2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.11 Plataformas para análise das estruturas proteicas
Existem vários softwares para visualização e análise das estruturas proteicas. Por exemplo: SwissModel, Visual Molecular Dynamics (VMD), Jmol, Geneious Pro, PyMOL, RasMol, UCSF Chimera e Blue Star Sting.
2.11.1 SwissModel
O SwissModel15 é um serviço integrado, disponível na Web, que auxilia e orienta o usuário na modelagem por homologia de proteínas com diferentes níveis de complexidade. Ele foi desenvolvido de modo a permitir que vários projetos sejam executados em paralelo. O usuário pode acessar bancos de dados de estruturas de proteínas a partir do SwissModel, usar ferramentas para seleção, construção e avaliação da qualidade do modelo (ARNOLD, BORDOLI, et al., 2006).
2.11.2 Visual Molecular Dynamics (VMD)
O VMD16 foi desenvolvido para mostrar e analisar estruturas moleculares, em especial proteínas e ácidos nucleicos (HUMPHREY, DALKE e SCHULTEN, 1996). O VMD pode mostrar várias estruturas proteicas simultaneamente, e também permite ao usuário visualizar a dinâmica molecular das proteínas. O software foi desenvolvido na linguagem de programação C++ e é mantido pelo NIH Center for Macromolecular Modelling and Bioinformatics of University of Illinois at Urbana-Champaign. Ele está disponível para download e instalação no computador do usuário para os sistemas operacionais Linux, MacOS, Solaris e Windows.
2.11.3 Jmol
Jmol17 é um software desenvolvido na linguagem de programação Java, usado para visualização de estruturas moleculares, que permite a interação do usuário via web. O início do seu desenvolvimento foi em 1999, como substituto do programa XMol Rasmol, que era um visualizador de moléculas desenvolvido pelo Minnesota Supercomputer Center (HERRÁE, 2006).
2.11.4 Geneious Pro
O Geneious Pro18 foi desenvolvido para a organização e análise de dados biológicos, em especial das sequencias moleculares. Ele integra vários algoritmos de análise 15http://swissmodel.expasy.org/ 16 http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ 17http://jmol.sourceforge.net/ 18http://www.geneious.com/
de dados biológicos. Por exemplo, o usuário pode executar o BLAST (ALTSCHUL, GISH, et
al., 1990) para buscar uma sequência em um repositório online, pode alinhar sequências ou
traduzir sequências de DNA em sequências proteicas. Todas essas funcionalidades estão integradas de forma consistente em um único ambiente (KEARSE, MOIR, et al., 2012). 2.11.5 PyMOL
PyMol19 é um pacote de softwares desenvolvido para a customização de imagens tridimensionais de biomoléculas, com mais de 600 configurações possíveis e 20 tipos de representações. Ele pode interpretar mais de 30 formatos diferentes de arquivos, desde o formato PDB até o formato multi-SDF para mapas de densidade eletrônica. Com o PyMOL também é possível criar animações do movimento molecular (The PyMOL Molecular Graphics System, Version 1.5.0.4 Schrödinger, LLC).
2.11.6 RasMol
RasMol20 é um programa simples, desenvolvido para visualização de estruturas moleculares. O usuário pode visualizar a estrutura descrita em um arquivo PDB e extrair desse arquivo as seguintes informações: nome e classificação da estrutura, número de cadeias, grupos, átomos e ligações de hidrogênio. É possível medir os ângulos e distâncias entre os átomos. Usando um console, o usuário pode criar seus próprios scripts para, por exemplo, selecionar um conjunto de resíduos de aminoácidos, visualiza-los em diferentes modos e cores. Ele está disponível para download nas versões Windows, Linux e MacOS (SAYLE e MILNER-WHITE, 1995).
