Resumo: O enovelamento de proteinas é um problema fundamental em Biofísica Molecular. O processo de enovelamento é, em geral, mapeado através de uma equação de difusão aplicada ao longo da coordenada de reação Q, a qual descreve o grau de similaridade de uma determinada configuração com o estado nativo da proteína. Os tempos de enovelamento podem ser calculados a partir dos potenciais efetivos e do coeficiente de difusão D. Na literatura, D é assumido constante. Usando modelos de rede, mostramos neste trabalho variações desse coeficiente de difusão em função de Q e calculamos os novos tempos de enovelamento. / Abstract: The protein folding is a fundamental problem in Molecular Biophysics. The folding process is, in general, mapped in a diffusion equation through the reaction coordinate Q, that is the similarity degree of a state with the native state. The folding times can be calculated with effective potencials and the diffusion coef- ficient D. In the literature, D is assumed constant. Using lattice models, we show in this work its variations in function of Q and we calculate the new folding times. / Orientador: Vitor Barbanti Pereira Leite / Coorientador: Jorge Chahine / Banca: Antonio Francisco Pereira de Araújo / Banca: Antonio Caliri / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-03-30Bitstream added on 2014-06-13T19:08:27Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_rj_me_sjrp.pdf: 1282528 bytes, checksum: f1be25a39f095b823d25acad1b0e4ae8 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O enovelamento de proteinas é um problema fundamental em Biofísica Molecular. O processo de enovelamento é, em geral, mapeado através de uma equação de difusão aplicada ao longo da coordenada de reação Q, a qual descreve o grau de similaridade de uma determinada configuração com o estado nativo da proteína. Os tempos de enovelamento podem ser calculados a partir dos potenciais efetivos e do coeficiente de difusão D. Na literatura, D é assumido constante. Usando modelos de rede, mostramos neste trabalho variações desse coeficiente de difusão em função de Q e calculamos os novos tempos de enovelamento. / The protein folding is a fundamental problem in Molecular Biophysics. The folding process is, in general, mapped in a diffusion equation through the reaction coordinate Q, that is the similarity degree of a state with the native state. The folding times can be calculated with effective potencials and the diffusion coef- ficient D. In the literature, D is assumed constant. Using lattice models, we show in this work its variations in function of Q and we calculate the new folding times.

O entendimento dos princípios básicos do enovelamento proteico pode conduzir a muitas aplicações importantes. Embora não se conheçam todos os aspectos significativos envolvidos neste problema, experimentos e aproximações teóricas têm produzido avanços relevantes na sua compreensão, como, por exemplo, o papel dominante das forças hidrofóbicas. Com o propósito de contribuir para a identificação de alguns parâmetros determinantes no processo de folding, o objetivo deste trabalho consiste em estudar o potencial estéreo-hidrofóbico (isto é, o potencial hidrofóbico e um conjunto de especificidades estéricas adequadas) relacionado ao processo de enovelamento de proteínas globulares, evidenciando o papel das restrições estéricas e as características topológicas do estado nativo. Para tanto, empregou-se um modelo simplificado em rede cúbica, estudando-se, através de simulações Monte Carlo, o comportamento de mais de 40 cadeias tipo-proteínas, que apresentam estados nativos caracterizados pelos seguintes parâmetros topológicos: ordem de contato, χ, ordem de longo alcance e número φ de estruturas tipo grande manivela. Claramente, os resultados das simulações para as cadeias com configurações nativas, caracterizadas por baixo valor de χ e elevado valor de φ, são bastante diferenciados daqueles obtidos para as cadeias que apresentam configurações nativas com χ elevado e φ pequeno, evidenciando que o potencial estéreo-hidrofóbico, adotado neste trabalho, permite relacionar os comportamentos termodinâmico e cinético da cadeia tipo-proteína com os atributos topológicos da configuração nativa correspondente. Adicionalmente, mostrou-se que as restrições estéricas consideradas introduzem fortes mudanças na atividade configuracional, aumentando a estabilidade do estado nativo, bem como alterando, drasticamente, a curva da capacidade térmica, em função da temperatura, em comparação com os resultados das simulações obtidos com o potencial hidrofóbico (sem restrições estéricas). / The understanding of the basic principles of the protein folding process may lead to very important applications. Although all significant aspects of this problem are not yet known, experimental and theoretical results have given important contribution on the subject, as, for instance, about the dominant role of the hydrophobic forces. In order to contribute to the identification of significant ingredients for the folding process, the main goal of this work consists in studying the stereo-hydrophobic potential (that is, the hydrophobic potential and a set of steric specificities) related to the folding process of globular proteins, revealing the importance of the steric constraints and the role of the native structure. A minimalist lattice model was employed for this purpose, and more than forty distinct protein-like chains were studied. These chains were designed based on native structures characterized by topological parameters as contact order, χ, long range order and number φ of crankshaft-like structures. The Monte Carlo simulation results show clearly that the folding process depends strongly on the topological attributes of the native structure: thermodynamical and kinetic behavior for chains designed from native structures, presenting smaller χ and higher φ, are very distinguishable from those with higher χ and lower φ. Additionally it was shown that the steric constraints significantly modify the configurational activity, increasing the general conditions for the globule stability, as well changing drastically the shape of the thermal capacity behavior, as a function of the temperature, in comparison with the corresponding results obtained using the hydrophobic potential only, i.e., without the steric specificities.

