LMDM | Enovelamento
Enovelamento de Proteína:
Dinâmica Molecular do Mastoparan-X
Um dos principais paradigmas da Biologia Molecular Estrutural traz a ideia de que a estrutura tridimensional de uma proteína, ou estrutura nativa, está diretamente relacionada à sua função biológica. Como a vida depende diretamente da existência e do funcionamento correto das proteínas, é importante que se compreenda como as sequências primárias das proteínas se reorientam para formar as estruturas terciárias, num processo que envolve o enovelamento da cadeia polipeptídica.
Enovelamento é o processo pelo qual uma molécula assume a sua forma ou conformação. O processo pode também ser descrito como auto-montagem intramolecular, onde a molécula é dirigida para adquirir uma conformação específica através de interações não covalentes, tais como ligação de hidrogénio, coordenação de metal, forças hidrofóbicas, forças de van der Waals, pi-pi interacções, e / ou efeitos electrostático.
Toda informação necessária para se especificar a conformação tridimensional de uma proteína está contida em sua sequência de aminoácidos. Uma indicativo para isso é quando as proteínas são denaturadas mediante tratamentos com determinados solventes (rompendo-se, assim, interações fracas não-covalentes que mantêm o enovelamento) e, na sequência, ao remover estes solventes, as mesmas proteínas podem voltar espontaneamente à sua conformação original. A estrutura enovelada ou a conformação final adotada por qualquer cadeia polipeptídica é, geralmente, aquela a qual a energia livre é minimizada de forma mais favorável energeticamente.
E, neste sentido, embora as interações estéricas restrinjam severamente uma variadade de conformações tridimensionais de átomos, uma longa e flexível cadeia proteica ainda pode ser enovelada em uma variedade de formas. Muitas ligações não covalentes fracas atuam no enovelamento, envolvendo tanto átomos que se formam entre uma parte e outra da estrutura polipeptídica, como também átomos das cadeias laterais de aminoácidos. As ligações fracas que participam deste processo são de 3 tipos: ligações de hidrogênio, ligações iônicas e atrações de van der Waals - elas agem em paralelo para manter duas regiões da cadeia polipeptídica unidas. A estabilidade de cada forma enovelada é, portanto, determinada pela força combinada de um grande número de tais ligações não covalentes.
Uma quarta força fraca também tem um papel central na determinação da forma da proteína. Está é provocada pela interação entre moléculas hidrofóbicas, como as cadeias laterais apolares de determinados aminoácidos. Estas tendem a ser forçadas conjuntamente em um ambiente aquoso, no sentido de minimizar efeitos disruptivos sobre a extremidade de ligação a hidrogẽnio de moléculas de água. Portanto, um fator importante governando o enovelmante de qualquer proteína é a distribuição de seus aminoácidos polares e não-polares.
As cadeias laterais apolares, pertencentes a alguns aminoácidos, tendem a se agrupar no interior da molécula, possibilitando estes aminoácidos evitarem o contato com a água que os circunda no interior da célula. Em contraste, aminoácidos com cadeias laterais polares, tendem a se arranjarem próximos à superfície da moĺécula, onde eles podem formar ligações de hidrogẽnio com a água e com outras moĺéculas polares. Como resultado de todas estas interações, cada tipo de proteína tem uma particular estrutura tridimensional, a qual é determinada pela ordem dos aminoácidos na cadeia. Entretanto, nota-se que esta conformação pode ser levemente alterada quando a proteína interage com outras moléculas na célula.
Folhas-β e α-hélices são dois padrões regulares de enovelamento, resultado de ligações hidrogênio entre N-H e C'=O, na cadeia polipeptídica, sem o envolvimento das cadeias laterais de aminoácidos. As α-hélices são geradas quando uma única cadeia polipeptídica gira em si mesma para formar um cilindro rígido. Enquanto, folhas-β são formadas quando cadeias peptídicas vizinhas se interagem de forma rígida formando cadeias paralelas e/ou anti-paralelas.
Este vídeo mostra a evolução temporal do peptídeo mastoparan-X em um ambiente misto de água e 2,2,2-trifluoretanol (TFE), na proporção de 70% água e 30% TFE, utilizando o método de Dinâmica Molecular (DM). A estrutura pré-enovelada que inicia a simulação de DM foi obtida utilizando outro método chamado de Generalized Simulated Anneling. A simulação foi ajustada com a mesma temperatura (293 K), pressão (1 atm) e solução água:TFE (70:30, v/v) do estudo de Ressonância Magnética Nuclear que determinou a estrutura do peptídeo. A estrutura em background colorida do vermelho (N-terminal) ao azul (C-terminal) é a estrutura determinada e em vermelho a estrutura simulada.
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