Estudo de modelagem molecular por homologia para análise genômica funcional. I - BIP (Binding Protein).

2005

Modelagem molecular da proteína small heat shock de Xylella fastidiosa.

Este documento descreve o modelo molecular da proteína XF2234 e a análise preliminar da sua estrutura. O modelo foi construído por modelagem por homologia (ou modelagem comparativa) com a estrutura cristalográfica de uma proteína small heat shock de Triticum aestivum (trigo). A análise da estrutura tridimensional da proteína XF2234 tem o objetivo de contribuir para aumentar o conhecimento sobre o papel biológico das smHSPs, necessário para o combate à CVC.

Interação heparina-antitrombina : reconhecimento molecular caracterizado por ferramentas de modelagem molecular

A heparina foi isolada no início do século XX e permanece, até os dias atuais, como um dos mais importantes e eficientes agentes terapêuticos de ação antitrombótica. Sua atividade anticoagulante deve-se à ativação da antitrombina (AT), uma serpina responsável pela inibição fisiológica de serino-proteinases plasmáticas, tais como fIIa e fXa. Os esforços no sentido da elucidação dos aspectos estruturais e dinâmicos associados ao reconhecimento molecular da heparina pela AT, em nível atômico, vêm encontrando diversas dificuldades, principalmente associadas aos compostos sacarídicos. Em decorrência de sua elevada polaridade e flexibilidade, glicosaminoglicanos como a heparina são difíceis de estudar e modelar. Soma-se a isto o fato de que os resíduos de iduronato presentes na heparina (IdoA) apresentam um incomum equilíbrio conformacional entre estados de cadeira (1C4) e bote-torcido (2SO), sendo esta última estrutura postulada como a possível conformação bioativa. Sendo assim, este trabalho apresenta um estudo de modelagem molecular do perfil conformacional da heparina, tanto em solução quanto complexada à AT, utilizando cálculos ab initio e simulações de dinâmica molecular (DM) Em decorrência da ausência de parâmetros capazes de descrever polissacarídeos nos campos de força atualmente disponíveis, cargas atômicas foram geradas, utilizando-se os esquemas de Mulliken, Löwdin e cargas ajustadas ao Potencial Eletrostático, através de cálculos quantum-mecânicos na base 6-31G** e testadas na simulação de DM da heparina. Diversas condições de simulação, tais como modelos de água, concentrações de sais e as conformações 1C4 e 2SO do IdoA, foram avaliadas de forma a identificar as melhores condições para a descrição conformacional da heparina em solução. O protocolo de DM obtido foi então utilizado no estudo do complexo AT-heparina. Os resultados obtidos estão de acordo com os dados experimentais atualmente disponíveis acerca da conformação da heparina e da contribuição energética de cada resíduo de aminoácido da AT para a formação do complexo com a heparina. A partir dos cálculos ab initio realizados, foi proposto um refinamento na estrutura da heparina determinada por RMN, enquanto que as simulações de DM permitiram reinterpretar aspectos da estrutura tridimensional da AT determinada por cristalografia de raios-X. Adicionalmente, os dados obtidos sugerem que não há requerimento conformacional para a interação do IdoA com a AT Globalmente, os dados indicam que simulações de DM podem ser utilizadas para representar adequadamente a conformação da heparina, assim como para caracterizar e quantificar suas interações com a AT. Assim sendo, propomos o uso de simulações de DM do complexo entre a AT e a heparina, ou entre a AT e compostos derivados da heparina, como uma ferramenta útil no processo de desenvolvimento de novos agentes antitrombóticos e anticoagulantes.

Modelagem molecular na caracterização eletrônica de oligopeptídeos e na descrição quântica da interação fármaco-receptor

