Nas ´ultimas d´ecadas um grande n´umero de prote´ınas foram descobertas, mas ainda n˜ao h´a m´etodos perfeitos dispon´ıveis para prever a estrutura tridimensional da prote´ına a partir de sua seq¨uˆencia prim´aria de amino´acidos. Dessa mesma forma, por ser ainda mais complexo, ainda n˜ao h´a tamb´em um m´etodo preciso para elucidar a complexac¸˜ao entre prote´ınas.
A energia de interac¸˜ao entre res´ıduos de amino´acidos depende de sua natureza qu´ımica, condic¸˜oes da soluc¸˜ao e da distˆancia de separac¸˜ao entre eles. As func¸˜oes e parˆametros para os potenciais de interac¸˜ao estat´ıstico s˜ao obtidas em func¸˜ao da distˆancia de separac¸˜ao entre pares de res´ıduos, cuja principal fonte de informac¸˜ao ´e o banco de dados de estruturas de prote´ına, PDB (42).
Potenciais estat´ısticos s˜ao energias obtidas a partir da freq¨uˆencia de pares entre ´atomos, grupos de ´atomos ou res´ıduos de amino´acidos, extra´ıdos a partir de estruturas de prote´ınas conhecidas. A id´eia foi inicialmente proposta por Tanaka e Scheraga (127) e aprimorada por Miyazawa e Jernigan (111), e, deste ent˜ao, tem sido largamente empregada no problema do
folding(44, 128) e mais recentemente em complexac¸˜ao de prote´ınas (129–131).
Uma das caracter´ısticas dos potenciais estat´ısticos ´e avaliar a densidade de uma de- terminada distribuic¸˜ao e, assim, propor func¸˜oes para descrever a energia de contato entre os pares, comumente expressa atrav´es de potencial de forc¸a m´edia. Logo, para exemplificar, su- pomos um modelo idealizado composto por um grande n´umero de res´ıduos, formados pelos 20 amino´acidos naturais, distribu´ıdos de alguma forma em um determinado espac¸o. A freq¨uˆencia de contatos entre dois amino´acidos i e j em func¸˜ao da distˆancia de separac¸˜ao r, pode ser descrita como:
gi j(r)∗= ρi j(r)
f(r) (1.1)
onde ρi j ´e o n´umero de contatos entre os res´ıduos i e j encontrados na distˆancia r; e f(r) ´e o n´umero de contatos entre todos os res´ıduos encontrados na distˆancia r. A observac¸˜ao das freq¨uˆencias de pares ´e transformada, valendo-se da relac¸˜ao de Boltzmann, em potenciais de forc¸a m´edia17 de interac¸˜ao em func¸˜ao da distˆancia de separac¸˜ao entre os res´ıduos presentes em cada prote´ına que forma o complexo.
A partir de estruturas de prote´ınas depositadas no PDB, ´e poss´ıvel extrair a freq¨uˆencia
17Uma descric¸˜ao mais detalhada sobre os potenciais de forc¸a m´edia ser´a abordada na Sec¸˜ao 4.6 – Potencial de
de contato de seus res´ıduos e, ent˜ao, calcular a energia livre de interac¸˜ao entre as mesmas. Pode-se perceber que os potenciais estat´ısticos contˆem o conhecimento adquirido so- bre as estruturas de prote´ınas armazenadas no PDB. Apesar disso, somente com a an´alise dos potenciais estat´ısticos, n˜ao ´e poss´ıvel quantificar as forc¸as f´ısicas e a contribuic¸˜ao entr´opica envolvidas na interac¸˜ao entre os res´ıduos, bem como a importˆancia de cada uma delas no processo de complexac¸˜ao. Visando minimizar esse d´eficit propomos abordar este problema de duas formas complementares. Por um lado, buscaremos os potenciais estat´ısticos atrav´es das citadas an´alises computacionais no PDB. Por outro, iniciando por um preditor b´asico de complexac¸˜ao, baseado em termos ideais do equil´ıbrio ´acido-base dos res´ıduos ioniz´aveis, explo- ramos o fenˆomeno da complexac¸˜ao sob uma ´otica f´ısica. O n´ıvel de predic¸˜ao deste tratamento ´e melhorado com a incorporac¸˜ao de soluc¸˜oes num´ericas da Equac¸˜ao de Poisson-Boltzmann em substituic¸˜ao aos termos ideais. Desta maneira, outras interac¸˜oes poder˜ao ser incorporadas em n´ıveis mais sofisticados (e caros computacionalmente) de tratamento do sistema.
