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Desenvolvimento e aplicação de simulação computacional e análise espectroscópica para o estudo de metaloenzimas e de proteínas flexíveis

Processo: 14/21900-2
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de fevereiro de 2015 - 31 de janeiro de 2017
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
Pesquisador responsável:Guilherme Menegon Arantes
Beneficiário:
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo, SP, Brasil
Assunto(s):Simulação de dinâmica molecular  Simulação por computador  Estrutura eletrônica  Metaloproteínas  Bioenergia 

Resumo

A importância de simulação computacional nas áreas de química, bioquímica e biofísica molecular é crescente. O prêmio Nobel de Química concedido em 2013 pelo desenvolvimento de métodos híbridos de simulação molecular é um claro reconhecimento desta importância.A proposta de pesquisa apresentada aqui será realizada no laboratório de Bioquímica e Biofísica Computacionais recentemente instalado no Instituto de Química da USP (IQ-USP) e envolve cinco bolsistas que já trabalham no laboratório (1 pós-doc, 3 pós-graduandos e 1 iniciação científica), além de colaboradores no exterior. O projeto é focado no desenvolvimento e na aplicação de métodos inovadores em simulação molecular.Propomos estudar importantes biomoléculas envolvidas em processos energéticos e de reconhecimento molecular. As duas principais metaloproteínas estudadas serão a rubredoxina e a citocromo bc1 (ou complexo mitocondrial III). Investigaremos fenômenos eletrônicos associados aos seus grupos prostéticos, agregados de ferro-enxofre, por simulações moleculares com descrições de potencial híbrido de química quântica e mecânica molecular (QC/MM), assim como por aproximações propostas e implementadas por nós para o estudo de metaloproteínas. Também estudaremos a flexibilidade estrutural e a complexação com pequenos ligantes da fosfatase humana Cdc25B, que é um possível alvo para o desenvolvimento de inibidores antineoplásicos.No caso da rubredoxina, continuaremos a investigação do seu desenovelamento forçado, em comparação com experimentos de microscopia de força atômica (AFM). A dependência anisotrópica do desenovelamento e a ação de agentes químicos na estabilidade das ligações Fe--S da rubredoxina serão estudadas. Para a citocromo bc1, pretendemos elucidar detalhadamente o mecanismo molecular do ciclo Q, e as transferências de elétron e H+ acopladas envolvendo seu substrato ubiquinona, assim como o caminho para difusão e a estequiometria de complexação entre este substrato e os sítios de oxidorredução. Já para a Cdc25B, desenvolveremos procedimentos para incorporar dados experimentais, derivados de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), na modelagem computacional da sua estrutura e da sua complexação a inibidores. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Nova técnica ajuda a estudar reações de metaloproteínas 

Publicações científicas (5)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SAYEGH, RAPHAEL S. R.; TAMAKI, FABIO K.; MARANA, SANDRO R.; SALINAS, ROBERTO K.; ARANTES, GUILHERME M. Conformational flexibility of the complete catalytic domain of Cdc25B phosphatases. PROTEINS-STRUCTURE FUNCTION AND BIOINFORMATICS, v. 84, n. 11, p. 1567-1575, NOV 2016. Citações Web of Science: 0.
SOUZA, VALQUIRIA P.; IKEGAMI, CECILIA M.; ARANTES, GUILHERME M.; MARANA, SANDRO R. Protein thermal denaturation is modulated by central residues in the protein structure network. FEBS Journal, v. 283, n. 6, p. 1124-1138, MAR 2016. Citações Web of Science: 4.
GALASSI, VANESA VIVIANA; ARANTES, GUILHERME MENEGON. Partition, orientation and mobility of ubiquinones in a lipid bilayer. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS, v. 1847, n. 12, p. 1560-1573, DEC 2015. Citações Web of Science: 5.
ARANTES, GUILHERME MENEGON; FIELD, MARTIN J. Ferric-Thiolate Bond Dissociation Studied with Electronic Structure Calculations. Journal of Physical Chemistry A, v. 119, n. 39, p. 10084-10090, OCT 1 2015. Citações Web of Science: 0.
ZHENG, PENG; ARANTES, GUILHERME M.; FIELD, MARTIN J.; LI, HONGBIN. Force-induced chemical reactions on the metal centre in a single metalloprotein molecule. NATURE COMMUNICATIONS, v. 6, JUN 2015. Citações Web of Science: 5.

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