Uso de descritores químico-quânticos como etapa de pós-processamento do protocolo de redesenho de enzimas

• Autor(a) principal: Farias, Wenison Marrone Souza
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPB
• Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26382
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA; Química quântica; Enzimas; Catálise enzimática; Descritores de reatividade; Descritores moleculares; Quantum chemistry; Enzymes; Enzymatic catalysis; Reactivity descriptors; Molecular descriptors

Na busca constante pela redução da energia consumida em processos na indústria, o uso de catalisadores tem se desenvolvido muito, dentre os quais, as enzimas são os que possuem maior performance nesse sentido em meios homogêneos. Em busca desses catalisadores para reações industriais, uma ampla gama de estudos teóricos focado no desenvolvimento de enzimas veem sendo conduzidos, como o protocolo de design enzimático Rosetta, que promovendo mutações em estruturas proteicas buscam criar ou melhorar as reações por elas catalisadas. Nessa dissertação, buscamos contribuir para o melhoramento desse protocolo, pois, o mesmo ainda carece de aperfeiçoamentos na etapa de seleção das prováveis estruturas com capacidade catal ítica. Com isso em mente, propomos uma etapa adicional ao protocolo de design baseado no pós-processamento do complexo enzima-substrato pelo uso de entalpia de ligação enzima-ligante (ΔHbinding) e descritores químico-quânticos de reatividade. Desse modo, desenvolvemos uma metodologia que consiste em, após obter as estruturas redesenhadas pelo Rosetta, realizar cálculos quânticos single-point utilizando o Hamiltoniano semiempírico, PM7, com efeito de solvatação (modelo COSMO) e o algoritmo de escalonamento linear MOZYME, obtendo, assim, a entalpia de ligação enzima-ligante. Em seguida, após obter a função de onda da enzima, são calculados os descritores de reatividade pela aproximação dos orbitais congelados além de considerar o gap HOMO-LUMO como uma banda, BD, calculando também a sua forma ponderada, EW, através do programa PRIMoRDiA. Para validar essa metodologia buscou-se na literatura, estruturas redesenhadas pelo Rosetta e que possuiam dados de ensaios enzimáticos disponíveis. Como resultado, ao utilizar a entalpia de ligação calculada de uma série de estruturas obtidas pelo protocolo Rosetta, conseguiu-se melhorar a classificação, antes ranqueada pela pontuação do Rosetta. Desse modo, melhorando para reação de eliminação de Kemp 17 colocações e para a reação de Diels-Alder deixando entre as dez melhores colocações. Com relação aos descritores de reatividade, para a reação de Kemp foi possível observar que a mudança de apenas um resíduo, na estrutura supleKE59, em relação à estrutura que apresentou maior capacidade catalítica, nativeKE59, fez com que a propriedade NAS (Nucleophilic Attack Susceptibility) se afaste do ligante, desse modo, indicando a inatividade catal ítica da estrutura supleKE59. Portanto, a combinação dessas duas abordagens pode auxiliar no ranqueamento de estruturas melhores e, dentre elas, ajudar a selecionar as que possuem suas propriedades NAS e EAS localizados próximas ao sítio-ativo.