Bioenergética molecular computacional

• Processo: 19/21856-7
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Vigência: 01 de agosto de 2020 - 31 de janeiro de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Pesquisador responsável: Guilherme Menegon Arantes
• Beneficiário: Guilherme Menegon Arantes
• Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/01737-6 - Treinamento em métodos numéricos e administração de recursos computacionais, BP.TT; 20/09918-4 - Treinamento em métodos numéricos e administração de recursos computacionais, BP.TT
• Assunto(s): Bioenergética Oxirredução Transporte de elétrons Estrutura eletrônica Metaloproteínas Simulação por computador Modelagem molecular

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)

Publicações científicas

(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)

VAN CLEAVE, CAMERON; KOEHN, JORDAN T.; PEREIRA, CAROLINE SIMOES; HAASE, ALLISON A.; PETERS, BENJAMIN J.; CROSLOW, SETH W.; MCLAUGHLIN, KYLE G.; WERST, KATARINA R.; GOACH, AUDRA L.; CRICK, DEAN C.; et al. Interactions of Truncated Menaquinones in Lipid Monolayers and Bilayers. INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES, v. 22, n. 18, SEP 2021. (19/21856-7)

YUAN, GUODONG; CURTOLO, FELIPE; DENG, YIBING; WU, TAO; TIAN, FANG; MA, QUN; LIU, YUTONG; ZUO, JINGLIN; ARANTES, GUILHERME MENEGON; ZHENG, PENG. Highly Dynamic Polynuclear Metal Cluster Revealed in a Single Metallothionein Molecule. RESEARCH, v. 2021, JUL 14 2021. (17/26109-0, 19/21856-7, 18/08311-9)

CURTOLO, FELIPE; ARANTES, GUILHERME M.. Mechanisms for Flavin-Mediated Oxidation: Hydride or Hydrogen-Atom Transfer?. JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING, v. 60, n. 12, p. 6282-6287, DEC 28 2020. (16/23525-0, 16/24096-5, 17/26109-0, 19/21856-7)