PREDIÇÃO ESTRUTURAL DA PROTEÍNA CHAPERONE
PROTEIN DNAJ DE Vibrio natriegens POR HOMOLOGIA
MOLECULAR.
F.B.S. de SOUZA1; B.A.S. de SOUZA1; N.A.N. de ALENCAR2; C.N. ALVES2 D.do S.B. BRASIL1
1Universidade Federal do Pará, Laboratório de Informática
2Universidade Federal do Pará, Laboratório de Planejamento e Desenvolvimento de
Fármacos
E-mail: davibb@ufpa.br
A bactéria Vibrio natriegens é moderadamente alofílica, o que implica no seu desenvolvimento em ambientes salinos, tais como ambientes marinhos, costeiros e estuarinos, além de sedimentos. O microorganismo ainda é reconhecido como um dos organismos que apresentam a maior taxa de duplicação conhecida atualmente, sendo documentado um tempo de 9,8 minutos, o significado prático disso é uma taxa extremamente elevada na síntese de proteínas. Os derivados de petróleo, entre eles os plásticos tornaram-se parte integrante da vida contemporânea, por causa de suas muitas propriedades desejáveis, incluindo a durabilidade e a resistência à degradação. Recentemente, as questões relacionadas ao ambiente global e gestão de resíduos sólidos criaram muito interesse no desenvolvimento de plásticos biodegradáveis, tais como poli-beta-hidroxibutirato (PHB). O PHB é um biopoliester que pode ser acumulado como fonte de energia intracelular de carbono por várias estirpes (cepas) bacterianas em condições de falta de nutrientes. O polímero produzido pelas bactérias V. natriegens tem propriedades semelhantes ao PHB comercial, o que torna interessante a investigação do uso de fontes de carbono ou de baixo custo para o uso industrial visando a redução dos custos de produção de PHB. 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 Wang et al. (2013) 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 cochaperone DNAJ com 38%.
1. INTRODUÇÃO
A bactéria marinha Vibrio natriegens habita na superfície das águas e é exposta a uma diversidade de substâncias mutantes exógenas, isto é, poluentes ambientais, tais como as águas residuais de produtos industriais, agrícolas e fontes domésticas (OHE et al., 2004), a maioria das espécies são de vida livre e localizam-se na superfície de plânctons, outros vivem em simbiose com peixes teleósteos e lulas ou são patogênicas em peixes, crustáceos e moluscos, algumas espécies simbióticas são bioluminescentes, outras são capazes de fixar nitrogênio (HASTING, 1978; RUBY & NEALSON, 1978; RUBY et al.,1980; BAUMAN & LEE, 1984; ORTIGOSA et al., 1989; URDACI et al., 1988), é moderadamente alofílica, o que implica no seu desenvolvimento em ambientes salinos (SAWABE et al, 2007), tais como ambientes marinhos, costeiros e estuarinos, além de sedimentos (DORSCH et al, 1992). Os membros da espécie natriegens, são em geral, heterótrofos orgânicos, ou seja, exibem a capacidade de utilizar uma grande variedade de substratos orgânicos oriundos do carbono como fonte de energia (BAUMANN et al, 1971).
O microorganismo ainda é reconhecido como um dos organismos que apresentam a maior taxa de duplicação conhecida atualmente, sendo documentado um tempo de 9,8 minutos, o significado prático disso é uma taxa extremamente elevada na síntese de proteínas (EAGON et al, 1962).
A versatilidade nutricional, o rápido tempo de duplicação e o fato desta bactéria não ser patogênica para seres humanos são características que sugerem que a melhor compreensão de V. natriegens pode se tornar valiosa para a genética, por causa da biossíntese de moléculas de interesse biológico (DIGREGÓRIO, 2013).
Os derivados de petróleo, entre eles os plásticos tornaram-se parte integrante da vida contemporânea, por causa de suas muitas propriedades desejáveis, incluindo a durabilidade e a resistência à degradação. Recentemente, as questões relacionadas ao ambiente global e gestão de resíduos sólidos criaram muito interesse no desenvolvimento de plásticos biodegradáveis, tais como poli-beta-hidroxibutirato (PHB) (ANDERSON & DAWES, 1990).
O PHB é um biopoliester que pode ser acumulado como fonte de energia intracelular de carbono por várias estirpes (cepas) bacterianas em condições de falta de nutrientes, tais como azoto, fósforo, enxofre ou oxigênio (REDDY et al, 2003).
