Funcionamento do portal MOLESA

Inicialmente a ferramenta calcula a distˆancia de separac¸˜ao entre um res´ıduo de amino´acido de uma cadeia e todos os res´ıduos presentes em outra cadeia de um complexo prot´eico. Ap´os realizar os c´alculos, os resultados s˜ao armazenados em um banco de dados local onde ´e poss´ıvel executar buscas personalizadas, como por exemplo, saber a distˆancia de separac¸˜ao entre os ´acidos glutˆamicos de uma prote´ına (cadeia A, por exemplo) e as alaninas presentes em outra prote´ına (cadeia B) em um determinado conjunto de complexos prot´eicos, informados pelo usu´ario. Esta busca ´e poss´ıvel, pois j´a teremos calculadas todas as combinac¸˜oes poss´ıveis entre os res´ıduos que formam o complexo prot´eico e com o aux´ılio de comandos em linguagem SQL poderemos efetuar as buscas de nosso interesse. Por´em, antes de efetuar o c´alculo das distˆancias de separac¸˜ao entre os res´ıduos, executamos uma s´erie de procedimentos, os quais ser˜ao descritos a seguir:

1. Obtenc¸˜ao da estrutura de interesse: A obtenc¸˜ao da estrutura de interesse ´e realizada pela classe FcfrpPDB e segue o seguinte protocolo:

• ´E feita uma verificac¸˜ao, pelo c´odigo PDB da prote´ına, se a estrutura que se deseja analisar j´a est´a inserida no banco de dados local. Se a estrutura for encontrada na base de dados local, indica que os procedimentos descritos nos itens 2 e 3 j´a foram executados e o resultado da an´alise ´e exibido para o usu´ario. Caso contr´ario, a aplicac¸˜ao obt´em do PDB a estrutura requisitada pelo usu´ario e, em seguida, ´e feita a validac¸˜ao desta estrutura9. Assumimos que os dados est˜ao validados quando os mesmos s˜ao submetidos ao nosso validador de estruturas, embora este fato n˜ao garanta que as estruturas est˜ao livres de erros. Nesta primeira vers˜ao do aplicativo n˜ao h´a nenhum crit´erio para exclus˜ao de um complexo de nossa base de dados em relac¸˜ao `a quantidade de erros encontrados no mesmo, sendo assim, fica a crit´erio do usu´ario o uso de tal complexo para a realizac¸˜ao de suas an´alises.

2. Inserc¸˜ao dos dados no banco de dados: A inserc¸˜ao dos dados no banco de dados ´e reali- zada pela classe FcfrpInsertPDB2Database da sequinte forma: As informac¸˜oes contidas nos campos SEQRES, ATOM, e SSBOND, s˜ao inseridas no nosso banco de dados nas tabelas apropriadas, assim como todas as mensagens de erros e avisos que ser˜ao exibidos ao usu´ario caso o mesmo solicite tal estrutura para testes.

3. C´alculo das distˆancias: Ap´os a validac¸˜ao do complexo prot´eico, obtˆem-se as informac¸˜oes contidas nos campos ATOM do arquivo PDB, calcula-se o centro geom´etrico

de cada res´ıduo e em seguida a distˆancia do centro geom´etrico entre todos os res´ıduos que est˜ao em cadeias distintas do complexo. Todas as combinac¸˜oes s˜ao armazenadas no banco de dados e ser˜ao recuperadas posteriormente para gerarem os potenciais estat´ısticos. 4. Normalizac¸˜ao 1 – vis˜ao probabil´ıstica: A partir da freq¨uˆencia de contatos, obtidas pelo

c´alculo de gi j(r)∗, assumimos que a soma de todos os pontos da curva por ela gerada ´e igual a 1. Dessa forma encontramos o valor pelo o qual todos os pontos devem ser multi- plicados a fim de obtermos a curva normalizada. Com os dados normalizados efetuamos o c´alculo do potencial de forc¸a m´edia (em kBT), utilizando a Equac¸˜ao 4.710, entre dois res´ıduos (i e j) na distˆancia r. O Algoritmo 1 exibe o pseudoc´odigo utilizado para realizar a normalizac¸˜ao 1.

