No estudo de caso 4, realizou-se a predição da estrutura 3D aproximada da proteína cujo código PDB é 1GB1 [32], composta por 56 resíduos de aminoácidos e pertencente à classe das
proteínasα/β [64] (código PDB: 1GB1 - Figura 45A).
Figura 45 – Representação do tipo Ribbon da estrutura 3D experimental e das estruturas 3D preditas da proteína cujo código PDB é 1GB1. (A) estrututura 3D experimental da proteína cujo código PDB é 1GB1; (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.
A seqüência alvo K=MTYKLILNGKTLKGETTTEAVDAATAEKVFKQYANDNGVDG-
EWTYDDATKTFTVTE foi fragmentada em 54 fragmentos-alvo si de tamanho l=5 resíduos
de aminoácidos (Apêndice C, Tabela 34, coluna 1). Para cada fragmentos-alvosi, foi realizada
a busca por proteínas-molde no PDB (Apêndice C, Tabela 34, coluna 3, apresenta o número de
moldes identificados para cada fragmento alvosi). Eliminou-se as proteínas cujas seqüências
são idênticas ou muito similares à seqüência alvoK da proteína-alvo, identificados por: 1GB1
2GB1, 1PGA, 1PGB, 3GB1, 1GB4, 2IGG, 1QKZ, 1PGX, 1UWX, 2PLP, 1FD6, 1Q10, 1MPE, 1MVK, 1FCC, 1P7E, 1P7F, 2OED, 1FCL, 2IGH, 1IGD, 1IGC, 2IGD, 2NMQ, 1EM7, 1MHX, 1MI0, 2I2Y, 2I38, 1PN5, 1IBX, 2CWB, 2DEN, 2GI9.
Obtidos os arquivos pdbs do PDB, são calculados os ângulos de torção do aminoácido cen- tral dos fragmentos-molde (Apêndice C, Tabela 34, coluna 2). Os ângulos de torção de cada
fragmentosi são agrupados (Apêndice H, Tabela 39). Os intervalos são construídos. A partir
da predição da estrutura secundária (Figura 46) é construída a conformação representada por intervalos de ângulos de torção. A Figura 45B apresenta a estrutura predita a partir do meio do intervalo da conformação inicial representada por intervalos.
Figura 46 – Predição da estrutura secundária da seqüência-alvo K da proteína cujo código PDB é 1GB1. O método MLRC utiliza os métodos GOR4, SIMPA96 e SOPMA para fazer a predição da estrutura secundária. O consenso representa a estrutura secundária predita pelo método MLRC.
As regiões de volta são otimizadas. A Figura 45C apresenta a estrutura com menor RMSD encontrada durante a execução do algoritmo de otimização de voltas. A Figura 45D apresenta a estrutura final predita pelo método desenvolvido. A Tabela 20 apresenta o valor de RMSD e de energia potencial 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 RMSD = 9.25 (Figura 45C). A estrutura de menor energia encontrada no último passo de execução apresenta um valor de RMSD = 11.18Å (Figura 45D).
Analisando as conformações preditas, demonstradas na Figura 45, é possível verificar que a
estrutura secundária em forma de héliceα está bem formadas. Porém, as estruturas secundárias
em forma de folhasβ não estão formadas, apesar de os aminoácidos das estruturas preditas es-
tarem em posições semelhantes às da estrutura experimental no mapa de Ramachandran (Figura 47 e Tabela 21).
Tabela 20: 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 1GB1.
Estrutura predita RMSD(Å) EP(Kcal.mol−1)
B 12.31 13480000000000.00
C 9.25 684400000000.00
D 11.18 201026141.36
Figura 47 – Mapa de Ramachandran da estrutura 3D experimental e das estruturas 3D preditas da proteína cujo código PDB é 1GB1. (A) estrutura 3D experimental da proteína cujo código PDB é 1GB1; (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 21: Análise da localização dos resíduos de aminoácidos das estruturas 3D das confor- mações preditas para a proteína cujo código PDB é 1GB1 no mapa de Ramachandran.
Estrutura Mais favorável (%) Favorável (%) Aceitável (%) Não aceitável (%)
A 84.00 16.00 0.00 0.00
B 68.00 24.00 0.00 8.00
C 68.00 24.00 4.00 6.00
D 66.00 24.00 2.00 8.00
A Tabela 22 descreve a formação das estruturas secundárias. Conforme pode ser obser-
vado, as estruturas secundárias em forma de folha β não foram obtidas pela não formação de
ligações de hidrogênio. No entando a estrutura secundária em forma de héliceα está formada
adequadamente.
A Figura 48 apresenta a relação EP versus RMSD das 1.000 conformações geradas, du- rante a execução do algoritmo, que apresentam a menor EP. Novamente, a explosão da EP desencadeou uma série de perturbações na forma de redução dos intervalos de variação angular.
Fazendo com que, as regiões de resíduos de aminoácidos referentes à folhasβ) não puderam
estar próximas o suficiente para formar ligações de hidrogênio. Estas ligações são necessárias
para a estabilização e formação das estruturas regulares em forma de folhaβ.
A Tabela 23, apresenta os valores de RMSD obtidos a partir da sobreposição das regiões de estruturas secundárias regulares da estrutura 3D experimental e da estrutura 3D final predita (Figura 45D). A partir dos resultados obtidos, é possível verificar que as regiões estão bastante similares, exceto na região formada pelo intervalo 18-33 onde se observa um valor de RMSD = 4.77Å.
Tabela 22: Estrutura secundária das estruturas 3D preditas da proteína cujo código PDB é 1GB1. (A) estrutura 3D experimental da proteína cujo código PDB é 1GB1; (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 20 (35.7%) 13 (23.2%) 0 (0.0%) 23 (41.1%) 56
B 0 (0.0%) 16 (28.6%) 3 (5.4%) 37 (66.1%) 56
C 0 (0.0%) 17 (30.4%) 3 (5.4%) 36 (64.3.6%) 56
Figura 48 – 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 1GB1.
Tabela 23: Valor de RMSD do Cα da estrutura 3D final predita em relação à estrutura 3D expe-
rimental da proteína cujo código PDB é 1GB1 nas regiões de estruturas secundárias regulares.
Intervalo de aminoácidos (i-j) RMSD Cα(Å)
3 - 8 0.22
18 - 33 4.77
42 - 45 0.20
50 - 54 1.06
O algoritmo de otimização das regiões de volta alcançou o seu critério de parada (tamanho do intervalo) após gerar 4.600 conformações. Por meio da análise dos resultados obtidos pela execução do método proposto verifica-se que as estruturas 3D preditas apresentam resultados regulares quanto à organização das estruturas secundárias no espaço 3D e resultados satisfa-
tórios no que se refere a formação das estruturas secundárias do tipo hélice α. As estruturas
secundárias em forma de folhaβ não foram formadas devido a não formação de ligações de