Tese de Doutorado

A produção em escala industrial de biomoléculas é um dos grandes desafios da engenharia química nos últimos anos. A obtenção de proteínas, cadeias de DNA ou RNA e outras biomoléculas, em grande escala, abriu possibilidades de exploração em diversos campos científicos e tecnológicos. Não obstante, os desafios e problemas ainda existem e necessitam da investigação teórica e prática para serem superados, sendo um dos principais o processo de purificação destas moléculas ou a chamada cadeia de downstream. No presente trabalho estudou-se de forma computacional, por meio de simulações de dinâmica molecular guiada e seguida por amostragem guarda-chuva, a interação entre proteínas e aptâmeros utilizando, em particular, dois complexos formados com lisozima: os complexos 4M6D e 4M4O. Simulações computacionais foram realizados em cinco forças iônicas (de 0,1 $%&/( a 0,5 $%&/(, com incrementos de 0,1 mol/L). Os resultados, tanto da força aplicada na simulação guiada como do potencial de força média, mostraram que a estabilidade dos dois complexos é muito semelhante. A força aplicada apresenta um pico em uma distância de aproximadamente 4 a 6 ,$ entre proteína e aptâmero, decaindo até 8 ,$; o valor da força máxima decai com o aumento da força iônica. O comportamento do potencial de força média também dependente da força iônica e é compatível com o modelo de Stern, mostrando que as interações eletrostáticas são predominantes nessa formação dos complexos estudados, embora interações hidrofóbicas também aparentem desempenhar um papel relevante.

The industrial production of biomolecules has become a significant challenge for chemical engineering in recent years. Producing proteins, DNA, RNA, and other biomolecules on an industrial scale has opened many possibilities for exploring various scientific and practical fields. However, the challenges and problems persist, necessitating both theoretical and practical investigation to overcome them. One of the main challenges is the purification process of these molecules, known as the downstream chain. In this study, we computationally investigated the interaction between proteins and aptamers using guided molecular dynamics simulations followed by umbrella sampling. Specifically, we focused on two complexes formed with lysozyme: the 4M6D and 4M4O complexes. Simulations were conducted at five ionic strengths (ranging from 0.1 $%&/( to 0.5 $%&/(, in increments of 0.1 $%&/(). The results both from the force applied in the steered simulation and the potential of mean force indicated that the stability of the two complexes is very similar. The applied force peaks at a distance of approximately 4 to 6 ,$ between the protein and aptamer, decreasing up to a distance of 8 ,$. The value of maximum force decreases as ionic strength increases. The behavior of the potential of mean force also depends on the ionic strength and is consistent with Stern's model, suggesting that electrostatic interactions predominantly influence the formation of the studied complexes, although hydrophobic interactions also play a significant role.