Desenvolvimento e aplicação de simulação computacional e análise espectroscópica para o estudo de metaloenzimas e de proteínas flexíveis

Resumo

A importância de simulação computacional nas áreas de química, bioquímica e biofísica molecular é crescente. O prêmio Nobel de Química concedido em 2013 pelo desenvolvimento de métodos híbridos de simulação molecular é um claro reconhecimento desta importância.A proposta de pesquisa apresentada aqui será realizada no laboratório de Bioquímica e Biofísica Computacionais recentemente instalado no Instituto de Química da USP (IQ-USP) e envolve cinco bolsistas que já trabalham no laboratório (1 pós-doc, 3 pós-graduandos e 1 iniciação científica), além de colaboradores no exterior. O projeto é focado no desenvolvimento e na aplicação de métodos inovadores em simulação molecular.Propomos estudar importantes biomoléculas envolvidas em processos energéticos e de reconhecimento molecular. As duas principais metaloproteínas estudadas serão a rubredoxina e a citocromo bc1 (ou complexo mitocondrial III). Investigaremos fenômenos eletrônicos associados aos seus grupos prostéticos, agregados de ferro-enxofre, por simulações moleculares com descrições de potencial híbrido de química quântica e mecânica molecular (QC/MM), assim como por aproximações propostas e implementadas por nós para o estudo de metaloproteínas. Também estudaremos a flexibilidade estrutural e a complexação com pequenos ligantes da fosfatase humana Cdc25B, que é um possível alvo para o desenvolvimento de inibidores antineoplásicos.No caso da rubredoxina, continuaremos a investigação do seu desenovelamento forçado, em comparação com experimentos de microscopia de força atômica (AFM). A dependência anisotrópica do desenovelamento e a ação de agentes químicos na estabilidade das ligações Fe--S da rubredoxina serão estudadas. Para a citocromo bc1, pretendemos elucidar detalhadamente o mecanismo molecular do ciclo Q, e as transferências de elétron e H+ acopladas envolvendo seu substrato ubiquinona, assim como o caminho para difusão e a estequiometria de complexação entre este substrato e os sítios de oxidorredução. Já para a Cdc25B, desenvolveremos procedimentos para incorporar dados experimentais, derivados de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), na modelagem computacional da sua estrutura e da sua complexação a inibidores. (AU)