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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/35494
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Title: Enterramentos atômicos como possíveis intermediários informacionais no código do enovelamento proteico
Other Titles: Atomic burials as possible informational intermediates in the protein folding code
Authors: Ferreira, Diogo César
Orientador(es):: Araújo, Antônio Francisco Pereira de
Assunto:: Enovelamento proteico
Enterramentos atômicos
Dinâmica molecular
Monte Carlo, Método de
Issue Date: 27-Sep-2019
Citation: FERREIRA, Diogo César. Enterramentos atômicos como possíveis intermediários informacionais no código do enovelamento proteico. 2019. xi, 72 f., il. Tese (Doutorado em Biologia Molecular)—Universidade de Brasília, Brasília, 2019.
Abstract: O código do enovelamento, ou seja, as regras através das quais a estrutura tridimensional de uma proteína está codificada em sua sequência de aminoácidos, permanece uma das grandes questões ainda não resolvidas no problema do enovelamento proteico. Neste trabalho buscamos contribuir para a compreensão do código do enovelamento partindo da hipótese de que os enterramentos atômicos, definidos como a distância dos átomos até o centro geométrico da estrutura, são o fator preponderante na codificação da estrutura terciária na sequência primária de uma proteína. Na primeira parte deste trabalho, através de simulações de dinâmica molecular particularmente desenvolvidas para o estudo dos enterramentos atômicos, caracterizamos um conjunto de proteínas em termos da resolução mínima necessária para a descrição de suas conformações nativas através de potenciais derivados de enterramentos atômicos discretizados em camadas equiprováveis. Obtivemos um valor de 3 a 4 camadas de enterramento necessária para a descrição de algumas cadeias pequenas (de até 66 resíduos) e 4 a 5 camadas para cadeias médias (113 e 104 resíduos). Estes resultados mostram também que esta divisão em camadas equiprováveis (mesmo número de átomos por camada) implica que o número de camadas requeridas na descrição da estrutura terciária de uma proteína cresce com o seu tamanho. Estimamos também a redundância da informação estrutural presente nas sequências de enterramentos divididos desta forma, através da capacidade das estruturas de enovelarem e se manterem estáveis ao fornecermos potenciais de enterramento errados. Estimamos uma redundância de 75% a 80% para as proteínas analisadas, o que deve ser uma medida também da proporção da informação estrutural que precisa ser efetivamente codificada na sequência na forma de enterramentos atômicos. Na segunda parte do trabalho propomos uma nova representação de enterramentos atômicos baseada em tecnologias de codificação de sinais amplamente utilizadas na indústria, a qual chamamos de representação diferencial dos enterramentos atômicos. Aqui utilizamos ao invés de camadas as diferenças de enterramento entre átomos ou resíduos adjacentes na cadeia, o que permite uma maior resolução nos sinais de enterramento, com o uso de apenas 2 ou 3 símbolos no alfabeto da representação. Mostramos que é possível realizar predições estruturais utilizando a representação diferencial e apresentamos também um método de otimização por Monte Carlo dos sinais obtidos que permite combinar as diferentes representações de enterramento apresentadas neste trabalho.
Abstract: The protein folding code, that is, the rules through which the three-dimensional structure of a protein is encoded in its amino acid sequence, remains one of the largely unanswered questions in the protein folding problem. In the present work we seek to contribute to the understanding of the folding code, from the hypothesis that atomic burials, defined as the distance between atoms and the structural geometric center, are the ruling factor in encoding a protein’s tertiary structure in its primary sequence. In the first part of this work, through a molecular dynamics methodology particularly developed for studying atomic burials, we characterize a set of proteins in terms of the minimal required resolution to describe their native conformations with folding potentials obtained from atomic burials represented as equiprobable layers of burials. We have found the value of 3 to 4 layers of burials required for the description of the smaller protein chains (up to 66 residues) and 4 to 5 layers for the medium sized chains (113 and 104 residues). These results also show that such equiprobable layer (same number of atoms per layer) representation implies that the amount of layers required to describe the tertiary structure of a protein chain increases with its size. We also estimate the structural information redundancy present in the burial sequences divided in this way, by evaluating the structure’s ability to fold and to remain folded as we provide increasing fractions of incorrect burial potentials. We estimate the redundancy to be 75% to 80% for the evaluated proteins, which should also be a measurement of the proportion of structural information which must be effectively encoded in the primary sequence in the form of atomic burials. In the second part of this work we propose a new representation scheme for atomic burials, based on signal encoding technologies widely used in telecommunications industry, which we call the differential atomic burial representation. Here, instead of layers, we use burial differences between adjacent atoms or residues in a chain, which allows for a greater resolution in the recovered burial signals while only requiring 2 or 3 symbols in the representation’s alphabet. We show that it is possible to make structural predictions from sequence using the differential atomic burial representation and we also present a Monte Carlo optimization method for the obtained signals, which allows us to combine the various burial representation schemes available in this work.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2019.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Appears in Collections:CEL - Doutorado em Biologia Molecular (Teses)

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