FOLDIT: Ensinando os Princípios de Alinhamento Estrutural de Proteínas por meio de um Jogo

Autores

  • Renato Massaharu Hassunuma Universidade Paulista - UNIP, Câmpus Bauru
  • Wilson Massashiro Yonezawa Departamento de Computação, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" – UNESP, Faculdade de Ciências - Câmpus Bauru http://orcid.org/0000-0003-0607-9787

DOI:

https://doi.org/10.53003/redequim.v9i1.5260

Palavras-chave:

Jogos Educacionais, Dobramento de Proteínas, Alinhamento de Sequência

Resumo

O alinhamento estrutural de uma proteína permite estimar seu enovelamento e, consequentemente, sua estrutura tridimensional, utilizando uma proteína nativa cuja sequência de aminoácidos e conformação tridimensional sejam conhecidas. A determinação da estrutura de uma proteína é essencial para compreender a sua função. Por meio do alinhamento estrutural e da comparação da sequência primária das proteínas, é possível analisar sua homologia e mudanças no processo evolutivo de diferentes organismos. O objetivo principal deste estudo é demonstrar a utilização dos quebra-cabeças do modo educacional do Foldit® na forma de ferramenta de ensino de alinhamento estrutural de proteínas. Foram resolvidos, traduzidos e analisados os 39 quebra-cabeças do modo educacional do jogo Foldit®, sendo selecionados os desafios melhor associados ao alinhamento estrutural. Foram selecionados dois quebra-cabeças do nível 7, intitulados “posicionamento básico” e “alinhando sequências”, os quais foram propostos na qualidade de estratégia pedagógica no ensino de alinhamento estrutural. Os desafios selecionados são uma interessante ferramenta no ensino de alinhamento estrutural de proteínas, uma vez que ocorrem em um ambiente de jogo. Esse fato também facilita a compreensão do aluno, uma vez que a pontuação do jogo serve de feedback para que o aluno acompanhe seu desempenho durante a realização do alinhamento da proteína problema. Vale ressaltar ainda que, devido ao fato do Foldit® ser um jogo, o aluno pode repetir a atividade quantas vezes desejar e os quebra-cabeças também podem ser utilizados como atividade para que o aluno possa exercitar e fixar os conhecimentos apresentados no jogo.

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Biografia do Autor

Renato Massaharu Hassunuma, Universidade Paulista - UNIP, Câmpus Bauru

Professor Titular do Curso de Biomedicina da Universidade Paulista - UNIP, Câmpus Bauru. Pesquisador de Pós-Doutorado do Departamento de Computação, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" – UNESP, Faculdade de Ciências - Câmpus Bauru.

Wilson Massashiro Yonezawa, Departamento de Computação, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" – UNESP, Faculdade de Ciências - Câmpus Bauru

Professor Assistente do Departamento de Computação da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP, Faculdade de Ciências, Câmpus Bauru

Referências

Campbell, Mary K., & Farrell, Shawn O. (2011). Bioquímica: volume 1, bioquímica básica (1a ed., cap. 4, pp. 87-121). São Paulo: Cengage Learning.

Cavalcanti, Eduardo L. D., & Soares, Márlon H. F. B. (2009). O uso de jogos de roles (roleplaying game) como estratégia de discussão e avaliação do conhecimento químico. Revista Electrônica de Enseñanza de las Ciencias, 48(1), 255-82. Recuperado em 27 novembro, 2022 de http://reec.uvigo.es/volumenes/volumen8/ART14_Vol8_N1.pdf.

Cheng, Hua, Kim, Bong-Hyun, & Grishin, Nick V. (2008). Discrimination between distant homologs and structural analogs: lessons from manually constructed, reliable data sets. Journal of Molecular Biology, 377(4), 1265-78. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4494761/.

Cleophas, Maria. G., Cavalcanti, Eduardo L. D., & Soares, Márlon H. F. B. (2018). Afinal de contas, é jogo educativo, didático ou pedagógico no Ensino de Química/Ciências? Colocando os pingos nos “is”. In: Cleophas, Maria G., & Soares, Márlon H. F. B. (Orgs.). Didatização Lúdica no Ensino de Química/Ciências. (1ª ed., p. 33-43). São Paulo: Livraria da Física.

Dror, Oranit, Benyamini, Hadar, Nussinov, Ruth, & Wolfson, Haim J. (2003, November). Multiple structural alignment by secondary structures: algorithm and applications. Protein Science, 12(11), 2492-507. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2366961/.

Dsilva, Lorna, Mittal, Shubhi, Koepnick, Brian, Flatten, Jeff, Cooper, Seth, & Horowitz, Scott. (2019, March). Creating custom Foldit puzzles for teaching biochemistry. Biochemistry and Molecular Biology Education, 47(2), 133-9. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6428574/.

