Modelagem matemática da proteina GLnB de Escherichia coli

Abstract

Resumo: As proteínas PII são importantes reguladoras do metabolismo de nitrogênio em uma grande variedade de microrganismos. Tanto a estrutura tridimensional quanto a presença de sítios de ligação para os efetores ATP, ADP e 2-oxoglutarato (2-OG) são altamente conservadas na família das proteínas PII. Neste trabalho, a ligação de efetores alostéricos à GlnB de Escherichia coli foi modelada, considerando pela primeira vez a ligação simultânea de ATP, ADP e 2-OG. Diferentes modelos com relação às mudanças de afinidade durante ligações subsequentes dos nucleotídeos a um mesmo trímero foram construídos e comparados. O modelo escolhido foi capaz de predizer, de maneira precisa, a ligação de efetores à GlnB. Este modelo assume que a ligação da primeira molécula de nucleotídeo à PII causa uma mudança de conformação na proteína, fazendo com que a ligação subsequente de nucleotídeos à PII seja dificultada, além de assumir que ATP e ADP podem se ligar a diferentes subunidades do mesmo trímero. O modelo também incorpora a hipótese de que o 2-OG só pode se ligar à PII depois da ligação de ATP. Em proteobactérias, as proteínas PII também podem sofrer uridililação através da ação da UTase, que é regulada pela concentração de glutamina. Para medir a uridililação de PII e estudar como isto afeta os estados de PII no que diz respeito à combinação de efetores ligados a ela, foi utilizada uma constante de pseudo-equilíbrio, KU, que correlaciona o balanço entres os processos de uridililação e desuridililação de PII e a concentração de glutamina. Através do KU, foi possível predizer a influência exercida pela glutamina nos estados de GlnB. Além disso, já foi sugerido que as PII podem agir como sensores não só da concentração de 2-OG, mas também da razão ATP/ADP. As simulações indicam que as PII podem, de fato, agir como sensores de 2-OG e da razão ATP/ADP e que o modelo pode ser usado para investigar os efeitos de concentrações fisiológicas de ATP, ADP, 2-OG e glutamina nas concentrações dos estados de GlnB que interagem com ATase e NtrB. Em suma, o modelo pode ser usado para simular como esta parte do metabolismo reage de acordo com variações das condições celulares e, portanto, poderá ser usado como uma ferramenta para estudos futuros relativos aos estados de PII e sua interação com proteínas alvo.