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Tipo: Dissertação
Título: Estudo in silico da atividade catalítica da lipase de Fusarium oxysporum f. sp. tracheiphilum na bioconversão do diterpeno annonalida e seus derivados acilados
Título em inglês: In silico study of the catalytic activity of lipase from Fusarium oxysporum f. sp. tracheiphilum in the bioconversion of diterpene annonalide and its acylated derivatives
Autor(es): Negreiro, Jonatas Martins
Orientador: Oliveira, Maria da Conceição Ferreira de
Coorientador: Zanatta, Geancarlo
Palavras-chave: Annonalida;Furasium oxysporum;Lipase;Ancoramento molecular
Data do documento: 2021
Citação: NEGREIRO, Jonatas Martins. Estudo in silico da atividade catalítica da lipase de Fusarium oxysporum f. sp. tracheiphilum na bioconversão do diterpeno annonalida e seus derivados acilados. 2021. 84 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumo: Estudos previamente realizados no nosso grupo de pesquisa revelaram o potencial enzimático do fungo filamentoso Fusarium oxysporum f. sp. tracheiphilum (cepa UFCM 0089) na biotransformação do produto natural annonalida (1), isolado das raízes da planta Casimirella ampla e dos seus derivados semissintéticos O-acilados (4-7) na cadeia lateral. A formação dos produtos e suas proporções, bem como a atividade enzimática do fungo, mostraram-se dependentes da presença do grupo acila na molécula, bem como do tamanho da cadeia lipofílica. Em todos os casos, a enzima lipase do fungo teve um papel importante na formação dos produtos. Assim, este trabalho envolveu o estudo in silico da atividade catalítica da lipase do fungo F. oxysporum na bioconversão de 1 e seus derivados O-acilados (4-7) para auxiliar no entendimento dos resultados experimentais obtidos. Utilizando-se a sequência primária da lipase do fungo F. oxysporum e as coordenadas cristalográficas da lipase de Thermomyces lanuginosus (PDB ID: 1EIN), foram utilizadas técnicas de modelagem molecular por homologia para obter-se a estrutura tridimensional da lipase de F. oxysporum. Após a obtenção de um modelo foi feita uma simulação de minimização enérgica em caixa d’agua, a fim de melhorar os contatos e geometrias da estrutura modelada. A conformação final modelada foi empregada nas etapas de ancoramento molecular, juntamente com as moléculas (substratos) a serem investigadas. Dentre os resultados obtidos, foi possível caracterizar o modo de interação enzima-substrato, selecionando-se as poses que seguiram os critérios do NAC. Por fim, os complexos (enzima-substrato) selecionados passaram pelo processo de acoplamento induzido, o qual permitiu o ajuste complementar entre as conformações da enzima e dos substratos, mimetizando o processo observado in vitro. Os resultados teóricos corroboraram os experimentais, evidenciando que o aumento da cadeia carbônica do grupo acila na cadeia lateral dos substratos investigados (1, 4-7) aumenta a atividade da lipase do fungo F. oxysporum. Inicialmente, as simulações de ancoramento molecular permitiram identificar as conformações mais susceptíveis ao ataque da serina catalítica da enzima ao carbono 19 do anel lactona da annonalida (1) e ao carbono 21 da cadeia lateral dos derivados O-acilados (4-7). Em seguida, as simulações de acoplamento induzido confirmaram a estabilidade de algumas das conformações obtidas no docking molecular, revelando as conformações Lig1_conf1, Lig5_conf1, Lig6_conf1 e Lig7_conf1 como sendo as mais estáveis. A conformação Lig4_conf1 mostrou baixa estabilidade comparada às dos demais substratos. Os cálculos de MM-PBSA permitiram estimar a afinidade dos complexos biomoleculares e mostraram que o aumento da cadeia acila lateral do substrato aumentava a atividade da lipase. Todos estes resultados corroboraram os experimentais de biotransformação dos substratos por células em crescimento do fungo.
Abstract: Previous studies carried out in our research group revealed the enzymatic potential of the filamentous fungus Fusarium oxysporum f. sp. tracheiphilum (strain UFCM 0089) in the biotransformation of the natural product annonalide (1), isolated from the roots of the plant species Casimirella ampla, and its O-acyl semi-synthetic derivatives (4-7) in the side chain. The formation of the products and their proportions, as well as the enzymatic activity of the fungus, were dependent on the presence of the acyl group in the molecule, besides the size of the lipophilic chain. In all cases, fungal lipase activity played an important role on the product formation. Thus, the in silico study on the activity of lipase from the fungus F. oxysporum in the bioconversion of 1 and its O-acylated derivatives (4-7) was carried out to help the understanding of the experimental results. Using the primary sequence of the lipase from the fungus F. oxysporum and the crystallographic coordinates of the lipase from Thermomyces lanuginosus (PDB ID: 1EIN), molecular homology modeling techniques were used to obtain the three-dimensional structure of the lipase from F. oxysporum. After obtaining a model, a simulation of energy minimization in a water tank was performed, in order to improve the contacts and geometries of the modeled structure. The final modeled conformation was used in the molecular anchoring steps, together with the molecules (substrates) to be investigated. Among the obtained results, it was possible to characterize the enzyme-substrate interaction mode, selecting the poses that followed the NAC criteria. Finally, the selected complexes (enzyme-substrate) went through the induced coupling process, which allowed the complementary adjustment between the enzyme and substrate conformations, mimicking the process observed in vitro. The theoretical results corroborate the experimental ones, showing that the increase in the carbon chain of the acyl group in the side chain of the investigated substrates (1, 4-7) increases the lipase activity of the fungus F. oxysporum. Initially, the molecular anchoring simulations allowed us to identify the conformations most susceptible to the attack of the enzyme's catalytic serine on carbon 19 of the lactone ring of annonalide (1) and carbon 21 of the side chain of the O-acylated derivatives (4-7). Then, the induced coupling simulations confirmed the stability of some of the conformations obtained in the molecular docking, revealing the Lig1_conf1, Lig5_conf1, Lig6_conf1 and Lig7_conf1 conformations as being the most stable. The Lig4_conf1 conformation showed low stability compared to the other substrates. The MM-PBSA calculations allowed to estimate the affinity of the biomolecular complexes and showed that the increase in the acyl side chain of the substrate increased the lipase activity. All these results corroborated the experimental biotransformation of substrates by growing cells of the fungus.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/63753
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