Enterramentos atômicos como possíveis intermediários informacionais no código do enovelamento proteico

Abstract

O código do enovelamento, ou seja, as regras através das quais a estrutura tridimensional de uma proteína está codificada em sua sequência de aminoácidos, permanece uma das grandes questões ainda não resolvidas no problema do enovelamento proteico. Neste trabalho buscamos contribuir para a compreensão do código do enovelamento partindo da hipótese de que os enterramentos atômicos, definidos como a distância dos átomos até o centro geométrico da estrutura, são o fator preponderante na codificação da estrutura terciária na sequência primária de uma proteína. Na primeira parte deste trabalho, através de simulações de dinâmica molecular particularmente desenvolvidas para o estudo dos enterramentos atômicos, caracterizamos um conjunto de proteínas em termos da resolução mínima necessária para a descrição de suas conformações nativas através de potenciais derivados de enterramentos atômicos discretizados em camadas equiprováveis. Obtivemos um valor de 3 a 4 camadas de enterramento necessária para a descrição de algumas cadeias pequenas (de até 66 resíduos) e 4 a 5 camadas para cadeias médias (113 e 104 resíduos). Estes resultados mostram também que esta divisão em camadas equiprováveis (mesmo número de átomos por camada) implica que o número de camadas requeridas na descrição da estrutura terciária de uma proteína cresce com o seu tamanho. Estimamos também a redundância da informação estrutural presente nas sequências de enterramentos divididos desta forma, através da capacidade das estruturas de enovelarem e se manterem estáveis ao fornecermos potenciais de enterramento errados. Estimamos uma redundância de 75% a 80% para as proteínas analisadas, o que deve ser uma medida também da proporção da informação estrutural que precisa ser efetivamente codificada na sequência na forma de enterramentos atômicos. Na segunda parte do trabalho propomos uma nova representação de enterramentos atômicos baseada em tecnologias de codificação de sinais amplamente utilizadas na indústria, a qual chamamos de representação diferencial dos enterramentos atômicos. Aqui utilizamos ao invés de camadas as diferenças de enterramento entre átomos ou resíduos adjacentes na cadeia, o que permite uma maior resolução nos sinais de enterramento, com o uso de apenas 2 ou 3 símbolos no alfabeto da representação. Mostramos que é possível realizar predições estruturais utilizando a representação diferencial e apresentamos também um método de otimização por Monte Carlo dos sinais obtidos que permite combinar as diferentes representações de enterramento apresentadas neste trabalho.