Conclusões parciais

A aparente distribuição homogênea dos osmólitos sorbitol e uréia na superfície da enzima BCL mostrou-se bastante complexa quando analisada através das funções de distribuição. Apesar da complexidade envolvida nas interações moleculares proteína-solvente, algumas conclusões importantes podem ser sugeridas: (1) de forma geral, a superfície da proteína é disputada por todos os solventes: água, sorbitol e uréia. A solvatação da proteína é dinâmica e heterogênea, fortemente dependente dos tipos de resíduos que constituem a enzima BCL e as características dos átomos que compõem as moléculas dos solventes; (2) sorbitol tem a capacidade de estruturar moléculas de água em curtas distâncias (na primeira camada de solvatação) e desloca moléculas de água em longas distâncias, provavelmente devido ao seu volume. Por outro lado, uréia tem a capacidade de deslocar moléculas de água tanto da primeira quanto da segunda camada de solvatação. Interessante observar o efeito restaurador do sorbitol na distribuição de água em torno da proteína quando esta é perturbada por uréia; (3) existe uma distribuição características dos solventes em torno do backbone da enzima BCL: água interage preferencialmente com os átomos do grupo carbonila (C=O), porém a densidade relativa em torno destes átomos é menor que a obtida na solução. Sorbitol interage fortemente com o backbone proteico (pico de gss em ~2.5 Å), sendo estas interações perturbadas na presença da uréia. O desestabilizante uréia tem alta afinidade

Capítulo 2. Solvatação competitiva da enzima BCL por sorbitol, uréia e água

em curtas distâncias pelos grupos carbonila. Interessante notar que a uréia é desestabilizada por sorbitol somente em longas distâncias do backbone; (4) as distribuições das ligações de hidrogênio solvente-proteína são afetadas quando sorbitol ou uréia (ou ambos) estão presentes na superfície da enzima BCL. A principal diferença é observada para a redução das ligações de hidrogênio proteína-água. Com adição dos osmólitos, novas ligações de hidrogênio são formadas proteína-sorbitol e proteína-uréia, sendo que o número total de ligações de hidrogênio não é significativamente alterado. Além disso, a disposição do sorbitol em torno da superfície da proteína aumenta o tempo de sobrevivência das ligações de hidrogênio proteína-água. Isto pode ser explicado pelo volume ocupado pelas moléculas de sorbitol que excluem água das camadas mais distantes, desta forma evita que haja trocas de moléculas de água na superfície da enzima BCL. Este efeito deve estar associado com o efeito estabilizador promovido pelo sorbitol e pode ser investigado com mais detalhes futuramente; (5) A estabilização de água na primeira camada de solvatação da enzima BCL, promovida pelo sorbitol, ocorre principalmente nos resíduos polares. Ademais, moléculas de água são excluídas das camadas mais externas de todos os resíduos, principalmente dos resíduos polares também. No caso da adição de uréia, há forte competição com deslocamento de moléculas de água, principalmente dos resíduos carregados. O efeito de proteção do sorbitol pode ser visualizado pela manutenção das funções de distribuição gss proteína- água (entre os sistemas BCL-Sor-H2O e BCL-Ure-Sor-H2O) com perfis muito semelhantes em praticamente todos os resíduos em todas as distâncias; (6) Moléculas de água são desestabilizadas por uréia, especialmente, na primeira camada de solvatação dos resíduos ácidos Asp/Glu. Por outro lado, sorbitol atua estabilizando água em torno dos resíduos básicos Lys/Arg. Interações carregados-sorbitol são menos perturbadas por uréia nos resíduos ácidos do que nos básicos. Como o comportamento competitivo não é simétrico, as interações carregados-uréia, na presença de sorbitol, permanecem praticamente inalteradas nos resíduos ácidos e somente afetadas em longas distâncias para os resíduos básicos; (7) Análises mais detalhadas mostraram que existe uma região entre a primeira e a segunda camada de solvatação (~2.4Å) onde o sorbitol é frequentemente encontrado interagindo com a enzima BCL, isto é possível devido às interações realizadas pelos seus hidrogênios alifáticos. Acreditamos que esta interação pode ser responsável por parte do efeito estabilizador desempenhado pelo sorbitol.

Capítulo 2. Solvatação competitiva da enzima BCL por sorbitol, uréia e água

Simulações de Dinâmica Molecular foram realizadas para obter uma descrição de fácil compreensão e detalhada da dinâmica de solvatação da superfície da enzima BCL quando os dois osmólitos sorbitol (estabilizante) e uréia (desnaturante) estão presentes em meio aquoso. Estes resultados mostram que os modelos termodinâmicos simples (exclusão dos solventes de forma particionada da superfície proteica) não podem explicar satisfatoriamente a complexidade das interações em nível molecular, e que a interpretação das interações sorbitol-proteína e uréia-proteína (mostrados em detalhes aqui), bem como o uso destas informações devem necessariamente levar em conta a natureza química dos resíduos da proteína e as características dos átomos que compõem os osmólitos. Com isso, esperamos que as interpretações, apontadas até o presente momento, possam guiar futuros trabalhos que avaliam estabilidade de proteínas em meios não-aquosos, e possibilitar abordagens mais racionais tanto para desenvolvimento de solventes quanto de proteínas.

Os resultados e discussões apresentados neste Capítulo estão detalhados no trabalho:

Oliveira IP, Martinez L. Molecular basis for competitive solvation of the Burkholderia cepacia lipase by sorbitol and urea. Phys Chem Chem Phys. 2016;18(31):21797-21808. doi:10.1039/C6CP01789D.

Capítulo 3. Microsolvatação da enzima BCL por uréia: considerações sobre o estado de