Potencial eletrostático

Os resíduos de aminoácidos são formados por átomos, e esses átomos podem apresentar cargas elétricas. O Blue Star Sting calcula o potencial eletrostático usando o

software DelPhi (NESHICH e ROCCHIA, 2007) através da equação de Poisson-Boltzmann (Eq. 6). ∇ ⋅ [𝜀_𝑟(𝑟)∇𝜑(𝑟)] = 1 𝜀₀[𝜌 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠𝑓𝑖𝑥𝑎𝑠_{(𝑟) −}𝜀𝑠𝑜𝑙𝑣𝑘 2_(𝑟) 4𝜋 𝜑(𝑟)] (6)

onde: 𝜖𝑟(𝑟) é a constante dielétrica relativa local, 𝜖𝑠𝑜𝑙𝑣 é a constante dielétrica do solvente, 𝜌𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠𝑓𝑖𝑥𝑎𝑠_{(𝑟) é a distribuição de carga sobre o soluto, e 𝑘}2 _{é o parâmetro de Debye,} definido pela Eq. 7:

𝑘2 ₌ 8𝜋𝑒 2_𝐶

𝜀_{𝑠𝑜𝑙𝑣}𝑘_𝐵𝑇[𝑘𝑇 𝑒⁄ ]

(7)

onde: 𝐶 é a concentração em massa do sal, 𝑘_𝐵 é a constante de Boltzmann e 𝑇 é a temperatura absoluta.

O STING_RDB armazena os valores de potencial eletrostático calculado para o carbono-α, para o último átomo pesado da cadeia lateral (LHA, do inglês “Last Heavy Atom”), para a média de todos os átomos do resíduo de aminoácido e para a superfície, criada por cada aminoácido analisado se o resíduo faz parte da superfície proteica.

3.4.2 Acessibilidade

O Blue Star Sting calcula a acessibilidade usando o programa SurfV (SRIDHARAN, NICHOLLS e HONIG, 1992). São calculados três valores: acessibilidade da cadeia isolada, em um complexo com outra cadeia, e a acessibilidade relativa. A acessibilidade relativa é calculada usando os valores apresentados na Tabela 7 (NESHICH, HIGA, et al., 2002). Neste trabalho usamos apenas a acessibilidade da cadeia isolada.

Quatro arquivos PDBs foram selecionados com um dos 20 aminoácidos presente no C-Terminal de cada um desses arquivos. Após isso, foi calculada a área acessível na superfície da estrutura deste aminoácido sozinho (do inglês “Accessible Surface Area” (ASA)).

Para cada um desses quatro PDBs selecionamos os valores de ASA máxima e mínima. A diferença entre os dois valores foi adicionada ao maior valor. Esses quatro valores são apresentados na tabela 6 (ASA_1, ASA_2, ASA_3, ASA_4). O Blue Star Sting usa os

números na última coluna (destacada em azul) como valores de ASA para cada aminoácido dentro de uma cadeia.

Residue ASA_1 ASA_2 ASA_3 ASA_4 Difference =(max-min)

%difference |%diff| Mult.fact. BLUE STAR STING ASA VALUE USED = MAX

EXP. VALUE X MULT.FACT. ALA 231,680 232,768 233,585 234,345 2,665 1,14 2 1,02 239,0 ARG 362,479 366,063 371,165 372,958 10,479 2,81 3 1,03 384,1 ASN 277,159 278,898 282,891 284,687 7,528 2,64 3 1,03 293,2 ASP 271,343 273,849 276,055 276,055 5,484 1,98 2 1,02 282,4 CYS 255,831 256,499 260,818 262,350 6,519 2,48 3 1,03 270,2 GLN 302,331 303,265 309,626 310,915 8,584 2,76 3 1,03 320,2 GLU 292,397 303,215 304,521 312,052 19,655 6,30 7 1,07 333,9 GLY 202,875 205,294 205,443 205,471 2,596 1,26 2 1,02 209,6 HIS 303,173 305,122 307,905 317,645 14,472 4,56 5 1,05 333,5 ILE 302,749 302,944 305,736 306,417 3,668 1,20 2 1,02 312,5 LEU 306,523 310,613 311,242 311,438 4,915 1,58 2 1,02 317,7 LYS 339,108 340,594 343,988 347,742 8,634 2,48 3 1,03 358,2 MET 317,302 317,461 321,639 325,357 8,055 2,48 3 1,03 335,1 PHE 325,050 327,259 340,984 342,137 17,087 4,99 5 1,05 359,2 PRO 265,778 265,784 266,094 266,453 675 0,25 1 1,01 269,1 SER 241,856 242,445 243,840 245,213 3,357 1,37 2 1,02 250,1 THR 265,434 266,091 267,756 269,504 4,070 1,51 2 1,02 274,9 TRP 363,036 368,853 385,297 387,278 24,242 6,26 7 1,07 414,4 TYR 352,526 355,254 359,056 360,794 8,268 2,29 3 1,03 371,6 VAL 276,272 278,396 279,453 280,703 4,431 1,58 2 1,02 286,3

