Resumo: Estruturas proteicas e seus mecanismos de enovelamento são dependentes do ambiente molecular. Proteínas podem adotar conformações distintas – ativas, inativas ou com diferentes funcionalidades – em função da temperatura, pressão ou características do solvente no qual estão inseridas. Embora as proteínas desempenhem suas funções em meios predominantemente aquosos, mesmo no ambiente celular, há uma variedade de espécies, como cossolventes e íons, que influenciam sua estrutura e função. Além disso, alguns cossolventes são usados in vitro para estabilizar proteínas e melhorar sua função em aplicações biotecnológicas. Os cossolventes estão presentes em organismos vivos e em diversas formulações, mas o mecanismo pelo qual afetam a estabilidade de proteínas, seja na sua forma nativa ou nas conformações não nativas, muitas vezes não é claro. Nesta tese, abordamos sobre o enovelamento de proteínas, e como diferentes solventes afetam sua termodinâmica. No Capítulo 3, investigamos o enovelamento do peptídeo (AAQAA)3 em água e em soluções de 2,2,2-Trifluoroetanol (TFE), com o objetivo de elucidar os mecanismos estabilizadores do TFE. Utilizamos simulações de Dinâmica Molecular com troca de réplicas para melhorar a amostragem do peptídeo. No Capítulo 4, analisamos como o enovelamento do domínio B da proteína A (BdpA) está associado à formação de sua estrutura secundária e às estruturas de hidratação. Neste caso, utilizamos simulações computacionais com os modelos baseados na estrutura (SBMs, Structure-Based Models). Nossos resultados permitiram agrupar as estruturas parcialmente enoveladas da BdpA, possibilitando a compreensão dos efeitos de osmólitos na estabilidade relativa dos conjuntos de estruturas de enovelamento, que são abordados com detalhes no Capítulo 5. Neste Capítulo, discutimos como os osmólitos ureia e TMAO atuam no mecanismo de estabilização dos diferentes conjuntos de enovelamento do domínio SH3 e da proteína BdpA, que são proteínas com motivos estruturais distintos e modelos para estudos de enovelamento. Os efeitos do solvente foram abordados a partir das funções de distribuição de mínima-distância (MDDFs, Minimum-distance distribution functions) e da teoria de soluções de Kirkwood-Buff. Finalmente, no Capítulo 6 abordamos aspectos sobre o mecanismo de enovelamento da proteína MAD2 (Mitotic spindle assembly checkpoint protein). A MAD2 é uma proteína que se enovela de forma reversível em dois estados nativos distintos: o inativo e o ativo. O modelo desenvolvido neste trabalho captura a transição entre esses dois estados Ver menos

Abstract: Protein structures and their folding mechanisms are dependent on the molecular environment. Proteins can adopt distinct conformations – active, inactive, or with different functionalities – depending on temperature, pressure, or the characteristics of the solvent in which they are immersed. Although proteins perform their functions primarily in aqueous environments, even within the cellular milieu, various species, such as cosolvents and ions, influence their structure and function. Additionally, some cosolvents are used in vitro to stabilize proteins and enhance their function in biotechnological applications. Cosolvents are present in living organisms and various formulations, but the mechanism by which they affect protein stability - whether in the native state or non-native conformations - is often unclear. This thesis explores protein folding and how different solvents affect its thermodynamics. In Chapter 3, we investigate the folding of the (AAQAA)3 peptide in water and 2,2,2-Trifluoroethanol (TFE) solutions to elucidate TFE's stabilizing mechanisms. We employ Replica Exchange Molecular Dynamics simulations to enhance peptide sampling. In Chapter 4, we analyze how the folding of the B domain of protein A (BdpA) is associated with its secondary structure formation and hydration structures. In this case, we use simulations with Structure-Based Models (SBMs). Our results allowed us to group partially folded BdpA structures, enabling an understanding of the effects of osmolytes on the relative stability of folding ensembles, which are discussed in detail in Chapter 5. Chapter 5 examines how the osmolytes urea and TMAO contribute to the stabilization mechanisms of different folding ensembles of the SH3 domain and BdpA, proteins with distinct structural motifs widely adopted as models for folding studies. Solvent effects are analyzed using Minimum-Distance Distribution Functions (MDDFs) and Kirkwood-Buff theory. Finally, in Chapter 6, we address aspects of the folding mechanism of the MAD2 protein (Mitotic Spindle Assembly Checkpoint Protein). MAD2 undergoes reversible folding into two distinct native states: inactive and active. The model developed in this work captures the transition between these two states Ver menos