Monte Carlo applications for creation of new ensembles and thermodynamic analysis of the biomolecular interaction

As interações moleculares, em especial as de caráter não-covalente, são processos-chave em vários aspectos da biologia celular e molecular, desde a comunicação entre as células ou da velocidade e especificidade das reações enzimáticas. Portanto, há a necessidade de estudar e criar métodos preditivos para calcular a afinidade entre moléculas nos processos de interação, os quais encontram uma gama de aplicações, incluindo a descoberta de novos fármacos. No geral, entre esses valores de afinidade, o mais importante é a energia livre de ligação, que normalmente é determinada por modos computacionalmente rápidos, porém sem uma forte base teórica, ou por cálculos muito complexos, utilizando dinâmica molecular, onde mesmo com um grande poder de determinação da afinidade, é muito custoso computacionalmente. O objetivo deste trabalho é avaliar um modelo menos custoso computacionalmente e que promova um aprofundamento na avaliação de resultados obtidos a partir de simulações de docking molecular. Para esta finalidade, o método de Monte Carlo é empregado para a amostragem de orientações e conformações do ligante do sítio ativo macromolecular. A avaliação desta metodologia demonstrou que é possível calcular grandezas entrópicas e entálpicas e analisar a capacidade interativa entre complexos proteína-ligante de forma satisfatória para o complexo lisozima do bacteriófago T4.The molecular interactions, especially the ones with a non-covalent nature, are key processes in general aspects of cellular and molecular biology, including cellular communication and velocity and specificity of enzymatic reactions. So, there is a strong need for studies and development of methods for the calculation of the affinity on interaction processes, since these have a wide range of applications like rational drug design. The free energy of binding is the most important measure among the affinity measurements. It can be calculated by quick computational means, but lacking on strong theoretical basis or by complex calculations using molecular dynamics, where one can compute accurate results but at the price of an increased computer power. The aim of this project is to evaluate a computationally inexpensive model which can improve the results from molecular docking simulations. For this end, the Monte Carlo method is implemented to sample different ligand configurations inside the macromolecular binding site. The evaluation of this methodology showed that is possible to calculate entropy and enthalpy, along analyzing the interactive capacity between receptor-ligands complexes in a satisfactory way for the bacteriophage T4