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http://hdl.handle.net/1843/SMRA-BBTQR7| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Estudos das propriedades de inosina em DNA através do modelo Peyrard-Bishop e análise dos parâmetros termodinâmicos utilizados na predição de estruturas secundárias de RNA |
| Authors: | Rodolfo Vieira Maximiano |
| First Advisor: | Gerald Weber |
| First Referee: | Simone Silva Alexandre |
| Second Referee: | Elso Drigo Filho |
| Third Referee: | Carlos Basilio Pinheiro |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Marcio Santos Rocha |
| Abstract: | Nesta tese apresentaremos diferentes estudos sobre as propriedades de ácidos nucleicos, tanto em termos estruturais, quanto em sua composição. Após uma breve introdução nos conceitos de ácido desoxirribonucleico (deoxyribonucleic acid, DNA), ácido ribonucléico (ribonucleic acid, RNA), e sobre o nucleotídeo da inosina, apresentamos os trabalhos realizados. Em nosso primeiro trabalho fazemos a análise termodinâmica das propriedades físicas dos pareamentos da inosina com diferentes tipos de base que ocorrem no DNA. Usando dados experimentais fomos capazes de determinar os parâmetros físicos do modelo Peyrard-Bishop (PB) que descrevem as configurações das ligações de hidrogênio da inosina com cada base do DNA, e os que descrevem as interações de empilhamento quando o pareamento que contém inosina está adjacente a outros pares do tipo Watson-Crick ao longo da fita. Nossos resultados indicam que duas ligações de hidrogênio são formadas em todos pareamentos de inosina, o que também é uma indicação verificada em estudos de dinâmica molecular envolvendo a hipoxantina ¿ a nucleobase da inosina. Além disso, pudemos encontrar que as interações de empilhamento da inosina com diferentes tipos de pares adjacentes são comparáveis aos dos pares canônicos entre si, com a exceção da adjacência da inosina-guanina, que aparentemente distorce a dupla hélice de DNA de tal forma que torna o empilhamento muito forte ou muito fraco dependendo de qual base irá se acoplar à ele. O segundo trabalho apresentado é um estudo sobre a estabilidade de sequências de RNA através da análise da estrutura secundária das mesmas, e análise da influência da incerteza experimental das medidas dos parâmetros termodinâmicos usados no modelo de próximos vizinhos (nearest-neighbour model, NN) na qualidade da predição de softwares de uso comum para a determinação estruturas secundárias de sequências de RNA. Usando engenharia reversa fomos capazes de utilizar dados de NMR e difração de raio X para determinar o melhor conjunto de parâmetros que otimizam a predição de estruturas. Encontramos que para sequências longas até 800 nucleotídios o uso dos softwares de predição não garante uma predição realista. Milhares de estruturas variantes foram encontradas, que também são igualmente válidas nos limites do erro experimental dos parâmetros de próximos vizinhos usados como argumentos em tais programas, mas que diferem enormemente da estrutura medida experimentalmente. Portanto, esperamos que nossa investigação possa atrair a atenção para os limites apropriados de utilização dos softwares de predição de estrutura secundária. |
| Abstract: | In this thesis we present different studies on the properties of nucleic acids regarding both structure and their composition. After an brief overview on deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), and the inosine nucleotide, given in the introduction, we start to present our results. In the first part we have the thermodynamic analysis of the physical properties of inosine pairing occurring when present in DNA. Using experimental data we were able to determine the Peyrard-Bishop parameters that describe its hydrogen bonding configurations with each type of DNA base, and the stacking interactions between inosine mismatches and regular neighbour Watson-Crick pairs. Our findings indicate two hydrogen bonds in all situations, which was also indicated in molecular dynamics studies of oligomers of hypoxantine¿the inosine nucleobase. In addition, we found that the stacking interactions between inosine mismatches are comparable with canonical interactions, with the exception of IG bases which seem to distort the DNA double helix to cause either a very strong or very weak coupling. The second work we present is a study on the stability of RNA sequences through analysis of their secondary structures, and the analysis of the influence of experimental deviation uncertainty of nearest-neighbour model parameters measurements on the prediction quality of common softwares used for secondary structure determination of RNA sequences. Using reverse engineering we were able to use secondary structure data from NMR and X-ray crystallography to determine the best set of parameters to optimize secondary structure prediction. We have found that for longer sequences, up to 800 nucleotides, the software does not guarantee a realistic prediction. We found thousands of structural variations are equally valid within the experimental thermodynamic parameters used as arguments in for these software packages. Yet most of these structures differ from the experimentally determined structures. Therefore, we hope that our study may draw the attention to the proper limits for the use of these secondary structure software packages. |
| Subject: | Biofísica DNA Modelo Peyrard-Bishop Acido ribonucleico |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/SMRA-BBTQR7 |
| Issue Date: | 6-Feb-2018 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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