In this dissertation, the theoretical principles governing the molecular modeling were applied for electronic characterization of oligopeptide α3 and its variants (5Q, 7Q)-α3, as well as in the quantum description of the interaction of the aminoglycoside hygromycin B and the 30S subunit of bacterial ribosome. In the first study, the linear and neutral dipeptides which make up the mentioned oligopeptides were modeled and then optimized for a structure of lower potential energy and appropriate dihedral angles. In this case, three subsequent geometric optimization processes, based on classical Newtonian theory, the semi-empirical and density functional theory (DFT), explore the energy landscape of each dipeptide during the search of ideal minimum energy structures. Finally, great conformers were described about its electrostatic potential, ionization energy (amino acids), and frontier molecular orbitals and hopping term. From the hopping terms described in this study, it was possible in subsequent studies to characterize the charge transport propertie of these peptides models. It envisioned a new biosensor technology capable of diagnosing amyloid diseases, related to an accumulation of misshapen proteins, based on the conductivity displayed by proteins of the patient. In a second step of this dissertation, a study carried out by quantum molecular modeling of the interaction energy of an antibiotic ribosomal aminoglicosídico on your receiver. It is known that the hygromycin B (hygB) is an aminoglycoside antibiotic that affects ribosomal translocation by direct interaction with the small subunit of the bacterial ribosome (30S), specifically with nucleotides in helix 44 of the 16S ribosomal RNA (16S rRNA). Due to strong electrostatic character of this connection, it was proposed an energetic investigation of the binding mechanism of this complex using different values of dielectric constants (ε = 0, 4, 10, 20 and 40), which have been widely used to study the electrostatic properties of biomolecules. For this, increasing radii centered on the hygB centroid were measured from the 30S-hygB crystal structure (1HNZ.pdb), and only the individual interaction energy of each enclosed nucleotide was determined for quantum calculations using molecular fractionation with conjugate caps (MFCC) strategy. It was noticed that the dielectric constants underestimated the energies of individual interactions, allowing the convergence state is achieved quickly. But only for ε = 40, the total binding energy of drug-receptor interaction is stabilized at r = 18A, which provided an appropriate binding pocket because it encompassed the main residues that interact more strongly with the hygB - C1403, C1404, G1405, A1493, G1494, U1495, U1498 and C1496. Thus, the dielectric constant ≈ 40 is ideal for the treatment of systems with many electrical charges. By comparing the individual binding energies of 16S rRNA nucleotides with the experimental tests that determine the minimum inhibitory concentration (MIC) of hygB, it is believed that those residues with high binding values generated bacterial resistance to the drug when mutated. With the same reasoning, since those with low interaction energy do not influence effectively the affinity of the hygB in its binding site, there is no loss of effectiveness if they were replaced.

Modelagem molecular aplicada ao desenvolvimento de moléculas com atividade antioxidante visando ao uso cosmético

Some hypotheses and constants studies are made with intention to elucidate the aging process. To prevent and to attenuate the cutaneous aging it becomes necessary to strengthen our endogenous antioxidant natural defenses. Diverse exogenous antioxidant substances, as vitamins, vegetal extracts and others, have been used by the Cosmetology in antiaging products. The objective of this paper is to show how the Molecular Modeling can be an useful tool in the research for new antioxidant cosmetic substances to face the cutaneous aging.

Síntese e modelagem molecular do novo derivado indolinônico como candidato a antiinflamatório COX-2 seletivo

Anti-inflammatory drugs are known to be the most widely-marketed drugs in the world, despite their serious side effects, mainly on the gastrointestinal tract. Thus, there are constant efforts to discover new prototypes with improved therapeutic activity and safety for the patient. Since the advent of the computational chemistry, the theoretical study of the physiological behavior of a new compound and hence an understanding of its supposed mechanism of action have been made a lot more accessible. Thus, molecule-receptor mathematical modeling was applied to compound I (1-(2,6-dichlorophenyl)indolin-2-one), to predict theoretically its ability to inhibit, selectively, the COX-2 isoform of prostaglandin endoperoxide synthase (PGHS-2), and the best positions to introduce chemical groups and to make molecular modifications.

Modelagem molecular da Chiquimato quinase de Mycobacterium leprae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo estrutural de quinases dependentes de ciclinas por métodos de modelagem molecular comparativa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem molecular da interação entre a proteína de fusão do vírus sincicial respiratório humano e inibidores da ação viral. -

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Purificação, caracterização, cristalização e modelagem molecular teórica da fração giroxina do veneno de Crotalus durissus terrificus (Laurenti 1768)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Antichagásicos potenciais: síntese e modelagem molecular de híbridos de hidrazonas e liberadores de óxido nítrico

A doença de Chagas é uma parasitose extremamente negligenciada, cujo agente etiológico é o protozoário Trypanosoma cruzi. Atualmente, 21 países da América Latina são considerados regiões endêmicas, onde 75-90 milhões de pessoas estão expostas à infecção, 6-7 milhões estão infectadas e mais de 41 mil novos casos surgem por ano. Entretanto, apenas os fármacos nifurtimox e benznidazol estão disponíveis no mercado. Estes, além da baixa eficácia na fase crônica da parasitose, apresentam diversos efeitos adversos, sendo que no Brasil apenas o benznidazol é utilizado. Este fato mostra a importância de se ampliar o número de fármacos disponíveis e propor quimioterapia mais eficaz para o tratamento da doença de Chagas. Como forma de contribuir para essa busca, este trabalho objetiva a síntese de compostos híbridos bioisostéricos N-acilidrazônicos e sulfonilidrazônicos, contendo grupo liberador de óxido nítrico, com potencial de interação com cisteíno-proteases parasitárias, tais como a cruzaína. Nestes derivados, os grupos liberadores de óxido nítrico utilizados foram os grupos furoxano (contendo substituinte metílico e fenílico) e éster nitrato. Propôs-se a variação de anéis aromáticos substituídos e não-substituídos, com o intuito de avaliar a possível relação estrutura-atividade (REA) desses análogos. Até o momento, somente os compostos da série N-acilidrazônica tiveram avaliação biológica realizada. Os valores de IC50 dos compostos na forma amastigota do parasita variaram entre >100 a 2,88 µM, sendo este último valor comparável ao fármaco de referência. A atividade inibitória frente à cruzaína foi de 25,2 µM a 2,2 µM. Já a liberação de óxido nítrico foi avaliada pelo método indireto de detecção de nitrato e os valores variaram entre 52,0 µM e 4.232,0 µM. Estes são bem inferiores ao composto padrão, além de não se identificar correlação direta entre a atividade biológica e a liberação de NO. Na sequência, os dois compostos mais ativos (6 e 14) foram submetidos a estudos de permeabilidade e de citotoxicidade. O composto 6 foi considerado o de maior permeabilidade segundo o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) e todos os compostos apresentaram a taxa de fluxo menor que 2, indicando a ausência de mecanismo de efluxo. Na avaliação do potencial citotóxico desses compostos em células humanas, o derivado 6 apresentou índice de seletividade superior ao do benznidazol. Em estudos de modelagem molecular usando análise exploratória de dados (HCA e PCA), propriedades estéricas/geométricas e eletrônicas foram consideradas as mais relevantes para a atividade biológica. Além disso, estudos de docking mostraram que a posição do grupo nitro no anel aromático é importante para a interação com a cruzaína. Ademais o composto 6 não provocou mudanças significativas no ciclo celular e na fragmentação de DNA em células humanas, mostrando-se como líder promissor para futuros estudos in vivo. Atividade tripanomicida, citotoxicidade, potencial de liberação de NO e estudos de permeabilidade dos 23 derivados sulfonilidrazônicos e ésteres nitrato estão sendo avaliados.