Gibrat, Jean-Francois, Madej, Thomas, & Bryant, Stephen H. (1996, June). Surprising similarities in structure comparison. Current Opinion in Structural Biology, 6(3), 377-85. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959440X96800583.

Guda, Chittibabu, Lu, Sifang, Scheeff, Eric D., Bourne, Philip E., & Shindyalov, Ilya N. (2004, July 01). CE-MC: a multiple protein structure alignment server. Nucleic Acids Research, 32(Suppl_2), W100-3. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://academic.oup.com/nar/article/32/suppl_2/W100/1040721.

Hassunuma, Renato M. (2017). Guia de comandos em software de simulação computacional de biomoléculas (1a ed., cap. 7, pp. 26-8). Bauru: Canal 6 Editora.

Hassunuma, Renato M., & Souza, Aguinaldo R. (2016). Desenvolvimento de scripts em software de simulação computacional para visualização de biomoléculas (1a ed., cap. 11, pp. 163-96). São Paulo: Cultura Acadêmica.

Holm, Liisa. (2020). Using Dali for protein structure comparison. Methods in Molecular Biology, 2112, 29-42. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-0716-0270-6_3.

Holm, Liisa, & Park, Jong. (2000). DaliLite workbench for protein structure comparison. Bioinformatics, 16(6), 566-7. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://academic.oup.com/bioinformatics/article/16/6/566/178186.

Holm, Liisa, & Sander, Chris. (1993, September 05). Protein structure comparison by alignment of distance matrices. Journal of Molecular Biology, 233(1), 123-38. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022283683714890.

Ilyin, Valentin A., Abyzov, Alexej & Leslin, Chesley M. (2004, July). Structural alignment of proteins by a novel TOPOFIT method, as a superimposition of common volumes at a topomax point. Protein Science, 13(7), 1865-74. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2279929/.

Kishimoto, Tizuko M. (1995, Junho). O jogo e a educação infantil. Pro-Posições, 6(2), 46-63. Recuperado em 26 novembro, 2022 de https://periodicos.sbu.unicamp.br/ojs/index.php/proposic/article/view/8644269/0.

Konagurthu, Arun S., Whisstock, James C., Stuckey, Peter J., & Lesk, Arthur M. (2006, August 15). MUSTANG: a multiple structural alignment algorithm. Proteins, 64(3), 559-74. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prot.20921.

Krissinel, Evgeny, & Henrick, Kim. (2004, December). Secondary-structure matching (SSM), a new tool for fast protein structure alignment in three dimensions. Acta Crystallographica, Section D, Biological Crystallography, 60(Pt. 12 Pt. 1), 2256-68. Recuperado em 03 agosto, 2022 de http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S0907444904026460.

Lackner, Peter, Koppensteiner, Walter A., Sippl, Manfred J., & Domingues, Francisco S. (2000, November). ProSup: a refined tool for protein structure alignment. Protein Engineering, 13(11), 745-52. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://academic.oup.com/peds/article/13/11/745/1567005.

Lupyan, Dmitry, Leo-Macias, Alejandra, & Ortiz, Angel R. (2005, August 01). A new progressive-iterative algorithm for multiple structure alignment. Bioinformatics, 21(15), 3255-63. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://academic.oup.com/bioinformatics/article/21/15/3255/195798.

Martí-Renom, Marc A., Ilyin, Valentin A., & Sali, Andrej. (2001, August). DBAli: a database of protein structure alignments. Bioinformatics, 17(8), 746-7. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://academic.oup.com/bioinformatics/article/17/8/746/235016.

Miller, Josh. A., Khatib, Firas, Hammond, Haley, Cooper, Seth & Horowitz, Scott. (2020 September). Introducing Foldit Education Mode. Nature Structural & Molecular Biology, 27(9), 769-70. Recuperado em 27 novembro, 2022 de https://www.nature.com/articles/s41594-020-0485-6.

Miranda, Ana F. S. & Soares, Márlon H. F. B. (2020, maio/agosto). Jogos educativos para o ensino de química: adultos podem aprender jogando? Debates em educação, 12(27), 649-66 Recuperado em 25 novembro, 2022 de https://www.seer.ufal.br/index.php/debateseducacao/article/view/8781.

Oliveira, Alessandro S., & Soares, Márlon H. F. B. (2005, maio). Júri químico: uma atividade lúdica para discutir conceitos químicos. Química Nova na Escola, 21, 18-24. Recuperado em 26 novembro, 2022 de http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc21/v21a04.pdf.

Oliveira, Jorgiano S., Soares, Márlon H. F. B., & Vaz, Wesley F. (2015, novembro). Banco químico: um jogo de tabuleiro, cartas, dados, compras e vendas para o ensino do conceito de soluções. Química Nova na Escola, 37(4), 285-93. Recuperado em 27 novembro, 2022 de http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc37_4/08-RSA-22-13.pdf.

