No estudo de caso 3, testou-se o método desenvolvido na predição da estrutura 3D apro- ximada da proteína cujo código PDB é 1ROP [5], composta por 54 resíduos de aminoácidos
e conhecida pelo arranjo de duas estruturas secundárias em forma de héliceα conectadas por
uma volta (código PDB: 1ROP - Figura 41A).
A seqüência alvo K=FMTKQEKTALNMARFIRSQTLTLLEKLNELDADEQADICESLH
DHADELYRSCLA é fragmentada em 52 fragmentos-alvosi de tamanhol=5 resíduos de ami-
noácidos (Apêndice B, Tabela 33, coluna 1). Para cada fragmento alvosi, foi realizada a busca
por proteínas-molde no PDB (Apêndice B, Tabela 33, coluna 3, apresenta o número de mol-
idênticas ou muito similares à seqüência alvo K da proteína de código PDB igual a 1ROP,
identificados por: 1ROP, 1B6Q, 1GMG, 1RPR, 2GHY, 1GTO, 1RPO, 1NKD, 1YO7, 1QX8, 1F4M, 1F4N. Após obtidos os arquivos pdbs do PDB, são calculados os ângulos de torção do aminoácido central de cada fragmento-molde (Apêndice B, Tabela 33, coluna 2).
Figura 41 – Representação do tipo Ribbon da estrutura 3D experimental e das estruturas 3D preditas da proteína cujo código PDB é 1ROP. (A) estrutura 3D experimental da proteína cujo código PDB é 1ROP; (B) estrutura 3D predita, obtida a partir do centro do intervalo da conformação inicial; (C) estrutura 3D predita com menor RMSD em relação a estrutura experimental, encontrada ao longo da execução do método de predição; (D) estrutura 3D predita obtida após a otimização da região de volta. As cadeias laterais foram removidas para facilitar a visualização.
O Apêndice B, Tabela 33, coluna 4, 5 e 6 apresenta a porcentagem das tuplas-molde asso- ciadas a cada um dos três estados conformacionais (h, b ou c). Nesta classificação, o estado conformacional de héliceα (h) compreende os resíduos de aminoácidos nos estados "A", "a",
"L", "l"e "p", o estado de folhaβ (b) compreende os resíduos de aminoácidos em estados "B"e
"b"e as regiões de volta (c) compreendem os resíduos de aminoácidos em estado "c"(seguindo o modelo de 8 estados descrito na seção 4.3.6 e baseando-se no modelo para escolha dos grupos apresentados na seção 4.3.8).
Os ângulos de torção de cada fragmento si são agrupados em 4 grupos. Para cada grupo
desi é calculada a média e o desvio padrão estimado. O Apêndice G, Tabela 38 apresenta o
resultado obtido com o agrupamento das tuplas-molde de cada fragmentosi.
A partir do valor médio e do valor de desvio padrão estimado de cada grupokidesié criado
o intervalo de variação de cada grupo. Em seguida, a partir do centro do intervalo, cada grupo é rotulado nos 8 estados conformacionais. Posteriormente, é predita a estrutura secundária
(ES) da seqüência-alvoK (Figura 42). Com base na ES é construída a conformação inicial,
representada na forma de intervalos. A Figura 41B apresenta a conformação obtida a partir do centro do intervalo da conformação inicial representada por intervalos de variação angular.
Figura 42 – Predição da estrutura secundária da seqüência-alvo K da proteína cujo código PDB é 1ROP. O consenso representa a estrutura secundária obtida pela análise simultânea da predição realizada pelo método DSC, HNNC e Predator.
As regiões de volta são otimizadas. A Figura 41C apresenta a estrutura 3D com menor RMSD encontrada durante a execução do algoritmo de otmização das regiões de volta. A Figura 41D apresenta a estrutura 3D final predita obtida como resultado final do método de predição.
A Tabela 16 apresenta o valor EP e de RMSD das conformações preditas. A estrutura predita com menor RMSD em relação a estrutura experimental, encontrada ao longo de todo processo de otimização da região de volta, apresenta um valor de RMSD = 6.03Å(Figura 41C). A estrutura de menor energia, encontrada no último passo de execução do algoritmo, apresenta um valor de RMSD = 6.69Å(Figura 41D).
Tabela 16: Valor de energia potencial (Kcal.mol−1) estruturas 3D preditas e o valor de RMSD
(Å) do Cα em relação à estrutura 3D experimental da proteína cujo código PDB é 1ROP.
