Neste projeto, propomos investigar o comportamento dinâmico de vária glicosil hidrolases e outras enzimas industrialmente importantes para produção de bioetanol de segunda geração através do uso de simulação de dinâmica molecular. Pretende-se explorar os seguintes aspectos:1.Dinâmica enzimática processiva associada a substratos solúveis e insolúveis; 2.Afinidade, interação e ligação enzima-substrato;3.Dinâmica local e global de reconhecimento e adesão de enzimas a substratos lignocelulósicos; 4.Identificação de estados ligados não-produtivos entre enzima e substrato; 5.Estudos de estabilidade enzimática sob condições industriais;6.Estudo da inibição enzimática por produtos de reação e produtos industriais;7.Efeitos de mutações sobre os temas acima citados. (AU)

O bolsista deverá aplicar técnicas modernas de simulações de DM para estudar proteínas de interesse para a conversão de biomassa celulósica em açúcares solúveis simples. O nosso interesse é o de explorar a ligação proteína-substrato em nível atomístico para compreender os mecanismos de hidrólise catalítica dos polissacarídeos. Para tal, propomos a aplicação de métodos DFT e QM/MM a polissacarídeos ancorados nos sítios ativos correspondentes das enzimas.Abordagens semelhantes poderão ser usadas para estudar reações de fosforilação e acetilação em outras proteínas, especialmente de receptores nucleares, que constituem uma importante classe de proteínas que o nosso grupo tem estudado durante quase uma década.Mapas de correlação generalizada em complexos de proteínas também são de interesse do nosso Centro de Cepid, em especial sobre NRs e outros reguladores do fator de transcrição. Recentemente, obtivemos resultados importantes relativos a mecanismos alostéricos em NRs usando correlações generalizadas e análise de conectividade para o complexo completo PPARg/RXR/DNA. Aqui propomos uma extensão natural e importante deste trabalho, investigando mapas de conectividade no complexo inovador CRISPR/Cas. (AU)

Propomos o estudo de enzimas para despolimerização de biomassa lignocelulósica por meio de técnica modernas de modelagem molecular, incluindo dinamica molecular clássica e métodos híbridos QM/MM, e outros. Pretendemos tambem estudar o comportamento de nanoestruturas de celulose nativa e funcionalizada, visando valorização de subprodutos da biomassa.

Lignocellulosic biomass, such as sugarcane bagasse, holds a promise of environmentally friendly bioenergy production in Brazil. However, enzymatic hydrolysis, currently considered a method of choice in biomass saccharification, is hampered by considerable cell-wall recalcitrance. To make this technology sustainable and cost effective, our comprehension of cellulose enzymatic hydrolysis should be significantly improved. Here we propose to conduct systematic structure-functional studies of Trichoderma cellulases and auxiliary proteins active in cell-wall degradation using a combination of X-ray protein crystallography, biophysical and biochemical studies, molecular dynamics simulations, statistical coupling analysis aligned with the site-directed mutagenesis and enzymatic assays aiming to obtain in-depth comprehension of cellulose hydrolysis. We plan to contribute toward structural analysis of Trichoderma reesei endoglucanases by solving a crystal structure of endoglucanase II (Cel5A), main enzymatically active, but structurally uncharacterized endoglucanase of this important industrial fungus. Moreover, we will contribute toward our knowledge of Trichoderma cellulases molecular organization by solving X-ray structures of main Trichoderma harzianum endo- and exoglucanases (primarily focusing on Cel7A and Cel5A) and by comparing them with the correspondent T. reesei enzymes. We also aim to structurally characterize swollenins, non-hydrolytic proteins, shown to enhance cellulose hydrolysis catalyzed by celulases, and to study thermodynamically its interactions with cellulose. In addition, we will construct chimeric enzymes by fusing of swollenin with the cellulases and will study enzymatic properties of such chimeras. Furthermore, we will conduct systematic molecular dynamics studies of the cellulases and swollenin, and investigate their flexibility by hydrogen deuterium exchange followed by massspectrometry. Finally, we will use all these acquired knowledge to modify the proteins using site-directed mutagenesis aiming to better comprehend molecular basis of their function and to produce enzymes and their mixtures with enhanced hydrolytic properties. (AU)