A bactéria V.natriegens quando comparada com as espécies conhecidas de bactérias apresenta o menor tempo de geração e é capaz de acumular PHB (CHIEN et al, 2007). Porém, o custo de produção de PHB é alto o que limita a sua aplicação industrial (REDDY et al, 2003). Matérias-primas fermentáveis baratas, tais como o glicerol, um abundante subproduto da industria do biodiesel, emergiram como promissoras fontes de carbono para fermentações industriais (CHOI et al, 1999).
O polímero produzido pelas bactérias V. natriegens tem propriedades semelhantes ao PHB comercial, o que torna interessante a investigação do uso de fontes de carbono ou de baixo custo para o uso industrial visando a redução dos custos de produção de PHB (PHOL-IN et al, 2012).
As proteínas Chaperone possuem 70kDa de massa atômica, são essenciais para a sobrevivência ao estresse ambiental incluindo o choque térmico (MAYER et al., 2001; CONNOLY & GROSS, 1999). Para evitar o enovelamento e agregação das demais proteínas, as proteínas Chaperone interagem transitoriamente com segmentos hidrofóbicos de proteínas emergentes e desnaturadas em um ciclo dirigido por ATP (MCCARTY et al.,1995; THEYSSEN et al., 1996). Recentemente, verificou-se uma gama de temperaturas fisiologicamente relevantes (GRIMSHAW et al., 2001; GROEMPING & REINSTEIN, 2001; GELINAS, 2002) e não foram observadas transições conformacionais para esta faixa de temperatura (GRIMSHAW et al., 2001). Este trabalho visa realizar a predição estrutural da proteína Proteína Chaperone protein DnaJ presente na espécie Vibrio natriegens, o que poderá contribuir no avanço da compreensão da função desta proteína na fisiologia da presente espécie.
2.
PREDIÇÃO ESTRUTURAL DA PROTEÍNA CHAPERONE
PROTEIN DNAJ DE Vibrio natriegens
A homologia de Chaperone protein DNAJ da bactéria Vibrio natriegens 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 Wang et al. (2013) 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 Chaperone protein DNAJ da bactéria Vibrio natriegens no servidor UNIPROT.
>tr|S6LNB0|S6LNB0_VIBNA Chaperone protein DnaJ OS=Vibrio natriegens NBRC 15636 = ATCC 14048 = DSM 759 GN=dnaJ PE=3 SV=1
MSKRDFYEVLGVSRDASERDIKKAYKRLAMKFHPDRNQGDDSAADKFKEVK EAYEILTDPQKKAAYDQYGHAAFEQGGGFGGGGFGGGGADFGDIFGDVFGDIF GGGRRGGGGGHRAQRGADLRYNMELTLEEAVRGVTKEIEVPTLVHCDTCDGS GAKKGTSAETCGTCHGHGQVQMRQGFFAVQQTCPTCHGKGKIIKDPCNECHG QGRKQKTKTLNVKIPAGVDTGDRIRLSGEGEAGEMGAPAGDLYVQVHVKDHH IFERDGNNLYCEVPVSFAMAALGGEVEVPTLDGRVSLKVPSETQTGRMFRMRG KGVKGVRGGGIGDLIVKLVVETPVNLSSRQKELLKEFEESCGGEAAT KHKPKSEGFFNGVKKFFDDLTS
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 cochaperone DNAJ com 38% de identidade conforme a Figura 2.
Figura 2. PDB 4J80.
No servidor SWISS MODEL realizou-se a construção de modelos similares ao alvo Chaperone protein DnaJ a partir do alinhamento entre o target e o template, obteve-se o obteve-seguinte modelo proposto pelo obteve-servidor, conforme a Figura 3.
Figura 3. Modelo proposto para Chaperone protein DNAJ de Vibrio natriegens.
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 91,1% dos resíduos previstos dentro da região favorável. Esse resultado está apresentado na Figura 4. Esta é uma análise estatística dos número de aminoácidos em cada região e permissões, exceto para resíduos de prolina e glicina (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 Chaperone protein DNAJ.
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.
O RMSD para a proteína Chaperone DNAJ não é aplicável, pois o template contempla apenas metade do molde, porém este é um trabalho preliminar e as pesquisas continuarão para determinar melhores valores para o RMSD.
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 -606,14
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 Chaperone DNAJ será possível realizar estudos de ancoragem e dinâmica molecular permitindo o estudo das interações moleculares presentes nesta proteína e com outras substâncias.
5. REFERÊNCIAS
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