Tabela 7. Valores da área de superfície acessível para os aminoácidos isolados usados pelo Blue Star Sting. Fonte: http://www.cbi.cnptia.embrapa.br/SMS/STINGm/help/solvent_accessible_area.html

A área acessível de cada resíduo foi calculada utilizando uma sonda esférica com raio 1,4 Å (raio da molécula de água) que percorre a superfície de Van der Waals da estrutura proteica. A superfície produzida pelo centro geométrico da sonda esférica é a superfície acessível ao solvente (Fig. 40) (LEE e RICHARDS, 1971).

Figura 39. Superfície acessível de acordo com a superfície de Van der Waals de cada molécula. Fonte: (NESHICH, HIGA, et

3.4.3 Espongicidade

A espongicidade é calculada pela soma do volume de Van der Waals de todos os átomos encontrados dentro de uma esfera, com raio igual a 3, 4, 5, 6 e 7 angstrons [Å], centrada no carbono-α ou no último átomo pesado em cadeia lateral de aminoácido, dividido pelo volume dessa esfera (Eq. 8).

𝐸𝑠𝑝𝑜𝑛𝑔𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 =∑ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑉𝑑𝑊 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒_{𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎}

(8)

3.4.4 Densidade

A densidade é calculada pela soma das massas de todos os átomos encontrados dentro de uma esfera com raio igual a 3, 4, 5, 6 e 7 angstrons [Å], centrada no carbono-α ou no último átomo pesado em cadeia lateral de aminoácido, dividido pelo volume dessa esfera (Eq. 9).

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 =∑ 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒_{𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎}

(9)

3.4.5 Space clash

Space clash é a medida do choque estérico que ocorre entre os aminoácidos. Muitas vezes, a medida para o choque estérico é um fator de sobreposição, que é calculado como a razão entre as distâncias entre os dois centros dos átomos para a soma dos seus raios de Van der Waals. Esse fator de sobreposição será menor que 1 se as duas esferas se penetram mutuamente. Isso acontece, por exemplo, em um arranjo de ligações de hidrogênio. Fatores de sobreposição com valores entre 0,8 e 0,75 são comuns nas estruturas obtidas por difração de raios X. Fatores de sobreposição igual a 0,7 seria um choque estérico relativamente menor, enquanto valores iguais ou menores que 0,65 seriam mais graves, indicando possível erro no modelo estrutural.

3.4.6 Hidrofobicidade

A hidrofobicidade é a propriedade que mede quão hidrofóbico ou hidrofílico é um aminoácido, ou seja, sua capacidade de estarem, ou não, expostos ao solvente. É uma propriedade fundamental para estabilidade das proteínas. Atribui-se a característica de

hidrofóbicos aos aminoácidos que não possuem átomos de oxigênio e nitrogênio em suas

Os aminoácidos capazes de formar ligações de hidrogênio com as moléculas de água são chamados de hidrofílicos.

O Blue Star Sting calcula a hidrofobicidade usando as escalas de Kyte DooLittle (KYTE e DOOLITTLE, 1982) e de Radzicka (RADZICKA e WOLFENDEN, 1988) conforme as equações 10 e 11 apresentadas abaixo:

𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑓𝑜𝑏𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑖= 𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑖 𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑖 × 𝑘𝑦𝑡𝑒𝐷𝑜𝑜𝐿𝑖𝑡𝑡𝑙𝑒𝑖 (10) 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑓𝑜𝑏𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑖= 𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑖 𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑖 × 𝑅𝑎𝑑𝑧𝑖𝑐𝑘𝑎𝑖 (11)

onde 𝐾𝑦𝑡𝑒𝐷𝑜𝑜𝑙𝑖𝑡𝑡𝑙𝑒𝑖 é o valor da escala Kyte DooLittle de hidrofocidade de cada resíduo (Tabela 8), 𝑅𝑎𝑑𝑧𝑖𝑐𝑘𝑎𝑖 o valor da escala Radzicka de hidrofocidade de cada resíduo (Tabela 9), 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑠𝑖 é o valor de acessibilidade do resíduo 𝑖 , e 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑠𝑀𝑎𝑥𝑖 é o valor máximo de acessibilidade para o resíduo 𝑖 (Tabela 7).