Algoritmo 1: Pseudoc´odigo utilizado para realizar a normalizac¸˜ao dos dados, pelo crit´erio 1.

func¸˜ao: Normaliza dados 1( arquivo g(r)* ):

para para cada interac¸˜ao entre os res´ıduos i e j (onde i e j representam os 20

amino´acidos naturais) fac¸a

leia todos os pontos gerados pela equac¸˜ao g(r)*; Some todos os pontos lidos;

Armazene o valor na vari´avel sum;

calcule o fator de correc¸˜ao fc da seguinte forma: fc = _sum1 ;

multiplique cada ponto de g(r)* por fc;

salve as alterac¸˜oes em um arquivo no formato txt; nome = residuo.i-residuo.j normalizado1.txt; renomeie o arquivo para nome;

5. Normalizac¸˜ao 2 – vis˜ao de g(r): A partir da freq¨uˆencia de contatos, obtidas pelo c´alculo de gi j(r)∗, calculamos o PFM e em seguida executamos a normalizac¸˜ao dos resultados. Desta vez encontramos o valor do ´ultimo ponto da curva e o igualamos a zero (local onde assumimos n˜ao haver nenhuma interac¸˜ao entre os res´ıduos). Subtra´ımos ent˜ao este valor de todos os pontos da curva.

Os procedimentos adotados est˜ao explicados de uma forma bastante reduzida. A descric¸˜ao detalhada sobre a utilizac¸˜ao das diversas subclasses podem ser encontradas no Apˆen- dice B.

10_{Equac¸˜ao 4.7: w}

i j(r) = −kBTln[gi j(r)∗], apresentada na Sec¸˜ao 4.6 - Potencial de forc¸a m´edia, utilizada para

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RESULTADOS

Os resultados podem ser divididos em duas ´areas: I) f´ısica e II) computacional, onde, na primeira, analisamos as propriedades eletrost´aticas de amino´acidos e prote´ınas com base em sua estrutura prim´aria e tridimensional, avaliando o efeito das condic¸˜oes experimentais e parˆametros, como a constante diel´etrica no interior da prote´ına e campo de forc¸a. Avaliamos o efeito do mecanismo de regulac¸˜ao de cargas e a partir de propriedades termodinˆamicas busca- mos o entendimento da formac¸˜ao de complexos prot´eicos. Na segunda, realizamos a an´alise, criac¸˜ao e configurac¸˜ao da infra-estrutura computacional necess´aria para prover as ferramentas desenvolvidas.

A apresentac¸˜ao dos resultados est´a organizada da seguinte forma: a) Iniciamos apre- sentando, na Sec¸˜ao 7.1 a validac¸˜ao dos dados iniciais, os quais s˜ao utilizados como parˆamentos pelo PROMETHEUS. Estas informac¸˜oes consistem na predic¸˜ao da titulac¸˜ao e capacitˆancia dos amino´acidos e prote´ınas, e comparac¸˜ao com resultados da literatura. Apresentando tamb´em as diferenc¸as entre as previs˜oes efetuadas nos dois n´ıveis preditivos: 1) anal´ıtico, utilizando somente a seq¨uˆencia prim´aria e 2) Poisson-Boltzmann, utilizando a estrutura 3D da prote´ına; b) Em seguida apresentamos predic¸˜oes de complexos, comparac¸˜ao com dados experimentais e an´alises metodol´ogicas (protocolos) e f´ısicas (influˆencia do mecanismo de regulac¸˜ao de cargas); c) apresentac¸˜ao dos resultados do portal MOLESA.

7.1

O portal PROMETHEUS - predic¸˜ao com base nas