PREDIÇÃO ESTRUTURAL DE SULFITE REDUCTASE [NADPH]
HEMOPROTEIN BETA- COMPONENT DE Nitrosomonas eutropha
C91
B.A.S. de SOUZA1; F.B.S. de SOUZA1; N.A.N. de ALENCAR2; C.N. ALVES 2 e D.do S.B. BRASIL1
1
Universidade Federal do Pará, Laboratório de Informática
2Universidade Federal do Pará, Laboratório de Planejamento e Desenvolvimento de
Fármacos
E-mail: davibb@ufpa.br
Diversas classes de nitrossomonas podem oxidar anaerobicamente o amôniaco usando NO2 que esta em equilíbrio químico com N2O4 como um
oxidante, reduzindo simultaneamente o nitrito de N2O e N2, porém N.
eutropha N904 é capaz de realizar esta oxidação de forma mais notável. Além
de N. eutropha N904 realizar a oxidação de amônia, pode também crescer anaerobicamente por desnitrificação em culturas contínuas em piruvato, H2 e
nitrito, a única cultura sem amoníaco no metabolismo de suporte do crescimento demonstrado até agora para bactérias oxidante de amônia. A proteína Sulfite Reductase [NADPH] Hemoprotein Beta- Component participa do complexo de sulfito redutase que catalisa a redução de seis elétrons de sulfito em sulfureto. Esta é uma das várias atividades necessárias para a biossíntese de L-cisteína a partir de sulfato. A L-cisteína pe um aminoácido importante para saúde dos cabelos, unhas e da queratina da pele. Auxilia na formação de colágeno, promovendo assim a textura do cabelo, a elasticidade da pele e unhas saudáveis. Fabricada pelo método de redução eletrolítica, utilizando a cisteína como material de partida, têm-se a L-cisteína anidra precursora da co-enzima A, condroifina, taurina e glutationa um dos mais poderosos antioxidantes do organismo. A homologia da proteína foi realizada utilizando o servidor SWISS MODEL através do qual pôde-se propor a estrutura da proteína-alvo (target) partindo de sua sequência primária obtida por STEIN et al. (2007) e de estruturas homólogas tridimensionais. O segundo passo foi determinar os moldes (templates) que estivessem diretamente relacionados ao alvo através de uma maior identidade e similaridade entre eles, esse alinhamento foi realizado no servidor PDB (Protein Data Bank), obteve-se como melhor molde a proteína sulfite redutase hemoprotein com 48%.
1. INTRODUÇÃO
As nitrossomonas são um dos cinco gêneros de bactérias amoníaco oxidantes e estas espécies possuem formato de bastonete, cujas células são elipsoidais com membranas intracitoplasmáticas alongadas, dispostas como vesículas achatadas no citoplasma periférico (WINOGRADSKY, 1982; WATSON, 1974). Estes microorganismos são quimiolitotróficos e obtém energia para o seu crescimento através da oxidação aeróbica ou anaeróbica da amônia. Os principais produtos na presença de gás oxigênio são N2 e NO e na ausência deste o nitrito (REES & NASON, 1966; SCHMIDT & BOOK, 1997).
Diversas classes de nitrossomonas podem oxidar anaerobicamente o amôniaco usando NO2 que esta em equilíbrio químico com N2O4 como um oxidante, reduzindo
simultaneamente o nitrito de N2O e N2, porém N. eutropha N904 é capaz de realizar esta
oxidação de forma mais notável (SCHMIDT & BOCK, 1997).
Além de N. eutropha N904 realizar a oxidação de amônia, pode também crescer anaerobicamente por desnitrificação em culturas contínuas em piruvato, H2 e nitrito, a
única cultura sem amoníaco no metabolismo de suporte do crescimento demonstrado até agora para bactérias oxidante de amônia (BOCK, 1995; SCHMIDT et al., 2004).
A proteína Sulfite Reductase [NADPH] Hemoprotein Beta- Component participa do complexo de sulfito redutase que catalisa a redução de seis elétrons de sulfito em sulfureto. Esta é uma das várias atividades necessárias para a biossíntese de L-cisteína a partir de sulfato (STEIN et al., 2007).
