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Type: Dissertação
Title: Análise estrutural e evolutiva de famílias de hemoproteinas de plantas
Title in English: Structural and evolutionary analysis of plant hemoprotein families
Authors: Nascimento, Jochuan Israel Bezerra do
Advisor: Alves, Murilo Siqueira
Keywords in Brazilian Portuguese : Bioinformática;Biologia estrutural;Dinâmica molecular;Catalase;Heme;Hemoproteínas;Arabidopsis thaliana;Oryza Sativa
Keywords in English : Bioinformatics heme;Structural biology;Molecular dynamics;Catalase;Heme
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
Issue Date: 2025
Citation: NASCIMENTO, Jochuan Israel Bezerra do. Análise estrutural e evolutiva de famílias de hemoproteinas de plantas. 2025. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Abstract in Brazilian Portuguese: Hemoproteínas desempenham papéis fundamentais em diversos processos celulares de plantas, incluindo a transferência de elétrons, o metabolismo do oxigênio e as respostas ao estresse. Este trabalho reúne duas abordagens de bioinformática estrutural voltadas ao estudo dessas proteínas em diferentes espécies vegetais. No primeiro capítulo, o foco recai sobre a catalase, enzima-chave na decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) nos peroxissomos, especialmente relevante por sua interação funcional com a glicolato oxidase (GOX) em Oryza sativa. Foram modeladas catalases dessa espécie e de representantes da família Fabaceae, com o intuito de fornecer uma base estrutural para estudos futuros. Os modelos preditos foram comparados a estruturas experimentais do Protein Data Bank (PDB) e avaliados por simulações de dinâmica molecular, demonstrando elevada qualidade estrutural, estabilidade e alta conservação em relação às catalases conhecidas. Esses modelos podem servir como referência para análises estruturais comparativas, engenharia de proteínas e desenvolvimento de plantas mais tolerantes ao estresse por meio de mutagênese dirigida. O segundo capítulo apresenta uma análise sistemática de hemoproteínas em Arabidopsis thaliana, com foco em aspectos estruturais e evolutivos. Foram analisadas 390 sequências em busca de motivos conservados, sendo 366 utilizadas para a construção de uma árvore filogenética. Estruturas preditas com o AlphaFold2 foram submetidas a simulações de dinâmica molecular e analisadas com a ferramenta RING para identificação de interações não covalentes com o grupo heme. Os resultados revelaram grande divergência evolutiva entre as hemoproteínas e a ausência de um único motivo ou padrão de ligação ao heme comum a todas as sequências. No entanto, padrões conservados foram identificados entre proteínas de domínios específicos, destacando-se cinco motivos recorrentes nas classes das peroxidases e citocromos P450, que representam a maioria das hemoproteínas encontradas. Esses achados podem auxiliar na anotação funcional de proteínas ainda não caracterizadas, na identificação de novos alvos para engenharia metabólica e no aprimoramento de ferramentas de predição funcional em genomas vegetais.
Abstract: Heme proteins play fundamental roles in various cellular processes in plants, including electron transfer, oxygen metabolism, and stress responses. This work brings together two structural bioinformatics approaches focused on the study of these proteins in different plant species. The first chapter centers on catalase, a key enzyme in the decomposition of hydrogen peroxide (H2O2) in peroxisomes, particularly relevant due to its functional interaction with glycolate oxidase (GOX) in Oryza sativa. Catalases from this species and from representatives of the Fabaceae family were modeled to provide a structural basis for future studies. The predicted models were compared to experimental structures available in the Protein Data Bank (PDB) and evaluated through molecular dynamics simulations, demonstrating high structural quality, stability, and strong conservation with known catalases. These models may serve as references for comparative structural analyses, protein engineering, and the development of stress-tolerant plants through targeted mutagenesis. The second chapter presents a systematic analysis of heme proteins in Arabidopsis thaliana, focusing on structural and evolutionary aspects. A total of 390 sequences were analyzed for conserved motifs, with 366 used to construct a phylogenetic tree. Predicted structures obtained using AlphaFold2 were subjected to molecular dynamics simulations and analyzed with the RING tool to identify non-covalent interactions with the heme group. The results revealed a high evolutionary divergence among the heme proteins and the absence of a single common heme-binding motif across all sequences. However, conserved patterns were identified among proteins belonging to specific domain families, with five recurrent motifs observed in the classes of peroxidases and cytochrome P450s, which account for the majority of the identified heme proteins. These findings may assist in the functional annotation of uncharacterized proteins, the identification of new targets for metabolic engineering, and the improvement of functional prediction tools for plant genomes.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80993
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5214314419796185
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8216921216597311
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DBBM - Dissertações defendidas na UFC

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