Transformações químicas, caracterizações e estudo de modelagem molecular do clerodano bioativo trans-desidrocrotonina

In this work it were developed synthetic and theoretical studies for clerodane-type diterpenes obtained from Croton cajucara Benth which represents one of the most important medicinal plant of the Brazil amazon region. Specifically, the majoritary biocompound 19-nor-clerodane trans-dehydrocrotonin (t-DCTN) isolated from the bark of this Croton, was used as target molecule. Semi-synthetic derivatives were obtained from t-DCTN by using the followed synthetic procedures: 1) catalytic reduction with H2, 2) reduction using NaBH4 and 3) reduction using NaBH4/CeCl3. The semi-synthetic 19-nor-furan-clerodane alcohol-type derivatives were denominated such as t-CTN, tCTN-OL, t-CTN-OL, t-DCTN-OL, t-DCTN-OL, being all of them characterized by NMR. The furan-clerodane alcohol derivatives t-CTN-OL and tCTN-OL were obtained form the semi-synthetic t-CTN, which can be isolated from the bark of C. cajucara. A theoretical protocol (DFT/B3LYP) involving the prevision of geometric and magnetic properties such as bond length and angles, as well as chemical shifts and coupling constants, were developed for the target t-DCTN in which was correlated NMR theoretical data with structural data, with satisfactory correlation with NMR experimental data (coefficients ranging from 0.97 and 0.99) and X-ray diffraction data. This theoretical methodology was also validated for all semi-synthetic derivatives described in this work. In addition, topological data from the Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM) showed the presence of H-H and (C)O--H(C) intramolecular stabilized interactions types for t-DCTN e t-CTN, contributing to the understanding of the different reactivity of this clerodanes in the presence of NaBH4.

Modelagem molecular voltada para a construção de um nanobiossensor para detecção do herbicida Imazaquin

In this study, our goal was develop and describe a molecular model of the enzyme-inhibiting interaction which can be used for an optimized projection of a Microscope Force Atomic nanobiosensor to detect pesticides molecules, used in agriculture, to evaluate its accordance with limit levels stipulated in valid legislation for its use. The studied herbicide (imazaquin) is a typical member of imidazolinone family and is an inhibitor of the enzymatic activity of Acetohydroxiacid Synthase (AHAS) enzyme that is responsible for the first step of pathway for the synthesis of side-chains in amino acids. The analysis of this enzyme property in the presence of its cofactors was made to obtain structural information and charge distribution of the molecular surface to evaluate its capacity of became immobilized on the Microscopy Atomic Force tip. The computational simulation of the system, using Molecular Dynamics, was possible with the force-field parameters for the cofactor and the herbicides obtained by the online tool SwissParam and it was implemented in force-field CHARMM27, used by software GROMACS; then appropriated simulations were made to validate the new parameters. The molecular orientation of the AHAS was defined based on electrostatic map and the availability of the herbicide in the active site. Steered Molecular Dynamics (SMD) Simulations, followed by quantum mechanics calculations for more representative frames, according to the sequential QM/MM methodology, in a specific direction of extraction of the herbicide from the active site. Therefore, external harmonic forces were applied with similar force constants of AFM cantilever for to simulate herbicide detection experiments by the proposed nanobiosensor. Force value of 1391 pN and binding energy of -14048.52 kJ mol-1 were calculated.

Analysis of the molecular association of rifampicin with hydroxypropyl-²-cyclodextrin

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo das estruturas terciária e quaternária de proteínas por espalhamento de raios X a baixos ângulos integrado a técnicas de modelagem

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)