Na busca constante pela compreensão do comportamento molecular de proteínas com modificações oxidativas, a química computacional tornou-se um pilar fundamental no amplo campo da pesquisa científica. Isso se baseia no uso de modelos teóricos capazes de interpretar fenômenos físicos em sistemas eletrônicos, usando equações matemáticas para descrever o comportamento atômico das moléculas. Dentro desse cenário, as simulações computacionais de proteínas se destacam como ferramentas cruciais para analisar o comportamento atômico de sistemas moleculares. Com base na avaliação do comportamento estrutural, cálculos energéticos e estados conformacionais1, esses métodos tornam-se aliados estratégicos para prever o comportamento de sistemas biomoleculares.
Essas simulações são especializadas em estudar mudanças estruturais e avaliar a perda ou ganho de funções biológicas em sistemas de proteínas. No entanto, abordagens computacionais têm mostrado limitações significativas quando aplicadas a sistemas proteicos contendo resíduos modificados formados por modificações pós-traducionais covalentes na sequência. Isso ocorre porque muitos métodos disponíveis carecem de recursos com parâmetros adaptáveis a campos de força compatíveis com os pacotes mais comuns de programas para simulações de dinâmica molecular de proteínas 2,3,4,5,6. Portanto, a padronização de parâmetros adaptativos de campo de força compatíveis com software computacional é essencial para facilitar o acoplamento preciso de topologias e coordenadas atômicas com a equação que rege a energia potencial do sistema7.
Em resposta a esses desafios, um protocolo adaptável a novos resíduos de aminoácidos modificados com aldeídos derivados da peroxidação lipídica foi desenvolvido usando métodos ab initio . Nesse sentido, a otimização da geometria estrutural dos novos resíduos permite a atribuição de cargas adaptativas a novos parâmetros de ligação, ângulo e diedro que podem ser executados em campos de força gerais, como AMBER. A validação subsequente desses parâmetros permite determinar a consistência e robustez do método aplicável a simulações de dinâmica molecular.
Um dos pontos fortes notáveis deste método reside em sua capacidade de se adaptar a diversas modificações pós-traducionais, desde carbonilação até fosforilação, acetilação e metilação, entre outras. Essa versatilidade não se limita apenas aos sistemas de proteínas, mas se estende às estruturas macromoleculares, permitindo o acoplamento com topologias e coordenadas atômicas. Em contraste, estudos anteriores revelam que a parametrização padrão de modificações pós-traducionais é adequada apenas para um tipo específico de modificação e só pode ser obtida a partir de repositórios publicados, sem a capacidade de criar novas estruturas8.
Atualmente, os desafios na previsão e design da estrutura de proteínas estão se tornando mais evidentes ao modelar estruturas com modificações pós-traducionais. A escassez de parâmetros que descrevem alterações em locais específicos de aminoácidos sublinha a necessidade urgente de desenvolver e aplicar métodos computacionais que possam ser ajustados às parametrizações padrão. O objetivo deste protocolo é fornecer uma rota para a construção in silico de novos parâmetros para aminoácidos modificados covalentemente com espécies carbonilas reativas derivadas da oxidação de ácidos graxos. Esses aminoácidos modificados são reconhecidos pelo campo de força âmbar geral (GAFF) e podem, portanto, ser usados para avaliar in silico os efeitos estruturais e funcionais que esse tipo de carbonilação tem sobre suas proteínas-alvo.