O entendimento dos princípios básicos do enovelamento proteico pode conduzir a muitas aplicações importantes. Embora não se conheçam todos os aspectos significativos envolvidos neste problema, experimentos e aproximações teóricas têm produzido avanços relevantes na sua compreensão, como, por exemplo, o papel dominante das forças hidrofóbicas. Com o propósito de contribuir para a identificação de alguns parâmetros determinantes no processo de folding, o objetivo deste trabalho consiste em estudar o potencial estéreo-hidrofóbico (isto é, o potencial hidrofóbico e um conjunto de especificidades estéricas adequadas) relacionado ao processo de enovelamento de proteínas globulares, evidenciando o papel das restrições estéricas e as características topológicas do estado nativo. Para tanto, empregou-se um modelo simplificado em rede cúbica, estudando-se, através de simulações Monte Carlo, o comportamento de mais de 40 cadeias tipo-proteínas, que apresentam estados nativos caracterizados pelos seguintes parâmetros topológicos: ordem de contato, χ, ordem de longo alcance e número φ de estruturas tipo grande manivela. Claramente, os resultados das simulações para as cadeias com configurações nativas, caracterizadas por baixo valor de χ e elevado valor de φ, são bastante diferenciados daqueles obtidos para as cadeias que apresentam configurações nativas com χ elevado e φ pequeno, evidenciando que o potencial estéreo-hidrofóbico, adotado neste trabalho, permite relacionar os comportamentos termodinâmico e cinético da cadeia tipo-proteína com os atributos topológicos da configuração nativa correspondente. Adicionalmente, mostrou-se que as restrições estéricas consideradas introduzem fortes mudanças na atividade configuracional, aumentando a estabilidade do estado nativo, bem como alterando, drasticamente, a curva da capacidade térmica, em função da temperatura, em comparação com os resultados das simulações obtidos com o potencial hidrofóbico (sem restrições estéricas). / The understanding of the basic principles of the protein folding process may lead to very important applications. Although all significant aspects of this problem are not yet known, experimental and theoretical results have given important contribution on the subject, as, for instance, about the dominant role of the hydrophobic forces. In order to contribute to the identification of significant ingredients for the folding process, the main goal of this work consists in studying the stereo-hydrophobic potential (that is, the hydrophobic potential and a set of steric specificities) related to the folding process of globular proteins, revealing the importance of the steric constraints and the role of the native structure. A minimalist lattice model was employed for this purpose, and more than forty distinct protein-like chains were studied. These chains were designed based on native structures characterized by topological parameters as contact order, χ, long range order and number φ of crankshaft-like structures. The Monte Carlo simulation results show clearly that the folding process depends strongly on the topological attributes of the native structure: thermodynamical and kinetic behavior for chains designed from native structures, presenting smaller χ and higher φ, are very distinguishable from those with higher χ and lower φ. Additionally it was shown that the steric constraints significantly modify the configurational activity, increasing the general conditions for the globule stability, as well changing drastically the shape of the thermal capacity behavior, as a function of the temperature, in comparison with the corresponding results obtained using the hydrophobic potential only, i.e., without the steric specificities.