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dc.contributor.advisorVieira, Davi Serradella-
dc.contributor.authorDiniz, Eduardo Augusto da Silva-
dc.date.accessioned2019-12-04T22:22:58Z-
dc.date.available2019-12-04T22:22:58Z-
dc.date.issued2019-07-17-
dc.identifier.citationDINIZ, Eduardo Augusto da Silva. Estudo da dinâmica e caracterização estrutural da interface proteica em Quimeras Xilanase-XBP por simulação molecular. 2019. 95f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28124-
dc.description.abstractIn the field of molecular biology and biotechnology, proteins owning two or more combined activities, coupled with an appropriate structural stability, have been widely applied. A few years ago three hybrid enzymes / chimeras were produced by a semi-rational protein fusion strategy, resulting in the insertion of a Xylose Binding Protein (XBP) to a Xylanase GH11, whose function is to degrade xylan, the main component of the plant cell wall. The enzymes produced showed a catalytic efficiency in the degradation of xylan two to three times higher than the isolated xylanase, besides increasing its activity in the presence of xylose, a substance that would naturally inhibit xylanase alone. Xylose activation occurs via allosteric mechanism. Currently, simulation techniques such as molecular dynamics (DM) are the best ones to bring forward detailed information at the atomic level regarding structural protein behavior, but they present limited timescale to investigate the problem fully, because the structures generated can be trapped in a local energy minimum. In this work, we explore alternative ways of circumventing these limitations, with a computationally less demanding technique for generation of new ensemble of structures, the CONCOORD, for the case of chimeric proteins with allostery. More robust statistical techniques (PCA and FMA) were used to analyze the results in order to provide a more complete analysis of the functional motions in these proteins. In addition, a detailed structural characterization of the protein interfaces between the enzymatic domains was performed since these interfaces play a fundamental role in the allosteric effect. The FMA analysis indicated that the stability of the interface is well related to a specific movement, the rotation of the xylanase and XBP domains in opposite directions, which showed good correlation with the interfacial energy for chimeras 209, 262 and 271. In the case of chimera 271 the correlation was slightly worse due to a more intense and extensive movement of the thumb region (xylanase) compared to chimeras 209 and 262. The presence of intermittent interfacial residues, especially in chimeras 209 and 262, was identified. Chimera 271 has the most stable interface, with the least amount of intermittent interfacial residues. It was observed that the occurrence of a high conformational variation during the simulations is associated to a change in the interfacial energy, mainly for chimeras 209 and 262, that is, when the protein undergoes some considerable conformational transition, the interfacial energy responds, increasing or decreasing, which is in agreement with the existence of intermittent interfacial residues. Detection of such residues is fundamental to understand the structural allosterism and stabilization mechanism determined by the XBP insertion position in xylanase. The results obtained here may guide a rational proposition of point mutations in the chimeras in order to improve the stability of the protein interface and, consequently, the allosteric effect, such as the insertion of disulfide bridges in the interface prioritizing the residues identified in the protein interface. Mutant hybrid enzymes produced in silico can be tested experimentally by the collaborating groups.pt_BR
dc.languagept_BRpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectEnzimas híbridas/Quimeraspt_BR
dc.subjectDinâmica molecularpt_BR
dc.subjectCaracterização estruturalpt_BR
dc.subjectEfeito alostéricopt_BR
dc.subjectAnálise estatística de conformaçõespt_BR
dc.titleEstudo da dinâmica e caracterização estrutural da interface proteica em Quimeras Xilanase-XBP por simulação molecularpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICApt_BR
dc.contributor.advisor-co1Pergher, Sibele Berenice Castella-
dc.contributor.advisor-co1ID50942611004pt_BR
dc.contributor.referees1Albuquerque, Anderson dos Reis-
dc.contributor.referees2Monteiro, Norberto de Kassio Vieira-
dc.description.resumoNo campo de biologia molecular e biotecnologia, proteínas possuindo duas ou mais atividades combinadas, aliada a uma estabilidade estrutural apropriada, vem apresentando uma ampla aplicação. Foram produzidas, há alguns anos, três enzimas híbridas/quimeras por uma estratégia semi-racional de fusão de proteínas, resultando na inserção de uma proteína ligadora de xilose (Xylose Binding Protein - XBP) a uma xilanase GH11, cuja função é degradar a xilana, principal componente da parede celular de vegetais. As enzimas produzidas apresentaram como característica uma eficiência catalítica na degradação da xilana de duas a três vezes maior do que a xilanase isolada além de aumentarem ainda mais sua atividade em presença de xilose, substância que naturalmente inibiria a xilanase isolada. A ativação por xilose ocorre via mecanismo alostérico. Atualmente, técnicas de simulação tais como a dinâmica molecular (DM) são as mais capazes de trazer informações detalhadas em nível atômico a respeito do comportamento estrutural de proteínas, porém estão limitadas em geral à escala de nanossegundos e estão sujeitas ao risco de as estruturas estarem presas em mínimos de energia locais. Nessa dissertação foram tratadas formas de contornar essas limitações com o uso de uma técnica computacionalmente menos exigente, o CONCOORD, para o caso de proteínas quiméricas com efeito alostérico. Técnicas estatísticas mais robustas (Análise do Componente Principal e Análise do Modo Funcional) foram usadas para os conjuntos conformacionais gerados, a fim de trazer maior esclarecimento sobre os movimentos funcionais em tais proteínas. Além disso, uma caracterização estrutural detalhada das interfaces proteicas formadas entre os domínios enzimáticos foi realizada visto que tal interface exerce papel fundamental no efeito alostérico. A análise FMA indicou que a estabilidade da interface está bem relacionada com um movimento específico, a rotação dos domínios xilanase e XBP em sentidos contrários, que mostrou correlação razoável com a energia interfacial para as quimeras 209, 262 e 271. Foi identificada a presença de resíduos interfaciais intermitentes, em especial nas quimeras 209 e 262. Observou-se que a ocorrência de uma variação conformacional alta ao longo das simulações realizadas está associada a uma alteração da energia interfacial, principalmente para as quimeras 209 e 262, ou seja, quando a proteína sofre alguma transição conformacional considerável a energia interfacial responde, aumentando ou diminuindo, o que está de acordo com a existência de resíduos interfaciais intermitentes. A detecção de tais resíduos é de grande importância para entender o mecanismo estrutural de estabilização e alosterismo determinado pela posição de inserção da XBP na xilanase. Os resultados obtidos aqui podem guiar uma proposição racional de mutações pontuais nas quimeras com o intuito de melhorar a estabilidade da interface protéica e, consequentemente, o efeito alostérico, como a inserção de pontes dissulfeto na interface priorizando os resíduos identificados na interface protéica. As enzimas híbridas mutantes produzidas in silico podem ser testadas experimentalmente pelos grupos colaboradores.pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApt_BR
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