2.11.7 UCSF Chimera
O software UCSF Chimera21 (ou simplesmente Chimera) é segmentado em um núcleo que fornece serviços básicos de visualização de estruturas moleculares, e possui extensões que fornecem funcionalidades de nível superior. O Chimera oferece as seguintes extenções: Multiscale, que adiciona ao software a capacidade de visualização de grandes moléculas; Collaboratory, que permite aos usuários compartilhar uma sessão do Chimera, mesmo estando em locais separados uns dos outros; Multalign Viewer, que mostram múltiplas sequências alinhadas e suas respectivas estruturas; ViewDock, usado para “screening docked”; Movie, para visualização da trajetória em dinâmica molecular; e Volume
19
http://www.pymol.org/ 20http://rasmol.org/
Viewer, para a visualização e análise de dados volumétricos. Chimera está disponível para Windows, Linux, MacOS, SGI Irix e Unix (PETTERSEN, GODDARD, et al., 2004).
2.11.8 Blue Star Sting
O Grupo de Pesquisa em Biologia Computacional (GPBC) da Embrapa Informática Agropecuária desenvolveu um conjuntos de dados, ferramentas e técnicas para a análise das estruturas proteicas. Por exemplo, com o intuito de estudar o nano-ambiente proteico foi desenvolvido pesquisas sobre hot spot, interfaces entre proteínas (DE MORAES, 2014), caracterização do sítio catalítico, e este trabalho sobre EES.
O Sequence To and withIN Graphics (STING)22 é um conjunto de programas para análise do relacionamento entre a sequência, estrutura, função e estabilidade das proteínas. Seu acesso é livre para qualquer usuário via web. Mantido pelo GPBC, atualmente o STING encontra-se na versão Blue Star Sting. (NESHICH, KUSER, et al., 2006) Entre as funcionalidades do Blue Star Sting, destaca-se a visualização das estruturas primária e terciária e/ou quaternária simultaneamente, onde relacionamos os resíduos de aminoácidos da sequência com sua posição espacial, buscar padrões na sequência de aminoácidos, visualizar graficamente através de um degrade de cores as características físico-químicas, estruturais e da sequência de uma estrutura.
Um dos módulos do Blue Star Sting é o Multiple Structure Single Parameter 2D Plot (MSSP)23 (SALIM, 2016). Ele oferece um método para a análise de mutantes ou qualquer conjunto de proteínas estruturalmente similares. O usuário fornece os códigos do PDB que deseja estudar, escolhe quais cadeias serão analisadas e o software faz o alinhamento estrutural. Os dados contidos no STING_RDB são mostrados em um gráfico, onde as diferenças e similaridades entre as estruturas ficam claras.
Para ilustrar o uso do MSSP, vamos comparar duas estruturas proteicas: PDB 1SPD cadeia A e 1N19 cadeia A (estrutura mutada, mas também contendo substituições de seus dois resíduos livres de cisteína: C6A e C111S). Na Fig. 27 observamos que a estrutura mutada tem uma diminuição dramática de EP@Surf em diferentes posições, no entanto, distante do local da alanina mutada (posição número 4). Uma inspecção mais minuciosa dos resíduos de aminoácidos que sofreram uma grande modificação no valor dos seus respectivos
22http://www.cbi.cnptia.embrapa.br
potenciais eletrostáticos revela que estão envolvidos e/ou muito próximos dos átomos de ligação ao metal (Fig. 28).
Figura 27. MSSP mostrando potencial eletrostático calculado na superfície do resíduo de aminoácido mais próximo para 1SPD.pdb (tipo selvagem, em vermelho) e 1N19.pdb (estrutura mutada, em azul).
Figura 28. Alinhamento estrutural de 1SPD_A e 1N19_A com ênfase nas posições Cu (superior esquerda) e Zn (inferior direita).
Das plataformas para análise das estruturas proteicas apresentadas acima, o Blue Star Sting destaca-se como a mais completa. Além de oferecer a observação da estrutura tridimensional das estruturas depositadas no PDB, também permite ao usuário observar os modelos estruturais por ele criados. Ele pode calcular alguns dos parâmetros físico-químicos e estruturais oferecidos pelo Blue Star Sting para o modelo e analisa-lo usando o MSSP. Existe uma completa interação entre os módulos do Blue Star Sting, sendo que, a partir de qualquer um deles, é possível interagir com o Jmol integrado à plataforma.