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Bioenergética molecular computacional

Processo: 19/21856-7
Modalidade de apoio: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 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:centros ferro-enxofre | complexos respiratorios | Estrutura eletrônica | Metaloenzimas | Mm | potenciais de oxidorredução | potenciais híbridos QM | Bioenergética

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)

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Publicações científicas (8)
(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, . (19/21856-7)
PEREIRA, CAROLINE S.; TEIXEIRA, MURILO H.; RUSSELL, DAVID A.; HIRST, JUDY; ARANTES, GUILHERME M.. Mechanism of rotenone binding to respiratory complex I depends on ligand flexibility. SCIENTIFIC REPORTS, v. 13, n. 1, p. 9-pg., . (20/14542-3, 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, . (17/26109-0, 19/21856-7, 18/08311-9)
CHUNG, INJAE; WRIGHT, JOHN J.; BRIDGES, HANNAH R.; IVANOV, BOZHIDAR S.; BINER, OLIVIER; PEREIRA, CAROLINE S.; ARANTES, GUILHERME M.; HIRST, JUDY. Cryo-EM structures define ubiquinone-10 binding to mitochondrial complex I and conformational transitions accompanying Q-site occupancy. NATURE COMMUNICATIONS, v. 13, n. 1, p. 13-pg., . (19/21856-7, 20/14542-3)
CURTOLO, FELIPE; ARANTES, GUILHERME M.. Molecular properties and tautomeric equilibria of isolated flavins. Journal of Computational Chemistry, v. N/A, p. 12-pg., . (19/21856-7, 17/26109-0)
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, . (16/23525-0, 16/24096-5, 17/26109-0, 19/21856-7)
CURTOLO, FELIPE; ARANTES, GUILHERME M.. Dissecting Reaction Mechanisms and Catalytic Contributions in Flavoprotein Fumarate Reductases. JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING, v. 63, n. 11, p. 11-pg., . (17/26109-0, 16/23525-0, 23/00934-5, 19/21856-7)
CAMILO, SOFIA R. G.; CURTOLO, FELIPE; GALASSI, VANESA V.; ARANTES, GUILHERME M.. Tunneling and Nonadiabatic Effects on a Proton-Coupled Electron Transfer Model for the Q(0) Site in Cytochrome bc(1). JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING, v. 61, n. 4, p. 10-pg., . (17/26109-0, 19/05531-0, 12/17833-2, 19/21856-7)

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