PM toksititesinin izlenmesinde kullanılan araştırma türleri

As energias de interação entre ligantes e resíduos de proteínas alvo são calculadas, geralmente, utilizando um valor fixo de permissividade relativa ou constante dielétrica (). Diferentes valores de constante dielétrica foram usados em diferentes estudos para representar a proteína no meio da solução, isso porque  varia de acordo com o meio: natureza dos resíduos de aminoácidos, distribuição dos resíduos, solvatação, etc. Por exemplo, alguns autores utilizaram valores mais baixos (=1 e =2),139–142 _{outros autores empregaram valores intermediários (=8,} =10, =11, =20),143–146 _{e também valores mais altos (=40).} 142,147 _{Entretanto, o valor =4 é} mais comumente utilizado.142,146 _{Li et al. (2013) afirmam que a porção constituída somente por} moléculas de água é melhor representada por uma constante dielétrica em torno de 80.142 _Regiões da proteína que possuem resíduos carregados e não carregados são melhor descritas por =8 a =20, já as cavidades da proteína com resíduos hidrofóbicos são melhor reproduzidas por . Neste trabalho, o valor da constante dielétrica foi calculado levando em consideração os resíduos de aminoácidos - desde o ligante imidacloprido até uma extensão de 8 Å a partir do ligante -, a distribuição dos resíduos e o meio de solvatação; utilizou-se o modelo COSMO de solvatação

implícita (Conductor-like Screening Model),153 _{implementado no código Dmol}3 _{da suíte} Materials Studio.

Figura 6.1 - Distribuição dos valores da constante dielétrica nas diferentes regiões do receptor AChBP do organismo Aplysia californica, a uma distância de até 8 Å a partir do imidacloprido. (a) representação esquemática do receptor na membrana; (b) vista superior do receptor mostrado; (c) distribuição dos resíduos no receptor e distribuição da permissividade em escala de cores (em função da distância); (d) escala decimal da distância dos resíduos localizados entre duas esferas concêntricas (delimitadas por raios inteiros).

Fonte: elaborada pelo autor.

A Figura 6.1 (a) mostra uma ilustração do receptor AChBP - do organismo Aplysia

californica - na membrana celular; cada subunidade ou cadeia proteica é representada por uma

cor, por exemplo, a cadeia A na cor verde e a cadeia B na cor laranja. Na Figura 6.1 (b) tem-se a ilustração da vista superior do receptor e do sítio de ligação (círculo na cor preta). Na porção (c) da Figura 6.1, a ilustração do receptor AChBP mostra o imidacloprido (IMI), no centro do sítio de ligação, a distribuição dos resíduos de aminoácidos - dentro da região delimitada por um raio de 8 Å a partir do imidacloprido -, e a distribuição da constante dielétrica inomogênea (r), de acordo com o painel superior da escala de cores. Por exemplo, a cadeia A tem escala de cor que varia da cor ciano (até a cor verde escura (e constante dielétrica variando de

5,74 a 21,86 (-);a cadeia B tem escala de cor que vai da cor amarela (até a cor laranja (e constante dielétrica de 7,90 a 25,84 (. A porção (d) da Figura 6.1 é a ilustração para a estimativa do valor decimal da distância de cada resíduo localizado entre duas esferas concêntricas, que são delimitadas por raios inteiros.

A variação da energia de interação entre o imidacloprido e os resíduos de aminoácidos do receptor AChBP - localizados na região delimitada por um raio de até 8 Å partir do imidacloprido -, é exibida na Figura 6.2. Em um primeiro momento, foram feitos cálculos das energias de interação em um sistema de teste, com o objetivo de encontrar qual sistema teórico representaria adequadamente o sistema real. Para isso, foram utilizados alguns funcionais e correções no escopo da teoria do funcional da densidade (Tabela 6.1): (1) GGA-PBE-TS-DNP; (2) GGA-PBE-GRIME-DNP; (3) GGA-PBE-GRIME-DNP+; (4) GGA-PBE-TS-TNP; (5) GGA-PW91-OBS-TNP; (6) LDA-PWC-OBS-DNP+. Nesse sistema de teste, considerou-se um valor fixo para a constante dielétrica, ou seja, =40. O resultado para o sistema de teste é mostrado no gráfico da Figura 6.2 (a).

Tabela 6.1 - Sistema de teste: conjunto de aproximações utilizadas no escopo da teoria do funcional de densidade (DFT) para calcular a a energia de interação imidacloprido-AChBP.

Sistema =40 Sistema  variável: =(r)

1 GGA-PBE-TS-DNP 8 GGA-PBE-TS-DNP 2 GGA-PBE-TS-DNP+ 9 GGA-PBE-TS-DNP+ 3 GGA-PBE-TS-TNP 4 GGA-PBE-GRIME-DNP 5 GGA-PBE-GRIME-DNP+ 6 GGA-PW91-OBS-TNP 7 LDA-PWC-DNP+

Fonte: elaborada pelo autor.

