Identificação de padrões conformacionais em estruturas experimentais e projeto de metaheurísticas para a predição da estrutura tridimensional de proteínas

• Autor(a) principal: Oliveira, Mariana dos Santos
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/179716
• topic: Bioinformática estrutural; Predição; Microbial transglutaminase; Bacillus megaterium; Structural bioinformatics; Loops regions; Knowledgeb based search methods; Metaheuristics; 3D Protein structure prediction

O conhecimento da estrutura tridimensional de proteínas permite a inferência e estudo de sua função. Predizer essa estrutura 3D a partir da sequência linear de aminoácidos é um dos problemas mais difíceis da Bioinformática Estrutural. Fragmentos de loops da cadeia polipeptídica são ditos estruturas flexíveis e de alta variabilidade sendo consideradas mais difíceis de serem preditas e manipuladas. Devido à alta seletividade do processo de enovelamento proteico, o espaço de busca tridimensional é extenso, podendo ser manipulado como um problema de otimização. Assim, este trabalho tem como proposta a criação de uma Biblioteca de Padrões Estruturais (BPE) para regiões de loops, criada a partir de dados experimentais extraídos do Protein Data Bank (PDB) a fim de diminuir o espaço de busca conformacional. Esta biblioteca foi empregada com conhecimento na metaheurística Self-Adapting Differential Evolution (SADE) aplicada ao problema de predição de estruturas 3D de proteínas. Para validação da BPE foram implementadas duas versões do algoritmo SADE, em que a primeira utilizava os dados da BPE e APL-1 como conhecimento para geração e evolução da população e a segunda utilizava apenas a APL- 1, considerando a não existência dos padrões estruturais. Para análise dos resultados foi considerada a função de aptidão e calculados os valores de RMSD e GDT_TS para as estruturas preditas em relaçao as estruturas experimentais. Os valores de RMSD médio mostraram-se 93% melhores para as execuções utilizando a BPE, além disso, 92% das estruturas com menor valor de RMSD foram geradas utilizando a BPE. Os valores de GDT_TS médio revelaram-se 93% melhores em estruturas preditas com a utilização da BPE, além disso, 61,5% das estruturas geradas com a utilização da BPE apresentaram os maiores valores de GDT_TS. Os valores da função de energia não indicaram diferenças entre as diferentes variações do método SADE. Em suma, a partir dos resultados apresentados é possível afirmar que a utilização da BPE como conhecimento na metaheurística SADE é capaz de gerar estruturas 3D de proteínas mais próximas às estruturas experimentais do que quando comparado à implementação do mesmo método sem a utilização da BPE.