Aminoácido Polaridade da cadeia lateral

Carga da cadeia lateral pH 7,4

Constante de hidrofobicidade KyteDooLittle

(Arg) Polar Positiva -4,5

(Lys) Polar Positiva -3,9

(Asp) Polar Negativa -3,5

(Glu) Polar Negativa -3,5

(Asn) Polar Neutra -3,5

(Gln) Polar Neutra -3,5

(His) Polar Neutra / positiva -3,2

(Pro) Apolar Neutra -1,6

(Tyr) Polar Neutra -1,3

(Trp) Apolar Neutra -0,9

(Ser) Polar Neutra -0,8

(Thr) Polar Neutra -0,7

(Gly) Apolar Neutra -0,4

(Ala) Apolar Neutra 1,8

(Met) Apolar Neutra 1,9

(Cys) Apolar Neutra 2,5

(Phe) Apolar Neutra 2,8

(Leu) Apolar Neutra 3,8

(Val) Apolar Neutra 4,2

(Ile) Apolar Neutra 4,5

Aminoácido Polaridade da cadeia lateral

Carga da cadeia lateral pH 7,4

Constante de hidrofobicidade Radzicka

(Arg) Polar Positiva -14,92

(Asp) Polar Negativa -8,72

(Glu) Polar Negativa -6,81

(Asn) Polar Neutra -6,64

(Lys) Polar Positiva -5,55

(Gln) Polar Neutra -5,54

(His) Polar Neutra / positiva -4,66

(Ser) Polar Neutra -3,4

(Thr) Polar Neutra -2,57

(Tyr) Polar Neutra -0,14

(Gly) Apolar Neutra 0,94

(Cys) Apolar Neutra 1,28

(Ala) Apolar Neutra 1,81

(Trp) Apolar Neutra 2,33

(Met) Apolar Neutra 2,35

(Phe) Apolar Neutra 2,98

(Pro) Apolar Neutra 3,5

(Val) Apolar Neutra 4,04

(Ile) Apolar Neutra 4,92

(Leu) Apolar Neutra 4,92

Tabela 9. Escala de hidrofobicidade de Radzicka. Fonte: (RADZICKA e WOLFENDEN, 1988)

3.4.7 Contatos

As interações entre os aminoácidos de uma proteína são indispensáveis para manter sua estabilidade. O Blue Star Sting calcula os contatos entre os átomos dos resíduos de aminoácidos com base em suas distâncias relativas. O método usado na identificação dos contatos internos e externos a uma cadeia de aminoácidos consiste em: a) classificar os átomos em grupos, de acordo com seu comportamento eletrostático e posição na cadeia lateral e/ou principal do aminoácido; e, b) os átomos são selecionados com base no tipo de contato que eles podem fazer e nas restrições de distância definidas experimentalmente para cada tipo de contato. A Tabela 10 apresenta os 5 tipos de contato existentes no STING_RDB e suas respectivas energias (MANCINI, 2004).

Tipo de contato Energia de contato (kcal/mol)

Interações hidrofóbicas 0,6

Aromático 1,5

Ligações de hidrogênio (*) 2,6

Pontes salinas (†) 10,0

Ligações de dissulfeto 85,0

Tabela 10. Tipos de contato e suas energias de ligação. (*) Existem 9 tipos de ligações de hidrogênio: cadeia principal- cadeia principal, cadeia principal-(1 H2O)-cadeia principal, cadeia principal-(2 H2O)-cadeia principal, cadeia principal- cadeia lateral, cadeia principal-(1 H2O)-cadeia lateral, cadeia principal-(2 H2O)-cadeia lateral, cadeia lateral-cadeia lateral, cadeia lateral-(1 H2O)-cadeia lateral, cadeia lateral-(2 H2O)-cadeia lateral. (†) As pontes salinas podem ser dos tipos atrativo ou repulsivo. Fonte: http://www.cbi.cnptia.embrapa.br/SMS/STINGm/help/energy_contacts_table.html (MANCINI, 2004).