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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autora: Stankovic, Ivana
Título: Dinâmica Molecular de Celulases: Estudos de Reconhecimento de Substrato e Propriedades Conformacionais
Ano: 2014
Orientadora: Prof. Dr. Munir Salomão Skaf
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: Dinâmica molecular; Celulases; Seletividade; Propriedades conformacionais
Resumo: A degradação enzimática da celulose para a produção de bioetanol é realizada por um conjunto de proteínas denominadas celulases, as quais são produzidas por vários fungos e bactérias. O mecanismo molecular das interações físicas entre celulases e a celulose é pouco conhecido. Para investigar estas interações, bem como as propriedades conformacionais e dinâmicas, nesta Tese usamos simulações por dinâmica molecular (MD). Abordamso duas celulares a endoglucanose 3 de Trichoderma harzianum (ThEGG3) e a endoglucanose de Xanthomas campestris pv. campestris (XccEG). O estudo dos mecanismos de reconhecimento de substrato por ThEG3 em que falta o módulo de ligação à celulose (CBM) revela que a ausência de um CBM nesta estrutura é compensada pela presença de resíduos similares aos resíduos típicos de um CBM. O segundo estudo, sobre seletividade da XccEG, explica porquê esta enzima catalisa a hidrólise somente de oligossacarídeos de quatro ou mais unidades. Nossas simulações indicam que os quatro subsítios característicos da fenda de ligação ao substrato da XccEG precisam ser simultaneament estabilizados pelas interações com substrato para promover uma ligação efetica substrato-enzima. No terceiro estudo, investigamos as propriedades mecânicas do linkr entre o domínio catalítico (CCD) e o CBM desta mesma enzima, composto por blocos Thr e Pro, utilizando a técnica de troca de réplicas (REMD). Nossos resultados sugerem as bases moleculares de maior regidez deste linker em comparação ao linker de celobiohidrolase 2 de Trichoderma reesei. Por fim, adaptamos o método de ajuste flexível por dinâmica molecular (MDFF) para gerar modelos de estrutura terciária a partir de dados de SAXS e o aplicamos para criar um modelo da estrutura intacta CCD-linker-CBM de XccEG.
Abstract: The enzymatic degradation of the cellulose for the production of bioethanol is performed by a group of proteins called cellulases which are produced by various fungi and bacteria. The molecular mechanism of the physical interactions between the cellulases and a cellulose is not well understood yet. In this work we use molecular dynamics simulations (MD) to investigate these interactions as well as conformational and dynamic properties. We have studied two cellulases: the endoglucanase 3 from Trichoderma harzianum (ThEG3) and the endoglucanase from Xanthomas campestris pv. campestris (XccEG). The study of the mechanisms of substrate recognition by ThEG3 which lacks the cellulose binding module (CBM) shows that the absence of a CBM in this structure is compensated by the presence of residues similar to typical CBM residues. The second study, on the selectivity of XccEG, explains why this enzyme catalyses only the hydrolysis of oligosaccharides with four or more units. Our simulations indicate that the four characteristic subsites of the substrate binding cleft of XccEG need to be simultaneously stabilized by the interactions with the substrate to provide effective enzyme-substrate binding. In the third study, we investigated the mechanical properties of the linker between the catalytic domain (CCD) and CBM of the same enzyme, composed of Thr-Pro blocks, using the replica exchange molecular dynamics (REMD). Our results suggest the molecular basis of higher rigidity of this linker in comparison to the linker of cellobiohydrolase 2 from Trichoderma reesei. Finally, we have adapted the method of Molecular Dynamics Flexible Fitting (MDFF) to generate tertiary structure models from SAXS data and applied it to create a model of the intact structure CCD-linker-CBM of the XccEG.
Arquivo (Texto Completo): 000932464.pdf ( tamanho: 28MB )

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