As curvas de energia total de interação calculadas com a constante dielétrica 40 (40), utilizando diferentes modelos teóricos, tem perfil semelhante até aproximadamente 5,5 Å (Figura 6.2, a), mas as intensidades de interação variam muito entre esses modelos. A maior variação da energia ocorre para os resíduos próximos ao imidacloprido, até aproximadamente 3,5 Å. Nessa faixa, os resíduos (distâncias dos resíduos) da cadeia A são Val108 (2,0 Å), Tyr55 (2,7 Å), Ile118 (2,8 Å), Ala107 (3,0 Å), Phe117 (3,0 Å), Met116 (3,2 Å) e Gln57 (3,3 Å). Enquanto que os resíduos (distâncias) da cadeia B são Tyr93 (1,8 Å), Cys190 (1,9 Å), Trp147

(2,4), Ser189 (2,5 Å), Tyr188 (2,6 Å), Tyr195 (2,6 Å), Val148 (2,8 Å) e Cys191 (3,4 Å). Alguns desses resíduos são mostrados na Figura 6.2 (a).

Figura 6.2 - Energias de interação entre o imidacloprido e resíduos de aminoácidos do receptor AChBP do organismo Aplysia californica. As interações foram calculadas a partir do imidacloprido, localizado no sítio de ligação do receptor, até um raio de 8 Å. Gráfico superior: sistema de teste para vários funcionais e aproximações no escopo da teoria DFT; utilizou-se um valor fixo de (40); Gráfico inferior: interações para valores de constante dielétrica variáveis, ou seja, constante dielétrica inomogênea = (r).

Fonte: elaborada pelo autor.

Entre 5,5 a 8 Å, os perfis das curvas de energia total de interação mostraram maior divergência (Figura 6.2). Na região acima de 5,5 Å, as energias obtidas com o conjunto de base DNP tendem a ficar mais negativas (modelos GGA-PBE-TS- DNP e GGA-PBE-GRIMME- DNP), enquanto que o conjunto de base DNP+ fornece energias que tendem a aumentar (modelos GGA-PBE-GRIMME-DNP+ e LDA-PWC-OBS-DNP+). O conjunto de base TNP (modelos GGA-BPE-TS-TNP e GGA-PW91-OBS-TNP) forneceu uma melhor estabilização da energia, mas os valores de energia calculados com o modelo GGA-PW91-OBS-TNP são mais

negativos do que os obtidos com o modelo GGA-PBE-TS-TNP (Figura 6.2, a). As energias calculadas com o funcional LDA são significativamente mais negativas do que as energias calculadas com o funcional GGA (Figura 6.2).

Acima de 8 Å, nenhum dos modelos empregados neste trabalho foi apto a fornecer uma adequada descrição das energias de interação (não mostrado na Figura 6.2). Isso pode ser uma consequência da não parametrização das interações não ligantes em distâncias próximas e superiores a 8 Å. Outra possível causa para a inadequada descrição das energias em distâncias superiores a 8 Å é o modelo de solvatação utilizado. No meio fisiológico, o receptor encontra-se imerso no meio aquoso. No sistema proteico teórico, não foram consideradas moléculas de água explicitamente, exceto as moléculas que foram determinadas experimentalmente junto aos resíduos de aminoácidos pela técnica de difração de raios-x, conforme descrito no trabalho de Talley et al. (2008).87 _{Embora o modelo de solvatação implícita COSMO tenha sido empregado,} modelos de solvatação implícita são menos realísticos do que a solvatação explícita.229

A partir da análise do sistema de teste, optou-se por calcular as energias empregando constante dielétrica inomogênea e o conjunto de base TNP: modelos GGA-PBE-TS-TNP, GGA-PW91-OBS-TNP e LDA-PWC-OBS-TNP (Figura 6.2, b). As energias de interação também foram calculadas considerando os seguintes valores de constante dielétrica homogênea: 4, 20 e 40 (Figura 6.2, b); esses valores são comumente utilizados por outros autores.142–147 No entanto, os valores fixos de constante dielétrica 4, 20 e 40 foram empregados apenas com o conjunto de aproximações GGA-PW91-OBS-TNP (Figura 6.2, b).

Quando se utilizou o conjunto de aproximações GGA-PW91-OBS-TNP, os valores das energias calculados considerando a constante dielétrica inomogênea são muitos próximos dos valores das energias encontrados usando a constante dielétrica homogênea 20 (Figura 6.2, b). Provavelmente, isso ocorreu porque os valores de constante dielétrica inomogênea estão na faixa de 15 a 25 (Tabela 6.2 e 6.3). Vale notar que valores mais elevados de constante dielétrica, por exemplo, o valor fixo 40, não forneceu valores de energia tão divergentes dos obtidos com constante dielétrica homogênea 20. Entretanto, as energias calculadas empregando um baixo valor de constante dielétrica homogênea, por exemplo, 4, proporcionou uma maior divergência dos valores de energia com relação aos obtidos com constante dielétrica homogênea 20, 40 e com relação à constante dielétrica inomogênea (r) (Figura 6.2, b). Portanto, para que se tenha uma adequada descrição do sistema proteico, os valores de constante dielétrica utilizados nos cálculos são tão relevantes quanto as aproximações feitas pelos funcionais e correções considerados no escopo da teoria DFT. As

maiores divergências dos valores de energia ocorrem, principalmente, ao utilizar-se um baixo valor de constante dielétrica (por exemplo, valores em torno de 4).