting stuck in energy local minima, which allowed random visits to different energy possibilities. The combination of the histograms from the Principal Component Analysis (PCA) of each trajectory file allowed the statistical study of the simulation. The results and their respective evaluations indicate stability of the α-helical conformation, resulting in the possibility of inferring that this is the structure of the peptide Polybia-MPI. / Doutor