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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autor: Reis, Marcelo Augusto dos
Título: Aplicação de Técnicas de Espalhamento de Raios X na Caracterização Estrutural de Proteínas e Modelagem Computacional Utilizando Vínculos Experimentais Obtidos por SAXS
Ano: 2013
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Aparicio
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: Espalhamento de raios X, SAXS, Cristalografia de proteínas, Bioinformática, Modelagem 3D
Resumo: Neste trabalho de tese, o problema da caracterização estrutural de proteínas foi abordado de maneira contextualizada e com um viés em modelagem computacional utilizando vínculos experimentais obtidos com a técnica de espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS, Small-Angle X-ray Scattering). Parte das pesquisas foram concentradas na caracterização estrutural da proteína SurE de Xylella fastidiosa (XfSurE) por técnicas experimentais e computacionais. Estudos estruturais da XfSurE realizados com a técnica de SAXS apontaram para um arranjo tetramérico da enzima apo e, do nosso conhecimento, foi a primeira estrutura em solução descrita na literatura para esta família de proteínas. Quando associada às técnicas computacionais — como, por exemplo, análise de modos normais de vibração—a interpretação das análises por SAXS foi realçada. Neste caso, o vínculo experimental imposto pela curva I(q) possibilitou que uma estrutura em solução fosse modelada apenas com o uso de um único modo normal, cujo efeito estaria relacionado com as possíveis transições alostéricas de XfSurE. Em outra frente de trabalho, um novo programa denominado SAXSTER foi desenvolvido. SAXSTER tem a habilidade de gerar modelos estruturais mais prováveis para uma proteína-alvo a partir de alinhamentos ótimos obtidos por threading e de estruturas similares identificadas em um banco de dados, com o auxílio de SAXS. A partir dos dados de entrada, é realizada uma busca no Protein Data Bank para que a estrutura da proteína-alvo possa ser predita. O programa foi testado para 553 proteínas não redundantes. Foi demonstrado que SAXSTER pode melhorar consistentemente o resultado global da classificação dos alinhamentos, com p-valores que variam de 10 a 10. De acordo com TM-score médio, conclui-se que SAXSTER tende a melhorar o desempenho preditivo conforme a estrutura da proteína-alvo se afasta da forma globular.
Abstract: In this work, the protein structure problem was approached from two different perspectives: from the computational modeling to the experimental data mainly collected by Small-Angle X-ray Scattering technique (SAXS) whose data were also used as constraint for modelling. Part of the research was focused on the structural characterization of the protein SurE of Xylella fastidiosa (XfSurE) by experimental and computational techniques. Structural studies of XfSurE performed by SAXS technique indicated a tetrameric arrangement of the apo enzyme and to our knowledge, this was the first solution structure of a SurE protein described in the literature. When combined with computational techniques — for instance, normal mode analysis — the interpretation of SAXS analysis was enhanced. In that case, the experimental constraints imposed by the I(q) curve allowed to reach a new structure model that fits the SAXS profile using only a single normal mode. This effect would be associated with the possible allosteric transitions of the XfSurE. It was also developed a new program called SAXSTER (SAXS-assisted multi-source ThreadER). SAXSTER has the ability to generate more likely structural models for the target protein from optimal alignments obtained by threading and similar structures identified in the Protein Data Bank aided by SAXS. The program was tested on 553 nonredundant proteins. It was shown that SAXSTER can consistently improve the overall classification of the alignments, with p-values ranging from 10 to 10. According to average TM-score, a more promising use of the SAXSTER algorithm would be to improve the template recognition results for protein whose structure is more rod-like than globular-like ones.
Arquivo (Texto Completo): 000921353.pdf ( tamanho: 40,7MB )

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