Simulação computacional da ligação e da reatividade de substrato coenzima-Q no complexo respiratório III

• Processo: 19/05531-0
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Vigência (Início): 01 de setembro de 2019
• Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Enzimologia
• Pesquisador responsável: Guilherme Menegon Arantes
• Beneficiário: Sofia Rodrigues Guedes Camilo
• Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Simulação por computador Ubiquinona Simulação de dinâmica molecular Química quântica Transferência de prótons Transporte de elétrons

Resumo

A enzima quinona:citocromo C oxidorredutase ou, complexo respiratório III, catalisa a oxidorredução de substratos quinóis e quinonas (coenzima-Q ou, simplesmente, Q) acoplada ao translocamento membranar de prótons, pelo chamado ciclo-Q modificado. O estudo do mecanismo de ação deste complexo proteico, fundamental na respiração celular e na fotossíntese (pela homóloga citocromo b6f), é relevante para desvendarmos as bases moleculares destes processos celulares, assim como para o desenho de catalizadores redox inspirados biologicamente e de inibidores mais eficientes destas enzimas. Aqui, propomos empregar metodologias de simulação computacional para investigar três fenômenos associados ao complexo III: ligação de substrato aos sítios Qi e Qo; reações de transferências de próton e elétron acopladas (PCET) no sítio Qo; e assinatura espectroscópica de possíveis intermediários encontrados no sítio Qo, para auxiliar na interpretação de medidas experimentais já realizadas. No primeiro, usaremos técnicas de simulação por dinâmica molecular clássica e aumento de amostragem configuracional por metadinâmica. Nos dois fenômenos seguintes, também empregaremos simulações por potenciais híbridos de Química Quântica e Mecânica Molecular (QC/MM). Nosso laboratório foi pioneiro no Brasil e tem bastante experiência com estes métodos de simulação. Esperamos levantar perfis de energia livre de complexação dos substratos e de reação no sítio Qo com detalhamento do acoplamento eletrônico PCET para determinar o mecanismo molecular destes fenômenos e a possível existência de intermediários de reação. Estes resultados complementarão esforços em andamento em nosso laboratório para compreensão dos mecanismos de complexação e de reação da coenzima-Q ao longo de cadeias de transporte de elétrons em sistemas biológicos. (AU)