62ª Reunião Anual da SBPC
A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 1. Físico-Química
APLICAÇÃO DE MÉTODOS COMPUTACIONAIS NA DETERMINAÇÃO ESTRUTURAL DA SUBUNIDADE ALPHA DA ENZIMA METIL COENZIMA M REDUTASE (MCR)
José Rogério de Araújo Silva 1
Davi do Socorro Barros Brasil 2
Jerônimo Lameira Silva 3
Cláudio Nahum Alves 1
1. Inst. de Ciências Exatas e Naturais, Faculdade de Química - UFPA
2. Inst. de Tecnologia, Faculdade de Engenharia Química - UFPA
3. Inst. de Ciências Biológicas, Faculdade de Biotecnologia - UFPA
INTRODUÇÃO:

Enzimas de níquel do tipo MCR são conhecidas como participantes proeminentes no metabolismo de bactérias anaeróbicas, como por exemplo: em bactéria metanogênicas - os poucos organismos conhecidos que utilizam CO2 e H2 para a produção de metano (CH4). Outros organismos podem utilizar, por exemplo, metanol e ácido acético em lugar de CO2. Estima-se que juntos, estes organismos e o MCR, sejam responsáveis pela produção anual de 1 bilhão de toneladas de metano. Esta enzima é atuante na etapa final da metanogênese, catalisa a clivagem redutiva do metil-coenzima M, que pode ser representado por: MeCoM ou CH3-S-CoM, ou ainda tioester cofator metil coenzima-M.

O controle e/ou otimização da metanogênese pode ser feito através do conhecimento dessas enzimas, por esse motivo torna-se importante o conhecimento do genoma das arquéias metanogênicas para o melhor estudo dos genes codificantes da Coenzima M (CH3-S-CoM) e Coenzima B (H-S-CoB) através de técnicas computacionais.

Neste sentido, utilizamos as metodologias de Homologia Molecular e Dinâmica Molecular (DM) para obter e analisar as estruturas tridimensionais da MCR, desta forma, contribuir com o entendimento do mecanismo da metanogênese para fins ecológicos e biotecnológicos.
METODOLOGIA:

O método de modelagem por homologia baseia-se no conhecimento de que a conformação estrutural de uma proteína é mais conservada que sua seqüência de aminoácidos durante o processo evolutivo, e que pequenas mudanças na seqüência, em geral, resultam em, apenas, sutis modificações na estrutura 3D. Todos os métodos de modelagem por homologia consistem em quatro passos: (i) seleção da proteína molde, (ii) alinhamento da proteína alvo com a proteína molde, (iii) construção do modelo e (iv) avaliação do modelo.

Depois de obtidos as estruturas 3D da MCR foram adicionados hidrogênios às estruturas, considerando o estado de protonação dos aminoácidos a um pH 7, os hidrogênios foram adicionados as estruturas 3D utilizando o programa DYNAMO. Como os valores de pKa podem ser modificados por efeitos locais do entorno protéico , uma atribuição rigorosa dos estados de protonação de todos os resíduos a um pH 7 foi realizada recalculando os valores padrões de pKa titulável dos aminoácidos, utilizando o programa propKa . Depois de adicionar os átomos de hidrogênio nas estruturas 3D, foram aplicadas uma série de algoritmos de otimização. As estruturas foram descritas utilizando o campo de força OPLS-AA. Foram executados 10 ns de dinâmica molecular a uma temperatura de 300 K para cada sistema.
RESULTADOS:

No estudo de modelagem por homologia foi selecionada as sequências de aminoácidos, cuja extensão abrange do aminoácido alanina (A) 227 ao aminoácido prolina (P) 476, referentes à template (1E6V_α - indicando que apenas um fragmento da subunidade α foi utilizado na modelagem), totalizando 249 resíduos fundamentais para a função enzimática da proteína MCRα.

A estrutura 3D gerada, denominada de Tuc1, foi modelada por homologia com MCRα de Methanopyrus klanderi , com identidade de 70%. O alto valor de identidade entre as estruturas molde e homóloga estão de acordo com o valor de RMSD (Root Mean Square Deviation) obtido de 0,06 Å. A média da porcentagem de resíduos localizados em regiões favoráveis (regiões em que os ângulos e energia residual são compatíveis) das estruturas 3D deste trabalho foi de 84%, indicando uma boa qualidade estereoquímica.

Para os sistemas foram realizados 10 ns de DM. Foi observado que o target apresenta uma maior variação no RMSD em relação ao template, esta diferença deve-se ao fato de o target ser um fragmento do template, apresentando, assim, um maior grau de mobilidade em relação ao template. A estrutura 3D do template apresenta uma estabilidade estrutural a partir de ~4ns de DM, enquanto que o target alcança esta estabilidade a partir de ~7ns de DM.
CONCLUSÃO:

A modelagem por homologia apresentou resultados satisfatórios quanto à construção do modelo 3D de MCR, principalmente em relação ao alto grau de identidade e a qualidade estereoquímica do modelo obtido. A DM foi utilizada como ferramenta para refinar a estrutura de MCR obtida por homologia. Desta forma, o modelo obtido poderá ser usado em estudos, como: docking e mecanismo de reação enzimático.

Instituição de Fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
Palavras-chave: Metil Coenzima M Redutase, Metanogênese, Homologia e Dinâmica Molecular.