Estrutura predita RMSD(Å) EP(Kcal.mol−1)
B 5.15 32983.35
C 6.03 1276.34
D 6.692 1267.78
Ao analisar a qualidade da estrutura secundária, é possível verificar que a formação da estrutura secundária das estruturas 3D preditas é idêntica à da estrutura 3D experimental da proteína-alvo (Tabela 17).
Tabela 17: Estrutura secundária das estruturas 3D preditas da proteína cujo código PDB é 1ROP. (A) estrutura 3D experimental da proteína cujo código PDB é 1ROP; (B) estrutura 3D predita, obtida a partir do centro do intervalo da conformação inicial representada por intervalos de variação angular; (C) estrutura 3D predita de menor RMSD encontrada ao longo da execução do método de otimização da região de volta; (D) estrutura 3D predita como resultado final do método de predição.
Estrutura Folha β Hélice α Hélice α 310
Outras Total resíduos
A 0 (0.0%) 50 (89.3%) 0 (0.0%) 6 (10.7%) 56
B 0 (0.0%) 50 (89.3%) 0 (0.0%) 6 (10.7%) 56
C 0 (0.0%) 50 (89.3%) 0 (0.0%) 6 (10.7%) 56
D 0 (0.0%) 50 (89.3%) 0 (0.0%) 6 (10.7%) 56
A Figura 43 apresenta a relação EP versus RMSD das 1.000 conformações geradas, durante a execução do algoritmo, que apresentam a menor EP. De forma semelhante, aos resultados ob- tidos nos estudos de caso anteriores é possível verificar que, embora determinada conformação predita possua um valor de RMSD baixo, o valor de sua energia potencial pode ser alta.
Figura 43 – Gráfico de energia versus RMSD. Relação entre a energia potencial e RMSD das 1.000 conformações com menor RMSD geradas pelo algoritmo de predição para a proteína cujo código PDB é 1ROP.
A Tabela 18, apresenta os valores de RMSD obtidos a partir da sobreposição das regiões de estruturas secundárias regulares da estrutura 3D experimental e da estruturas 3D final predita (Figura 41D). Os valores encontrados demonstram que as estruturas secundárias preditas estão bastante similares com às da estrutura 3D experimental da proteína-alvo.
Tabela 18: Valor de RMSD do Cα da estrutura 3D final predita em relação à estrutura 3D expe-
rimental da proteína cujo código PDB é 1ROP nas regiões de estruturas secundárias regulares.
Intervalo de aminoácidos (i-j) RMSD Cα(Å)
3 - 28 0.90
32 - 54 0.80
Os mapas de Ramachandran da Figura 44 (A, B, C e D) demonstram que os resíduos de aminoácidos das estruturas 3D (B, C e D) preditas se encontram em regiões similares às ocu- padas na estrutura 3D experimental da proteína-alvo. A porcentagem média de resíduos de aminoácidos das estruturas 3D preditas, que ocupam as regiões mais favoráveis no mapa de Ra- machandran, é de aproximadamente 94,40%. Claramente, este valor, demonstra que a estrutura secundária das estruturas 3D preditas estão bem formadas (Tabela 19).
Figura 44 – Mapa de Ramachandran da estrutura 3D experimental e das estruturas 3D preditas da proteína cujo código PDB é 1ROP. (A) estrutura 3D experimental da proteína cujo código PDB é 1ROP; (B) estrutura 3D predita, obtida a partir do meio do intervalo; (C) estrutura 3D predita de menor RMSD encontrada durante a otimização da região de volta; (D) estrutura 3D predita representando o a estrutura final obtida pelo método de predição.
Tabela 19: Análise da localização dos resíduos de aminoácidos das estruturas 3D das confor- mações preditas para a proteína cujo código PDB é 1ROP no mapa de Ramachandran.
Estrutura Mais favorável (%) Favorável (%) Aceitável (%) Não aceitável (%)
A 98.10 1.90 0.00 0.00
B 94.40 5.60 0.00 0.00
C 94.40 3.70 1.90 0.00
D 94.40 3.70 1.90 0.00
Ao longo de toda a execução do algoritmo de otimização das regiões de volta foram geradas 2.300 conformações (momento em que atinge o critério de parada). Por meio da análise dos resultados obtidos pela execução do método proposto verifica-se que as estruturas 3D preditas apresentam resultados ótimos quando a organização das estruturas secundárias no espaço 3D e resultados ótimos no que se refere a formação das estruturas secundárias regulares.