Sistemas alostéricos são característicos de proteínas com um ou mais estados de equilíbrio. Nesse sentido, uma enzima passa por modificações de sua atividade quando um substrato cooperativo se liga a um estado ou outro (1). Estes estados são reconhecidos por possuírem uma conformação mais estável e coexistirem num ensemble. Este trabalho sustenta que tais proteínas oscilem naturalmente entre esses estados. Experimentos de difração de raios-X e RMN, que proporcionam parâmetros de deslocamento anisotrópicos e tempos de relaxação de spin nuclear, já demonstram a coexistência de ambos estados em solução e descrevem o movimento como uma mudança de equilíbrio populacional dos confórmeros (2). Também é possível desenvolver métodos numéricos, como o cálculo de modos normais e a simulação de dinâmica molecular, para associar a geometria proteica a um movimento sobre determinado potencial de campos de força. O sistema adotado para o desenvolvimento desses estudos é a enzima alostérica Glucosamina-6-fosfato Desaminase. Características que defendem seu uso são sua reversibilidade catalítica, rápido equilíbrio cinético e muito baixa afinidade do estado T por ligantes. Sua estrutura também já foi resolvida por experimentos de cristalografia, identificando ambos estados alostéricos. E a caracterização das mudanças estruturais entre os estados T e R está bem estabelecida, identificando diferentes subunidades a distintos graus de rotação e prevendo uma oscilação de baixa frequência entre eles (3). Resultados obtidos neste projeto constituem: (a) uma dinâmica de 100ns partindo do estado T de toda a proteína (hexamérica) solvatada explicitamente, formando um ensemble NVT de 92000 átomos através do programa NAMD, usando o campo de forças CHARMM; (b) análise de componentes principais aproveitando esta dinâmica e usando algoritmos do programa Gromacs; (c) e análise de modos normais, em que os cálculos de minimização de energia foram feitos pelo programa Gromacs sob o campo de forças ENCADV, no vácuo. Análises desses resultados envolvem cálculos de RMSDs e flutuações, trajetórias calculadas para os autovetores oriundos de NMA ou de PCA, fatores de Debye-Waller e a confirmação visual (e gráficos de distância entre resíduos) de aproximação a um estado ou outro. Como a prévia caracterização da movimentação alostérica, identificava duas regiões para cada monômero como representativas de corpos rígidos, também é desenvolvida uma análise por tensores de inércia. Espera-se que, ao longo do tempo, essas subunidades se comportem como corpos quase rígidos e os movimentos destas regiões rígidas correspondam a uma maior representatividade da transição alostérica. Assim, a caracterização dos tensores seria capaz de filtrar movimentos de mais alta frequência que constituem ruído em relação a movimentos funcionais da proteína. - Algoritmos para cálculos matriciais dos tensores foram escritos em Fortran e em TCl. / Allosteric systems are characteristic of proteins with one or more equilibrium states. Such an enzyme experiences a modification of its activity when a cooperative substrate binds to a state or another, thus, establishing a change in population equilibrium (1). These states are recognized by having a more stable conformation, and they coexist in an ensemble. X-ray diffraction and NMR experiments already demonstrated this dynamic equilibrium, and simulation methods, as molecular dynamics and normal mode analysis, generally provide a more complete proof (2).The allosteric enzyme Glucosamine-6-Phosphate Deaminase appeared to be a good model to better understand the equilibrium dynamics as essential to the protein function, given its reversibility of the catalysis and rapid-equilibrium kinetic mechanism. It also has the structure elucidated for both its conformers (3). A computational approach would now give better perspective on how the conformational changes occur. A set of results of this latter kind were obtained: (a) a 100ns dynamic starting at the hexameric T conformer, explicitly solvated, building a NVT ensemble using NAMD program and CHARMM force field; (b) a principal components analysis making use of the calculated dynamic and of the Gromacs algorithms; (c) and normal mode analysis of the T conformer structure (pdb code 1fsf) minimized with Gromacs program using ENCADV vacuum force field. Not only the conventional analyses for these results (fluctuations and projections) were taken, but also an inertia tensor analysis was developed. As the allosteric conformational change, for this protein, was described by the displacement of only two rigid body subunits³, its description by inertia tensors should act as a filter for the high frequency and functionally uninteresting motions, which normally constitute only noise.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-18042013-101101 |
| Date | 07 February 2013 |
| Creators | Amanda Souza Câmara |
| Contributors | Eduardo Horjales Reboredo, Laurent Emmanuel Dardenne, Rinaldo Wander Montalvão |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Física, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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