Resumo: Interações proteicas desempenham funções vitais em processos biológicos. Para a execução dessas interações, cadeias proteicas se dobram orquestradamente de modo a criar sítios de ligação, que estão alocados em cavidades. Ao interagir com outras moléculas para formar complexos supramoleculares, as proteínas utilizam cavidades que não são facilmente identificáveis na forma não-ligada ou formam novas cavidades. A importância do seu estudo reside na compreensão, desenvolvimento e melhoramento de moléculas responsivas a complexos supramoleculares específicos. Nosso grupo de pesquisa do LNBio/CNPEM desenvolveu o programa KVFinder para a identificação de uma variedade de cavidades proteicas usando um sistema de dupla sonda. Entretanto, esta caracterização é somente topológica, calculando área, volume e forma das cavidades. Sabendo que as propriedades físico-químicas, espaciais e constitucionais são importantes para a determinação das funções e interações, é necessário mapear essas propriedades nas cavidades desses complexos. Desta forma, este trabalho introduz uma nova versão do programa KVFinder, parKVFinder, que manipula a escala de complexidade envolvida em complexos supramoleculares bioquimicamente e computacionalmente. Assim, a questão computacional foi abordada pela refatoração e paralelização das rotinas no parKVFinder, e a questão bioquímica, pelo desenvolvimento e aprimoramento de descritores moleculares mapeados sobre tais cavidades, abrangendo propriedades espaciais, constitucionais e físico-químicas. A caracterização espacial inclui volume, área, forma e profundidade das cavidades; a caracterização constitucional inclui os resíduos que formam as cavidades e suas características; e a caracterização físico-química inclui as escalas de hidrofobicidade e o potencial eletrostático mapeados nas cavidades. Por fim, o parKVFinder melhorou o desempenho de execução e a utilização dos recursos computacionais quando comparado ao KVFinder. A prova de conceito do parKVFinder foi realizada em uma proteína quinase A, apresentando uma descrição das propriedades das cavidades, que auxilia na compreensão das interações realizadas pela proteína Ver menos

Abstract: Protein interactions play vital roles in biological processes. For the execution of these interactions, protein chains fold orchestrally in order to create binding sites, which are allocated in cavities. By interacting with other molecules to form supramolecular complexes, the proteins use cavities that are not easily identifiable in unbound form or create new cavities. The importance of its study lies in the understanding, development and improvement of molecules responsive to specific supramolecular complexes. Our LNBio/CNPEM research group has developed the KVFinder software for the identification of a variety of protein cavities using a dual probe system. However, this characterization is only topological, calculating area, volume and shape of the cavities. Knowing that the physicochemical, spatial and constitutional properties are important for the determination of functions and interactions, it is necessary to describe these properties in the cavities of these complexes. In this way, this work introduces a new version of the KVFinder program, parKVFinder, which manipulates the scale of complexity involved in supramolecular complexes biochemically and computationally. Thus, the computational question was addressed by the refactoring and parallelization of the routines in parKVFinder, and the biochemical issue, by the development and improvement of molecular descriptors mapped on such cavities, covering spatial, constitutional and physicochemical properties. Spatial characterization includes volume, area, shape and depth of cavities; constitutional characterization includes the residues that form the cavities and their characteristics; and the physicochemical characterization includes hydrophobicity scales and the electrostatic potential mapped in the cavities. Finally, parKVFinder improved execution performance and utilization of computational resources when compared to KVFinder. The proof of concept of parKVFinder was performed on a protein kinase A, presenting a description of the cavities properties, which helps in understanding the interactions performed by the protein Ver menos