Mecanismos moleculares do complexo respiratório I

Resumo

O complexo respiratório I é responsável pela transdução de cerca de metade da energia química usada numa célula ao catalisar a transferência de elétrons do metabólito NADH para coenzima-Q acoplada ao bombeamento de prótons e à geração de um gradiente eletroquímico transmembranar. Embora décadas de pesquisa, incluindo impressionantes avanços estruturais recentes, tenham contribuído para compreensão do funcionamento molecular do complexo I, dúvidas fundamentais ainda persistem, principalmente em relação ao mecanismo do acoplamento. Aqui propomos aplicar metodologias avançadas de simulação molecular em combinação com resultados experimentais obtidos por colaboradores para elucidar diferentes aspectos mecanísticos do complexo I. Em particular, investigaremos como ocorre a re-protonação dos resíduos catalíticos envolvidos na redução do substrato coenzima-Q e o bombeamento de prótons em regiões transmembranares, determinando propriedades de hidratação interna e perfis de energia livre para processos de transferência de prótons com simulações de dinâmica molecular e potenciais híbridos de Química Quântica e Mecânica Molecular (QM/MM). Empregaremos simulações a pH constante para identificar mudanças conformacionais correlacionadas a alteração dos estados de protonação em resíduos expostos aos sítios de ligação de coenzima-Q e na região central transmembranar, em diferentes ocupações e composições de substrato. Também simularemos a ligação de rotenona e derivados para compreender seus mecanismos de atividade inibitória. A pesquisa aqui proposta é ambiciosa mas totalmente exequível dada experiência da candidata e de nosso grupo de pesquisa, pioneiro no Brasil no uso de potenciais híbridos QM/MM e em simulações moleculares da cadeia de transporte de elétrons. Esta proposta será desenvolvida em estreita colaboração com o grupo da Profa. Judy Hirst (University of Cambridge, Reino Unido), autoridade em pesquisa experimental do complexo I, cujos estudos estruturais e cinéticos serão usados em direta comparação, refinamento e validação de nossas simulações. (AU)