Bioenergética molecular computacional

Resumo

Enzimas da cadeia de transporte de elétrons em mitocôndrias e bactérias estão equipadas com grupos prostéticos baseados em metais de transição responsáveis pelos processos de oxidoredução essenciais. Neste projeto propomos elucidar mecanismos catalíticos e a estabilidade estrutural de cofatores metálicos ligados nestas proteínas. Investigaremos os mecanismos de reações de transferência próton-elétron acoplada (PCET) dos substratos succinato e ubiquinol, catalisados por clusters de ferro-enxofre ligados aos complexos respiratórios II (ou succinato desidrogenase) e III (ou citocromo bc$_1$), respectivamente. Também estudaremos a estabilidade estrutural e a ativação mecano-química de ligações covalentes zinco-tiolato e cádmio-tiolato através do desenovelamento forçado da proteína metalotioneina-III. Há grande interesse nestes mecanismos de reação em pesquisa básica em biofísica molecular e aplicada para novos biomaterias. Aplicaremos e desenvolveremos métodos avançados em cálculo de estrutura eletrônica e simulação molecular, principalmente potenciais híbridos de química quântica e mecânica molecular (QM/MM). Somos pioneiros e um dos únicos grupos no Brasil que utilizam estas técnicas para estudar mecanismos enzimáticos. Em particular, a simulação computacional de complexos metálicos em solução ou ligados a macromoléculas ainda é um desafio que pretendemos atacar neste projeto pela implementação de novas aproximações para cálculo de potencial redox e para otimização de orbitais moleculares com restrições. O estudo do desenovelamento forçado da metalotioneina-III será conduzido em comparação direta com experimentos de microscopia de força atômica (AFM).A pesquisa aqui proposta será conduzida por doutorandos bolsistas já membros do laboratório, além do pesquisador principal e de colaboradores internacionais na França e na China. (AU)