Şekil 4 Nasıl Bir Sürecin İzlendiğine İlişkin Algılamaları Gösteren Akış Şeması
4.2.2. Sürece Yönelik Öğrenci Tutumlarına Ait Bulgular ve Yorumlar
4.2.2.1. Sürece dâhil olma nedenleri ve süreçteki beklentileri üzerinden çözümleme
Uma vez determinada que a conformação zwiteriônica é a mais adequada para descrever o triptofano em meio aquoso, foi realizada uma simulação de MC, com o software Dice [37], para avaliar a interação soluto-solvente.
A estrutura do W utilizada anteriormente no cálculo da Energia livre foi em- pregada para se obter quânticamente, a nível de cálculo MP2/aug-cc-pvdz, as cargas eletrônicas a serem usadas na simulação. Nessa etapa a água foi descrita pelo modelo contínuo do solvente (PCM) e foi feito o ajuste eletrostático com o procedimento ChelpG sendo o valor de dipolo elétrico obtido igual a 11.3 D. O único resultado experimental encontrado para o aminoácido em solução indica dipolo de 13.4 D [54], essa diferença pode ser atribuída a ausência de interações específicas - como ligações de hidrogênio - no PCM, além do fato de que devido a flexibilidade molecular do triptofano, em uma situação onde esse fator é con- siderado (como será visto na seção da simulação com DM), se observa que as diferentes configurações apresentarão diferentes momentos de dipolo, de acordo com a geometria espacial da molécula. Os parâmetros de Lennard-Jones foram definidos a partir do campo de força OPLS-AA. O conjunto de parâmetros uti- lizados está esquematizado na tabela 3.2, o modelo de solvente utilizado foi o SPC. A numeração atômica corresponde à mesma da figura3.5
57 3.1. Triptofano
Tabela 3.2: Coordenadas cartesianas da geometria otimizada, cargas atômicas, e parâmetros de Lennard-Jones para a molécula de Triptofano (zw)
Átomo Coordenadas cartesianasa Cargab parâmetros OPLSc
x(Å) y(Å) z(Å) q(e) 𝜖(kcal∖𝑚𝑜𝑙) 𝜎(Å)
H1 -3.341 1.774 0.884 0.351 0.170 3.25 H2 -3.520 2.030 -0.774 0.380 0.066 3.50 H3 -3.509 0.464 -0.084 0.385 0.105 3.75 N4 -3.116 1.406 -0.079 -0.624 0.210 2.96 O5 -2.254 1.801 2.180 -0.800 0.066 3.50 O6 -0.106 0.998 1.889 -0.815 0.030 2.50 C7 -1.221 1.420 1.525 0.735 0.030 2.50 H8 -1.279 0.426 -0.452 -0.066 0.070 3.55 C9 -1.583 1.369 0.011 0.408 0.070 3.55 C10 -1.026 2.607 -0.690 0.315 0.170 3.25 H11 -1.083 3.483 -0.031 -0.065 0.030 2.42 H12 -1.639 2.852 -1.568 -0.075 0.070 3.55 C13 0.380 2.434 -1.168 -0.328 0.070 3.55 C14 1.507 2.947 -0.560 0.022 0.070 3.55 H15 1.624 3.531 0.345 0.134 0.030 2.42 N16 2.604 2.551 -1.275 -0.469 0.070 3.55 H17 3.561 2.762 -1.034 0.379 0.030 2.42 C18 2.216 1.799 -2.359 0.264 0.070 3.55 C19 0.824 1.706 -2.321 0.137 0.030 2.42 C20 0.174 0.965 -3.330 -0.302 0.070 3.55 H21 -0.905 0.865 -3.338 0.171 0.030 2.42 C22 0.935 0.346 -4.330 -0.095 0.000 0.00 H23 0.437 -0.232 -5.105 0.089 0.030 2.50 C24 2.322 0.459 -4.339 -0.092 0.000 0.00 H25 2.897 -0.032 -5.121 0.088 0.170 3.00 C26 2.991 1.189 -3.354 -0.277 0.000 0.00 H27 4.073 1.272 -3.359 0.150 0.030 2.42
a Geometria otimizada com MP2/6-311+G*
b Carga obtida com cálculo B3LYP/aug-cc-pvdz/PCM(water)/ChelpG c Valores obtidos do campo de força OPLS-AA [39]
Capítulo 3. Resultados 58
Figura 3.5: Estrutura do triptofano zwiteriônico utilizada na simulação
condições ambiente 2. A molécula do aminoácido foi imersa em 1000 moléculas
de água em uma caixa cúbica de aresta 31.2 Å. O raio de corte corresponde a metade da largura dessa caixa. A etapa de termalização envolveu 25000 passos de MC, enquanto a de simulação teve 100000 passos. A figura 3.6 mostra a função de distribuição de mínima distância3 entre o soluto e as moléculas de água. A
ocorrência de picos a curtas distâncias é um indicativo da presença de ligações de hidrogênio. Integrando a região abaixo da curva até o fim do primeiro pico, até 1.4 Å, se obtém cerca de 3.3 moléculas de 𝐻2𝑂, enquanto que fazendo esse
mesmo procedimento até o fim do pico mais largo, em 4.4 Å, que define a primeira camada de solvatação, se obtém 45.2 moléculas de água.
