Avaliação da manutenção da estrutura secundária da melitina e candida antarctica lipase B em sistemas contendo líquidos iônicos através de dinâmica molecular

Abstract

Tem sido crescente o uso de líquidos iônicos (LIs) em aplicações envolvendo biomoléculas como DNA, enzimas, proteínas, fosfolipídios e carboidratos. Entre os motivos para tanto, pode-se citar: solubilidade e estabilidade de biomoléculas aumentadas, quando em LIs; fácil recuperação de substrato, produto e LI após biotransformações e biocatálises realizadas nestes solventes; promoção de re-enovelamento e cristalização de proteínas; imobilização de biomoléculas (quando desejável) em LIs altamente viscosos. Mais especificamente, com o interesse por aplicações biotecnológicas envolvendo proteínas e LIs, numerosos estudos têm emergido com foco em aspectos relacionados `a estrutura e atividade de proteínas e enzimas em soluções contendo esta classe de solventes. Neste trabalho, foram estudadas, por meio de simulações de Dinâmica Molecular (DM) all atom, a melitina (um polipeptídeo) e a Candida antarctica lipase B (CALB, uma enzima) em sistemas contendo LIs baseados no cátion 1-alquil-3-metilimidazólio, com a finalidade de verificar a hipótese que esta classe de solventes melhore a preservação estrutural das proteínas estudadas. A melitina, sendo um polipeptídeo relativamente simples e amplamente estudada (tanto experimental, quanto computacionalmente), é um modelo ideal para a análise da solvatação de proteínas em sistemas com LIs. A CALB é uma enzima com potencial em aplicação de biocatálise, em especial na produção, em conjunto com LIs, de biodiesel, oferecendo vantagens operacionais sobre métodos mais tradicionais. Com a finalidade de avaliar os efeitos de LIs sobre as estruturas secundárias da melitina e da CALB, foram utilizados parâmetros como mobilidade, empacotamento, flexibilidade e quantificação de elementos de estrutura secundária dos solutos. Dentre os principais resultados, cita-se a maior estabilidade estrutural e manutenção do empacotamento inicial da melitina em sistemas contendo LIs; no caso da CALB, que também foi estudada em mais de uma temperatura, a 380,15 K o LI [c16mim][PF6] se sobressaiu pela sua maior preservação estrutural da enzima, ainda que a resultante flexibilidade reduzida em resíduos específicos da lipase possa comprometer sua função catalítica.

The use of Ionic Liquids (ILs) in applications involving biomolecules such as DNA, enzymes, proteins, phospholipids, and carbohydrates has been increasing. Among the reasons for this, one can mention: increased solubility and stability of biomolecules when in ILs; easy recovery of substrate, product, and IL after biotransformations and biocatalysis carried out in these solvents; promotion of refolding and crystallization of proteins; immobilization of biomolecules (when needed) in highly viscous ILs. More specifically, with the interest in biotechnological applications involving proteins and ILs, numerous studies have emerged focusing on aspects related to the structure and activity of proteins and enzymes in solutions containing this class of solvents. In this work, melittin (a polypeptide) and Candida antarctica lipase B (CALB, an enzyme) were studied through all atom Molecular Dynamics (MD) simulations in systems containing ILs based on the 1- alkyl-3-methylimidazolium cation, with the aim of verifying the hypothesis that this class of solvents improves the structural preservation of the studied proteins. Melittin, being a relatively simple polypeptide and widely studied (both experimentally and computationally), is an ideal model for the analysis of protein solvation in systems with ILs. CALB is an enzyme with potential for biocatalysis applications, especially in the production, in conjunction with ILs, of biodiesel, offering operational advantages over more traditional methods. In order to evaluate the effects of ILs on the secondary structures of melittin and CALB, parameters such as mobility, packing, flexibility, and quantification of secondary structure elements of the solutes were used. Among the main results, it is worth mentioning the greater structural stability and maintenance of the initial packing of melittin in systems containing ILs; in the case of CALB, which was also studied at more than one temperature, at 380,15 K the IL [c16mim][PF6] stood out for its greater structural preservation of the enzyme, although the resulting reduced flexibility in specific residues of the lipase may compromise its catalytic function.