Metodologias computacionais para simulação de transferência acoplada próton-elétron em biomoléculas

Resumo

Simulação molecular é uma área de pesquisa madura. Seu desenvolvimento já foi reconhecido na forma de prêmios Nobel e suas aplicações em biofísica e bioquímica são largamente difundidas. No entanto, processos importantes como reações de transferência de próton-elétron acopladas (PCET) ainda são menos estudados por causa da inexistência de metodologias ou inadequação das atuais. Neste projeto propomos implementar e testar um conjunto de métodos de simulação molecular que permitirão estudos das reações PCET em biomoléculas e, assim, poderemos investigar detalhadamente processos e enzimas centrais na respiração celular.Métodos avançados de cálculo e simulação molecular, como a otimização de orbitais moleculares com restrições (cSCF) e coordenada de reação do excesso de carga modificada (mCEC), serão implementados e testados junto de potenciais híbridos de química quântica e mecânica molecular (QC/MM) na biblioteca de software livre pDynamo, cujo desenvolvimento contribuímos regularmente. Nosso grupo de pesquisa é pioneiro e um dos únicos no Brasil que implementa e utiliza técnicas de simulação híbrida para estudar mecanismos enzimáticos.Aplicaremos estas metodologias para estudar enzimas da cadeia de transporte de elétrons em mitocôndrias e bactérias que estão equipadas com grupos prostéticos baseados em metais de transição e coenzimas orgânicas que tem seus processos de oxidorredução modulados ou associados a mudanças de protonação. Investigaremos os mecanismos de reações de transferência próton-elétron acoplada dos substratos succinato e ubiquinol, catalisados por clusters de ferro-enxofre ligados aos complexos respiratórios II (ou succinato desidrogenase) e III (ou citocromo bc1), respectivamente.A pesquisa aqui proposta será conduzida por bolsistas já membros do laboratório, além do pesquisador principal e de colaboradores internacionais na França e nos EUA. (AU)