A cisteína é sintetizada a partir de sulfureto de hidrogênio como fonte do elemento de S e de O-acetil-serina como precursor de carbono. Em bactérias prototróficas, fungos ou plantas sulfureto de hidrogênio é formado por sulfito redutase.
A L-cisteína é um aminoácido importante para saúde dos cabelos, unhas e da queratina da pele. Auxilia na formação de colágeno, promovendo assim a textura do cabelo, a elasticidade da pele e unhas saudáveis. Fabricada pelo método de redução eletrolítica, utilizando a L-cisteína como material de partida, têm-se a L-cisteína anidra precursora da co-enzima A, condroifina, taurina e glutationa um dos mais poderosos antioxidantes do organismo (VIA FARMA, 2012).
Este trabalho visa realizar a predição estrutural da proteína sulfite reductase [NADPH] hemoprotein beta- component presente na espécie Nitrosomonas eutropha C91, o que poderá contribuir no avanço da compreensão da função desta proteína na fisiologia da presente espécie.
2.
PREDIÇÃO ESTRUTURAL DE SULFITE REDUCTASE [NADPH]
HEMOPROTEIN BETA- COMPONENT DE Nitrosomonas eutropha
C91
A homologia de Sulfite Reductase [NADPH] Hemoprotein Beta- Component de N. eutropha N904 foi realizada utilizando o servidor SWISS MODEL através do qual pôde-se propor a estrutura da proteína-alvo (target) partindo de sua sequência primária obtida por STEIN et al. (2007) e de estruturas homólogas tridimensionais.
No servidor UNIPROT realizou-se a pesquisa de uma sequência de proteína sem PDB, obtendo-se a seguinte sequência conforme mostra a Figura 1.
Figura 1- Sequência de peptídeos obtida para Sulfite Reductase [NADPH] Hemoprotein Beta- Component de N. eutropha N904 no servidor UNIPROT.
>sp|Q0AGU3|CYSI_NITEC Sulfite reductase [NADPH] hemoprotein beta-component OS=Nitrosomonas eutropha (strain C91) GN=cysI PE=3 SV=1
MADTLPPTDRSCDISQPLERLSPDEALKAGSEYLRGTIALGLLDRITSAVPGDDIKLMKFHGIYQQ DDRDVRDERRRQKLEPAFQFMIRVRLPGGICTTERWLKISELACAHGNETLRMTTRQTFQFHWV LKHNIVPVIRGLHEVLLDTVAACGDDSRGVMATVNPQFPALQAELAALAKTVSDHVIPKTRGYH EIWYGEERIASSEPEEPFYGRTYMPRKFKIGFVIPPNNDIDIYAQDLGYIAIAGKDGKIAGFNIAIGG GMGRTDKVPHTYPRTASVIGFITPDRLISVTEAVMGVQRDYGNRADRSRARFKYTIDDKGLDWI KLAIEDRAGLLEPARPYHFTSNADIYGWVESDDGYHHFTLFVENGRLNRDTLDKIARIAHVHKG HFRLTPNQNLMIANVATADKPKIDALLVGSGLIAFNEHSVLRLNSMACVAFPTCGLAMADSERY LPTLITKIEGILTRYNLQDEPITLRMTGCPNGCSRPFIAEIGLTGRAPGKYNLYLGGGFHGQRLNRL YRENIGEAAILEALDEVLRHYATERLPDEHFGDFTIRAGIIREVTEGRFSND
O segundo passo foi determinar os moldes (templates) que estivessem diretamente relacionados ao alvo através de uma maior identidade e similaridade entre eles, esse alinhamento foi realizado no servidor PDB (Protein Data Bank), obteve-se como melhor molde a proteína sulfite redutase hemoprotein com 48% de identidade conforme a Figura 2.
Figura 2. PDB 4G39.
No servidor SWISS MODEL realizou-se a construção de modelos similares ao alvo Sulfite Reductase [NADPH] Hemoprotein Beta- Component a partir do alinhamento entre o target e o template, obteve-se o seguinte modelo proposto pelo servidor, conforme a Figura 3.
Figura 3. Modelo proposto.
3.