Outra análise realizada se refere ao estudo da função de distribuição radial- G(r)
2Pressão = 1 atm e Temperatura = 298,15 K
3Nessa função ao invés de se considerar a distribuição do solvente em torno do soluto a
partir dos centros de massa moleculares, como na G(r) definida na seção 2.2.1, se considera a menor distância entre qualquer par de átomos das moléculas de soluto e solvente.
59 3.1. Triptofano
Figura 3.6: Função de distribuição de mínima distância soluto-solvente.
- entre os átomos eletronegativos do soluto (N4, O5, O6, N16) com os átomos das moléculas de água (o subescrito w mais adiante se refere aos átomos das moléculas de água). Na figura 3.7 essa função é plotada para os nitrogênios. Nota-se que para o N4 o primeiro pico da função 𝐺N4−Hw(𝑟) se posiciona a uma distância
maior do que a distância na curva de 𝐺N4−Ow(𝑟)onde se iniciam seus valores não
nulos, o que indica que provavelmente esse nitrogênio não é aceitador de ligações de hidrogênio da água. Isso pode ser compreendido pelo fato desse átomo estar “blindado” por seus próprios hidrogênios, como pode-se verificar na figura 3.5. Para o N16 se percebe um pequeno pico para 𝐺N16−Hw(𝑟)a uma distância menor
do que aquela na qual iniciam os valores não nulos de 𝐺N16−Ow(𝑟), o que sugere
Capítulo 3. Resultados 60
Figura 3.7: Funções de distribuição de radial de pares soluto-solvente para os átomos de N do W
Com relação aos átomos de oxigênio da molécula, se observa claramente na figura
3.8 a presença de picos acentuados da 𝐺O−HW(𝑟) anteriormente aos picos de
𝐺O−OW(𝑟), tanto para O5 quanto para O6. Dado que os oxigênios não estão
obstruidos por outros átomos, como é o caso do N4, e que na forma zwiteriônica a região da carboxila fica carregada negativamente, é de se esperar a presença de ligações de hidrogênio com a participação de O5 e O6.
Em termos quantitativos (ver tabela3.3), adotando como medida para formação de ligações de hidrogênio critérios geométricos e energéticos, que se assemelham a valores encontrados na literatura [55][56][57], pode-se verificar a validade das inferências feitas a partir das G(r). É interessante notar também o fato de que o N16 atua como doador de seu hidrogênio em 60% das configurações amostradas
61 3.1. Triptofano
Figura 3.8: Funções de distribuição de radial de pares soluto-solvente para os átomos de O do W.
na simulação. Essa característica também foi notada por Black e colaboradores [58] e é bastante peculiar, dada a natureza hidrofóbica do anel indol.
Critérios adotados:
❼ Distância entre átomo eletronegativo do soluto e O da água: 𝑅N O ≤ 3.8 Å.
❼ Ângulo entre o átomo eletronegativo do soluto, O da água e o átomo de hidrogênio doado: ΘAD−H ≤ 40o.
Capítulo 3. Resultados 62
Tabela 3.3: Estatística das ligações de hidrogênio
N4...Hw-Ow N16...Hw-Ow O5...Hw-Ow O6...Hw-Ow N16-H17..Ow valores médios 𝑁ode ligações de H 0.0 0.1 2.0 3.0 0.6 𝑅N O(Å) - 3.55 ±0.19 3.05 ±0.31 2.36 ±0.48 3.48 ±0.18 ΘAD−H(o)a - 30.29 ±9.16 20.61 ±11.78 9.14 ±8.86 29.10 ±7.54 Energia(kcal/mol) - -2.27 ±0.88 -8.78 ±5.80 -17.91 ±5.38 -2.33 ±0.79 𝑅x−H(Å)b - 2.75 ±0.23 2.17 ±0.39 1.40 ±0.53 2.65 ±0.18
a Onde AD-H representa ângulo entre átomo eletronegativo do soluto - A - O da água e H da ligação de hidrogênio b Onde x-H é a distância do átomo eletronegativo que atrai o H da ligação de hidrogênio