Análise da estabilidade termodinâmica e de parâmetros estruturais de DNA e RNA por modelos mesoscópicos

• Autor(a) principal: Tauanne Dias Amarante
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AF9LZP
• topic: RNA; DNA; Modelo Peyrard-Bishop; DNA; Acido ribonucleico; Física

Modelos mesoscopicos como o proposto por Peyrard e Bishop apresentam uma relevancia significativa no estudo da estabilidade termica de DNA e RNA. A sua simplicidade computacional permite a analise desses oligonucleotideos por periodos mais longos e de importancia fisiologica e experimental inacessiveis por tecnicas mais sofisticadas. Recentemente houve bastante progresso na parametrizacao dos pares de bases canonicos CG e AT em DNA e CG e AU em RNA para este modelo. No entanto, por serem mais estaveis do que pares nao-canonicos, essas bases sao relativamente simplesde modelar. Nosso estudo viabilizou a aplicacao do modelo PB alem das bases canonicas, bem como a investigacao de parametros estruturais. O primeiro sistema que foi estudado e o de guanina-uracila (GU) em RNA. GU desempenha um papel biologico importante, atuando como um local de reconhecimento para biomoleculas, alem de ser o par nao complementar mais comum em RNA. Devido a nao isostericidadedo par GU, sua estabilidade e influenciada pelo contexto da sequencia. GU apresenta diversas possibilidades conformacionais, inclusive assumindo um numero diferente de ligacoes hidrogenio dependendo das bases vizinhas. Para considerar todas as possibilidades de contexto de GU em RNA e necessario lidar com uma quantidademuito grande de parametros. Esse problema e contornado ao realizarmos a otimizacao de parametros correlacionando com dados de temperatura de desnaturacao obtidos da literatura. Desenvolvemos uma estrategia de reducao do espaco de busca de parametros que possibilitou a determinacao de grupos de configuracao de GU ordenados por intensidade de ligacao de hidrogenio. Em comparacao com dados experimentais da literatura obtivemos uma grande concordancia nas ligacoes de hidrogenio, em especial com as tecnicas de NMR. Assim, pudemos nao apenas concluir a parametrizacao deGU em RNA mas tambem demonstrar que a tecnica permite prever ligacoes de hidrogenio de pares de base nao-canonicos. No segundo tema nos abordamos a limitacao da Hamiltoniana 2D Peyrard-Bishop que nao inclui qualquer parametro estrutural. Mostramos que e possivel partir de uma formulacao Hamiltoniana helicoidal e obter uma Hamiltoniana modificada em 2D que inclui a informacao sobre o passo da helice de DNA, tecnicamente chamado de rise. Nesse estudo tambem usamos o metodo de otimizacao correlacionando com dados de desnaturacao disponiveis na literatura para obter valores de rise. Para realizar a comparacao dos nossos resultados com os obtidospor medidas experimentais, desenvolvemos uma ferramenta de pesquisa que acessa a base de dados no Nucleic Acids Database (NDB) e seleciona as sequencias de interesse para obter valores de rise oriundos de raios-x e NMR. A concordancia dos nossos resultadosde rise foi em geral semelhante com os do NDB com excecao de AT seguido de TA em DNA. Alem disto, pudemos estudar a variacao do rise em funcao de concentracao salina. Os nossos resultados evidenciam a possibilidade de realizar estudos estruturais em oligonucleotideos usando temperaturas de desnaturacao.