ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: APLICAÇÃO DE MÉTODOS QM/MM e DM NO ESTUDO DA ENZIMA PfPM2-EH58.
AUTORES: OLIVEIRA,M.K.M. (UFPA) ; ALVES,C.A. (UFPA)
RESUMO: A análise de inibição da enzima plasmepsina-2, encontrada no vacúolo alimentar do Plasmodium falciparium é feita através de simulações computacionais de 700ps de Dinâmica Molecular(DM), utilizando métodos de mecânica quântica e mecânica molecular(QM/MM),conferindo ao inibidor EH58 uma resposta biológica, que se correlaciona com as ligações de hidrogênio que se estabelecem na difração de raio-x obtida na literatura, com os seguintes resíduos da enzima: Asp-36, Ser-39, Tyr-79, Val- 80, Ser-81, Asp-132, Leu-133, Tyr-194, Asp-216, Thr-219, Ser-220 e água. Os resultados obtidos foram comparados com os dados da literatura e possuem concordância com os mesmos, proporcionando análises quantitativas das interações e a obtenção do sistema em 3-D identificando o sítio catalítico da plasmepsina-2.
PALAVRAS CHAVES: pfpm2, eh58
INTRODUÇÃO: A malária é uma doença infecciosa febril aguda causada por protozoários e transmitida por vetores e embora existam mais de 50 espécies de Plasmodium, somente quatro causam a malária humana, são eles: P. falciparum, P. vivax, P. malariae e P. ovale, o restante ataca várias centenas de outros animais hospedeiros.
O P.falciparum é a forma mais letal, devido possuir em seu vacúolo alimentar, quatro tipos de enzimas ativas (PfPM1, PfPM2, HAP e PfPM4) resistentes as atuais drogas desenvolvidas que não impedem a alta taxa de reprodução das formas assexuadas destes protozoários nas células sanguíneas, degradando a hemoglobina humana e debilitando seu hospedeiro. Uma destas enzimas é a plasmepsina-2 (PfPM2), a qual foi escolhida para análise de inibição, através da modelagem molecular que é um modelo teórico que permite o manuseio de estruturas moleculares bem como a avaliação do comportamento químico relacionando as propriedades da matéria.
A utilização da modelagem molecular a partir de recursos computacionais nos fornece a elucidação das interações mais relevantes entre o inibidor EH58 e a enzima PfPM-2 através da Dinâmica Molecular com as metodologias QM/MM, comparando com as interações ocorridas na técnica experimental de difração de raio-X obtidas na literatura, obtem-se também as contribuições por resíduo das interações intermoleculares, a energia de interação do sistema e a obtenção do sistema em 3-D após a trajetória de 700ps em Dinâmica Molecular, identificando o sítio ativo da enzima.
O planejamento racional de drogas que atacam as estruturas alvos como a plasmepsina-2, surge como um desenvolvimento de propostas na sintetização de fármacos,onde os métodos tradicionais de ataque não vêem alcançando resultados satisfatórios, incentivando novos estudos promissores.
MATERIAL E MÉTODOS: Materiais: Sistemas Operacionais Windows e Linux, Programas Dynamo, VMD 1.8.6, Molden,Python e Pacote da Microsoft Office.
Métodos:Em reações químicas de interesse biológico é imprescindível introduzir nos cálculos computacionais o efeito do meio, seja o solvente ou um envoltório protéico, já que o meio pode modificar significativamente a estrutura e a reatividade dos compostos. Portanto, torna-se importante dispor de um método capaz de descrever a interação química e as interações do sistema químico com o meio. Por esse motivo foi escolhido o método híbrido QM/MM, onde se combina a mecânica q0ântica com a mecânica molecular.
O primeiro passo a ser levado em consideração é a divisão do sistema estudado em três partes:
A região QM inclui todos os átomos envolvidos diretamente na reação química, ou seja, os átomos que participam da formação e rupturas das ligações. Os átomos desta região são representados como elétrons e núcleos, e as superfícies de potencial associadas a eles são determinadas pela aproximação de Born-Oppenheimer, de modo que a energia é função das posições dos núcleos.
A região MM contém o resto dos átomos do sistema. Estes são descritos classicamente, e suas interações são determinadas mediante funções de energia potencial empírica, de modo que esses átomos não podem estar envolvidos no processo de formações ou ruptura de ligações. Os átomos MM interagem com os átomos QM envolvidos na reação, de modo que seus movimentos e interações influem sobre os átomos QM, e vice-versa.
Por último, se encontra a região denominada de contorno, que corresponde a um conjunto de restrições a serem aplicadas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A simulação computacional foi feita com o método híbrido QM/MM de 700ps para o sistema complexado com o inibidor em sua forma neutra, a fim de demonstrar através do cálculo de energia de interação por resíduo a contribuição individual de cada aminoácido na cavidade catalítica com o objetivo de propor a estrutura e a conformação mais estável do inibidor no processo de inibição da reação catalisada pela enzima Plasmepsina-2.
Os cálculos de DM foram realizados utilizando o programa DYNAMO, onde o inibidor é tratado com o método semi-empírico AM1, a proteína e as água de cristalização são descritos utilizando a combinação de campos de força OPLS-AA e TIP3P. A protease aspártica contém 331 resíduos de aminoácidos e esta foi introduzida em uma caixa de água cúbica de dimensão de 80Å.
A partir dos resultados obtidos após 700ps de dinâmica molecular com QM/MM para EH58 se propõem a estrutura mostrada na Figura-1 que destaca as principais interações entre o inibidor e os resíduos da protease aspártica do Plasmodium falciparum, com suas respectivas distâncias em Ângstrons.
A Figura 2 é referente ao gráfico de contribuição individual dos resíduos de aminoácidos e das águas de cristalização para o processo de inibição da Plasmepsina-2, sendo que os resíduos de aminoácidos Asp36, Tyr79, Val80, Ser81, Asp216, Thr219 e Ser220 compõem os de maior interação atrativa no processo de inibição, destacando o Asp36 que interage com o inibidor, expressando-se com a maior contribuição decorrente da polaridade de seus átomos ligantes.
O resíduo Tyr79 forma uma ligação hidrofóbica contribuindo significativamente devido a interação da seqüência dos aminoácidos Val80 e Ser81 que formam ligação de hidrogênio com o inibidor, expressando-se com índice de energia baixa.
CONCLUSÕES: Os resultados obtidos após 700ps possuem concordância com os obtidos na literatura resultante do método de difração de raio-X empregado. E foram satisfatórios pelo sistema evoluir sempre nos estados de menor energia tendendo a estabilidade do sistema, portanto as contribuições mais significativas serão aquelas que apresentaram menor energia pois interagem atrativamente com o inibidor, impedindo a ação da enzima. Além dos resultados proporcionarem análises quantitativas das interações e a obtenção do sistema em 3-D identificando o sítio catalítico da plasmepsina-2.
AGRADECIMENTOS: Ao professor Cládio Nahum Alves e aos colegas do Laboratório de Planejamento e Desenvolvimento de Fármacos
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