1.4.3
Combinando os resultados: Portais web para complexac¸˜ao de pro-
te´ınas
Combinaremos os trabalhos das duas estrat´egias acima apresentadas atrav´es de portais
web. Propomos o desenvolvimento de portais onde nossos resultados finais de ambas as frentes de trabalho (preditor de complexo prot´eico e potenciais estat´ısticos) estar˜ao sendo disponibi- lizados, gratuitamente, a comunidade, atrav´es de um servidor web, o qual permitir´a consultas por prote´ınas e/ou grupo de prote´ınas, podendo ser facilmente manipulada de forma r´apida e pr´atica, por usu´arios n˜ao familiarizados com as t´ecnicas num´ericas rotineiramente empregadas. Esta plataforma agregar´a nossos principais resultados e ter´a flexibilidade para se relacionar com outras bases de dados e ferramentas web existentes.
Os portais s˜ao constitu´ıdos por diversas ferramentas computacionais, desenvolvidas por outros grupos e por n´os (in house), as quais permitem o estudo da formac¸˜ao de complexos prot´eicos atrav´es dos dois segmentos propostos: an´alise dos potenciais estat´ısticos, e o pre- ditor b´asico de complexac¸˜ao, que podem ser utilizados tanto individualmente quanto com- plementarmente, atuando desta forma, futuramente, como uma referˆencia chave ao estudo da complexac¸˜ao de prote´ınas. Esses portais s˜ao caracterizados por sua simplicidade de uso, r´apido retorno ao usu´ario e com resultados satisfat´orios. A Figura 1 exibe a organizac¸˜ao esquem´atica dos portais propostos neste trabalho.
Pelo fato desta ´area contar com profissionais de diversos campos do saber, os portais ser˜ao projetados (modelados) de forma a funcionar como m´odulos independentes proporcio-
Figura 1: Diagrama esquem´atico dos portais desenvolvidos. Elementos em cinza indicam as ferramentas que ser˜ao implementadas no futuro.
nando assim grande possibilidade de expans˜ao, de forma a prover novas funcionalidades con- forme necessidade futura. Tais m´odulos estar˜ao, a princ´ıpio, intimamente relacionados com nossa base de dados, mas n˜ao dependente da mesma. Todo o sistema tem a web como interface gr´afica, a qual ser´a nossa principal fonte de divulgac¸˜ao (132, 133).
Da mesma maneira que h´a uma grande diversidade de profissionais nesta ´area, h´a tamb´em diversas formas de estudo das propriedades de sistemas biomoleculares. Neste intuito os portais ter˜ao a capacidade de interagir com outras bases de dados e/ou servic¸os web existen- tes, bem como compartilhar nossos conhecimentos (base de dados, ferramentas computacionais, etc.) com outros grupos e/ou aplicac¸˜oes, proporcionando assim que novas an´alises sejam feitas sobre o mesmo conjunto de dados. A Figura 2 ilustra a estrutura de funcionamento b´asico dos portais. Novas ferramentas ser˜ao gradativamente agregadas aos portais propostos neste projeto, conservando sua caracter´ıstica primordial, isto ´e, a facilidade de uso e portabilidade.
Figura 2: Ilustrac¸˜ao esquem´atica de funcionamento dos portais web propostos neste trabalho.