VALIDAÇÃO
A avaliação estereoquímica do modelo foi feita através do gráfico de Ramachandran (RAMACHANDRAN; RAMAKRISHNAN; SASISEKHARAN, 1963). O número de resíduos localizados em regiões com ângulos favoráveis, dados em porcentagem, para o modelo foi considerado satisfatório, o modelo gerado do domínio catalítico apresentou 89,9% dos resíduos previstos dentro da região favorável. Esse
(triângulo), pois estes devido a suas flexibilidades apresentam permissões diferente em relação aos demais.
Figura 4 - Gráfico de RAMACHANDRAN obtido através do servidor SWISS-MODEL para validar o modelo 3D de Sulfite Reductase [NADPH] Hemoprotein Beta- Component.
O gráfico de ANOLEA é usado para avaliar a qualidade do modelo, mostra a energia de interação de cada resíduo de uma cadeia de proteína podendo determinar assim zonas com elevada energia, geralmente relacionadas a erros estereoquímicos e choques ou interações indevidas. O gráfico de ANOLEA está em processo de validação.
Valor de RMSD calculado para o modelo foi de 0,125 Å. Esse resultado demonstra que o desvio médio na construção do modelo foi satisfatório, principalmente por ser uma proteína que apresenta muitas regiões de alça, sendo assim, a estrutura tridimensional proposta satisfaz as condições exigidas durante a evolução, considerando a estabilidade da estrutura das proteínas (ARNOLD et al., 2006).
O DFIRE analisa as interações atômicas, provendo pseudo-energias para os modelos as quais indicam a sua qualidade. Este valor para a presente proteína foi de -639,88.
4.
CONCLUSÃO
O presente modelo encontra-se em processo final de validação para posteriormente ser depositado no banco de dados PDB (Protein Data Bank).
Através da elaboração do modelo tridimensional da proteína Sulfite Reductase
[NADPH] Hemoprotein Beta- Component será possível realizar estudos de ancoragem e
dinâmica molecular permitindo o estudo das interações moleculares presentes nesta proteína e com outras substâncias.
5.
REFERÊNCIAS
ARNOLD, K., L. BORDOLI, J. KOPP, T. SCHWEDE "The SWISS-MODEL workspace: a web-based environment for protein structure homology modelling." Bioinformatics 22(2): 195-201. 2006.
BOCK, E. Nitrogen loss caused by denitrifying Nitrosomonas cells using ammonium or hydrogen as electron donors and nitrite as electron acceptor. Arch Microbiol 163: 16–20 (1995).
RAMACHANDRAN, G. N., C. RAMAKRISHNAN, V. SASISEKHARAN "Stereochemistry of polypeptide chain configurations." J Mol Biol 7: 95-99. 1963. REES, M. & NASON, A. (1966). Incorporation of atmospheric oxygen into nitrite formed during ammonia oxidation by Nitrosomonas europaea. Biochim Biophys Acta 113, 398-401.
SCHMIDT, I., AND BOCK, E. Anaerobic ammonia oxidation with nitrogen dioxide by Nitrosomonas eutropha.Arch Microbiol 167: 106–111 (1997).
SCHMIDT, I., VAN SPANNING, R.J.M., AND JETTEN, M.S.M. Denitrification and ammonia oxidation by Nitrosomonas europaea wild-type, and NirK- and NorB-deficient mutants.Microbiology 150: 4107–4114 (2004).
STEIN L.Y., ARP D.J., BERUBE P.M., CHAIN P.S., HAUSER L., JETTEN M.S., KLOTZ M.G., LARIMER F.W., NORTON J.M., OP DEN CAMP H.J.M., SHIN M., WEI X. Whole-genome analysis of the ammonia-oxidizing bacterium, Nitrosomonas eutropha C91: implications for niche adaptation.Environ. Microbiol. 9:2993-3007(2007).
In: Via Farma. Literatura técnica. L-cisteína anidra. Disponível em : <
http://www.viafarmanet.com.br/site/downloads/literatura/L-CISTEINA_ANIDRA.pdf
>. Acesso em 18 de maio de 2015.
WATSON, S. W. (1974). Family I. Nitrobacteraceae Buchanan. In Manual oj Determinatitte Bacteriology, 8th edn, pp. 450-456. Edited by R. E. Buchanan & N. E. Gibbons. Baltimore: Williams & Wilkins.
WINOGRADSKY, S. (1982). Contributions a la morphologie des organismes de la nitrification. Archives des Sciences Biologiques (St Petersbourg) 1, 86- 1 37.