Orengo, Christine A., & Taylor, William R. (1996). SSAP: sequential structure alignment program for protein structure comparison. Methods in Enzymology, 266, 617-35. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0076687996660388.

Ortiz, Angel R., Strauss, Charlie E. M., & Olmea, Osvaldo. (2002 Nov). MAMMOTH (matching molecular models obtained from theory): an automated method for model comparison. Protein Science, 11(11), 2606-21. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2373724/.

Pirovano, Walter, Feenstra, K. Anton, & Heringa, Jaap. (2008, December 23). The meaning of alignment: lessons from structural diversity. BMC Bioinformatics, 23(9), 556. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2630330/.

Rezende, Felipe A. M., & Soares, Márlon H. F. B. (2019, dezembro 12). Análise teórica e epistemológica de jogos para o ensino de Química publicados em periódicos científicos. RBPEC, 19, 747-74. Recuperado em 26 novembro, 2022 de https://periodicos.ufmg.br/index.php/rbpec/article/view/12296.

Roach, Jeffrey, Sharma, Shantanu, Kapustina, Maryna, & Carter Jr., Charles W. (2005, July 01). Structure alignment via Delaunay tetrahedralization. Proteins, 60(1), 66-81. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prot.20479.

Rodrigues, Abel, & Schmidler, Scott C. (2014). Bayesian protein structure alignment. The Annals of Applied Statistics, 8(4), 2068-95. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4767181/.

Rogers, Scout. (2012). Level up: um guia para o design de grandes jogos (1a ed., cap 1, pp. 25-45). São Paulo: Blucher.

Salit, Andrej, & Blundellt, Tom L. (1990, March 20). Definition of general topological equivalence in protein structures. A procedure involving comparison of properties and relationships through simulated annealing and dynamic programming. Journal of Molecular Biology, 212(2), 403-28. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022283690901348.

Shindyalov, Ilya N., & Bourne, Philip E. (1998, September). Protein structure alignment by incremental combinatorial extension (CE) of the optimal path. Protein Engineering, 11(9), 739-47.

Soares, Márlon H. F. B. (2008, julho 21-4). Jogos e Atividades Lúdicas no Ensino de Química: Teoria, Métodos e Aplicações. Anais do XIV ENEQ. Recuperado em 26 novembro, 2022 de http://www.quimica.ufpr.br/eduquim/eneq2008/resumos/R0309-1.pdf.

Soares, Márlon H. F. B. (2016, outubro). Jogos e atividades lúdicas no ensino de Química: uma discussão teórica necessária para novos avanços. REDEQUIM, 2(2), 5-13. Recuperado em 26 novembro, 2022 de https://www.journals.ufrpe.br/index.php/REDEQUIM/article/view/1311.

Szustakowski, Joseph D., & Weng, Zhiping. (2000, March 01). Protein structure alignment using a genetic algorithm. Proteins, 38(4), 428-40. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/(SICI)1097-0134(20000301)38:4%3C428::AID-PROT8%3E3.0.CO;2-N.

Szustakowski, Joseph D., Kasif, Simon, & Weng, Zhiping. (2005, September 1). Less is more: towards an optimal universal description of protein folds. Bioinformatics, 21(Suppl 2), ii66-71. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://academic.oup.com/bioinformatics/article/21/suppl_2/ii66/227071.

Taylor, William R., & Orengo, Christine A. (1996, July 05). Protein structure alignment. Journal of Molecular Biology, 208(1), 1-22. Recuperado em 03 agosto, 2022 de https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022283689900843.

Teichert, Florian, Bastolla, Ugo, & Porto, Markus. (2007, October 31). SABERTOOTH: protein structural alignment based on a vectorial structure representation. BMC Bioinformatics, 8, 425. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2257979/.

Yeturu, Kalidas, & Chandra, Nagasuma. (2008, December 11). PocketMatch: a new algorithm to compare binding sites in protein structures. BMC Bioinformatics, 17(9), 543. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2639437/.

Zhang, Yang, & Skolnick, Jeffrey. (2005). TM-align: a protein structure alignment algorithm based on the TM-score. Nucleic Acids Research, 33(7), 2302-9. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1084323/.

Zhu, Jianhua, & Weng, Zhiping. (2005, February 15). FAST: a novel protein structure alignment algorithm. Proteins, 58(3), 618-27. Recuperado em 31 julho, 2022 de https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prot.20331.

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Publicado

2023-05-11

Como Citar

Hassunuma, R. M., & Yonezawa, W. M. (2023). FOLDIT: Ensinando os Princípios de Alinhamento Estrutural de Proteínas por meio de um Jogo. Revista Debates Em Ensino De Química, 9(1), 118–133. https://doi.org/10.53003/redequim.v9i1.5260

Edição

Seção

Debates em Ensino e Aprendizagem da Química