Simulação computacional de fenômenos bioquímicos raros por métodos de aumento de amostragem

Resumo

A rubredoxina é uma proteína bastante utilizada como modelo para o estudo de propriedades de centros metálicos de ferro-enxofre (Fe-S). Recentemente, experimentos de microscopia de força atômica (AFM) demonstraram que há dependência da cinética de desenovelamento forçado da rubredoxina e da estabilidade mecânica de suas ligações Fe-S com o ponto de aplicação de força ao longo da sequência primária. As razões para tal dependência, apesar da simetria tetraédrica do centro Fe-S, são desconhecidas. Outra proteína bastante estudada como modelo para a ligação de pequenos ligantes a macromoléculas é o mutante L99A da lisozima do fago T4. Estruturas cristalográficas sugerem que o sítio artificial criado pela mutação é pouco acessível, sendo necessário um movimento de "respiração conformacional" para a entrada de ligantes. Embora a cavidade criada pela mutação esteja bem caracterizada, as mudanças conformacionais necessárias para torná-la acessível a ligantes não são conhecidas. O desenovelamento forçado da rubredoxina e a complexação de pequenos ligantes a L99A são fenômenos que ocorrem em escalas de tempo relativamente lentas e, portanto, necessitam de métodos de aumento de amostragem para serem estudados apropriadamente por simulação computacional. Os objetivos desse projeto são compreender a dependência da cinética de desenovelamento da rubredoxina com o ponto de aplicação de força emexperimentos de AFM e determinar o mecanismo conformacional que torna o sítio de ligação artificial de L99A acessível a pequenos ligantes. Assim, pretende-se empregar simulações de dinâmica molecular associadas a simulações de steered molecular dynamics (SMD), que permitem acelerar a amostragem de eventos de desenovelamento, e a umbrella sampling, que facilita a superação de barreiras energéticas ao longo de um caminho de reação. (AU)