ESTUDO DO ÓLEO ESSENCIAL DA CROTON PALANOSTIGMA POR MODELAGEM MOLECULAR

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Produtos Naturais

Autores

Mochiutti, E. (UFPA) ; Gonçalves, J.H.C. (UFPA) ; Carvalho, A.L.S. (UFPA) ; Nascimento, A.E.S. (UFPA) ; Brasil, D.S.B. (UFPA) ; Martelli, M.C. (UFPA)

Resumo

Muitos estudos recentes têm envolvido o uso da técnica de modelagem molecular na análise da atividade biológica de substâncias obtidas a partir de espécies vegetais. Nesse trabalho, as propriedades quimiométricas das moléculas obtidas de óleo essencial de Croton Palanostigma foram investigadas. Estruturas moleculares obtidas da literatura foram submetidas a cálculos de minimização de energia e frequência, dos quais foram obtidas as propriedades quimiométricas. Com os resultados obtidos, aplicou-se a regra de Lipinsk. Dos resultados, verificou-se que todas as substâncias são candidatas a fármacos orais. Foram identificadas regiões com probabilidade de receber ataque eletrofílico. Com essas informações é possível fazer uma predição de como as moléculas se comportaram em sistemas biológicos.

Palavras chaves

Croton Palanostigma; Modelagem Molecular ; Óleo essencial

Introdução

O Croton é um gênero da família Euphorbiaceae que compreende cerca de 1300 espécies espalhadas pela África, Ásia e América do sul. Muitas destas espécies são usadas na medicina tradicional desses continentes, especialmente no tratamento de câncer, diabetes, hipercolesterolemia, malária e úlceras, entre outras doenças. (BRASIL et al, 2009). Recentemente, estudos têm demonstrado a atividade biológica de óleos essenciais como agente antibacterianos, fungicidas, antioxidantes e anti-radicais. (HUANG et al., 2005; CERVATO et al., 2000). A riqueza da flora brasileira tem motivado muitos pesquisadores a dedicarem- se ao estudo das propriedades da vegetação e desenvolvimento de produtos baseados em plantas nativas. Neste contexto a família Euphobiaceae contém várias espécies utilizadas no tratamento e cura de doenças. Dentre elas, o Croton palanostigma Klotzsch é caracterizado como uma planta de látex viscoso de cor avermelhado, é usado na medicina tradicional para o tratamento de várias doenças como, reumatismo (antiinflamatório), cicatrização de feridas, hemorragias, gastrites e úlceras. Além disso, está distribuída nas regiões tropicais e subtropicais do mundo, principalmente na América Central, na América do Sul e na Ásia (MARINHO et al., 2009). Os óleos essenciais são encontrados em diversas espécies vegetais de ocorrência na região amazônica, dentre as quais, destaca-se a espécie Croton palanostigma, árvore de porte médio, a qual apresenta no óleo essencial os componentes β-Elemeno, E-Cariofileno, Linalol, MetilEugenol, E-Metil- Isoeugenol, α-Pineno, β-Pineno, Limoneno e Sabineno. (BRASIL et al., 2009) Pesquisas desenvolvidas com espécies do gênero Cróton contribuíram para o conhecimento de vários efeitos farmacológicos como, anti-hipertensivos, antiinflamatórios, antiespasmódicos, antiulcerogênicos, miorelaxantes, antivirais, antimaláricos e antimicrobianos (SALATINO, et al., 2007). Contudo, os estudos envolvendo análise de atividade biológica de determinados ativos possuem tempo e custo elevados. Por essa razão, os métodos de química computacional têm ganhado cada vez mais aplicações na indústria farmacêutica. As técnicas de modelagem molecular e planejamento de fármacos têm apresentado cada vez mais relevância em diferentes áreas do conhecimento. Atualmente, a indústria farmacêutica é a que mais utiliza-se dessa técnica para prever propriedades e mecanismos de reação. Muitos estudos envolvem a aplicação dessa metodologia para analisar atividade biológica de determinadas substâncias, reduzindo tempo e custo e viabilizando a análise de propriedades que não são possíveis de determinar experimentalmente. O uso de métodos computacionais na química é considerada uma ferramenta indispensável para o entendimento detalhado e previsão de propriedades físico-químicas no campo da biologia (NETO et al,. 2010). Neste trabalho, usou-se modelagem molecular para estudar os componentes do oleo essencial da folha da Croton palanostigma do β-Elemeno, E-Cariofileno, Linalol, MetilEugenol, E-Metil-Isoeugenol, α-Pineno, β-Pineno, Limoneno e Sabineno, tendo como objetivo investigar as estruturas com base em propriedades físico-químicas e aplicar a regra de Lipinski.

Material e métodos

O estudo teórico foi realizado a partir do desenho das estruturas e minimização da energia baseando-se no método da teoria de densidade funcional (DFT) utilizando a aproximação da densidade funcional híbrida B3LYP com a base 6-31G* como parâmetros de cálculo, utilizando-se do programa Gaussian. Também foram realizados os cálculos de frequência para confirmar pontos estacionários (sem frequências imaginárias). (SOUZA, 2018) Após determinar a estrutura otimizada, calculou-se propriedades de interesse sobre as moléculas, sendo esses a: energia do maior orbital molecular preenchido (HOMO), energia do menor orbital molecular não preenchido (LUMO), a diferença entre HOMO e LUMO (GAP), massa, área de superfície polar (PSA), coeficiente de partição (LogP), doador de ligação de hidrogênio (HBD), aceitador de ligação de hidrogênio (HBA) e o mapa de potencial eletrostático (MEP) pelo programa Spartan. O maior orbital ocupado (HOMO) está diretamente ligado com o potencial de ionização e a capacidade da molécula de realizar uma substituição nucleofílica. Os valores do orbital de menor energia desocupado (LUMO) está relacionado diretamente a afinidade eletrônica e a capacidade de receber ataques nucleofílicos. Essas propriedades fornecem informações sobre o caráter doador de elétrons e/ou composto aceitador de elétrons. Sendo assim os valores de orbitais de fronteira ajudam a determinar como a molécula vai interagir com outras espécies. (CUNHA, 2015). A diferença entre as energias orbitais HOMO e LUMO, denominada GAP, é um indicador sobre a estabilidade molécular e reatividade química. Baixos valores de GAP indicam alta reatividade, enquanto valores elevados indicam alta estabilidade. Sendo assim, o gap auxilia na caracterização de reatividade química e estabilidade das moléculas. (ZHANG, 2007). Área de superfície polar molécular (PSA) é definida como a soma das superfícies dos átomos polares em uma molécula. Esse parâmetro é um descritor que correlaciona o transporte molecular passivo através de membranas e, portanto, permite a previsão das propriedades de transporte de drogas. (PALM, 1996; PALM, 1997; CLARK, 1999; ERTL, 2000). Aplicando-se a regra de Lipinski, para previsão do perfil de biodisponibilidade oral das moléculas. Essa metodologia tem como base a regra dos 5, onde uma molécula deve apresentar valores de coeficiente de partição maior que 5, massa molecular menor que 500 daltons, aceitadores de ligação de hidrogênio (HBA) menor que 10 e doadores de ligação de hidrogênio (HBD) menor que 5. Com o resultado a molécula pode apresentar apenas uma violação desses parâmetros para ser candidato a fármaco. (LIPINSKI,1997; LIPINSKI, 2016). Os mapas de potencial eletrostático são diagramas tridimensionais que nos permitem visualizar as distribuições de carga de moléculas e carregar propriedades relacionadas de moléculas. Eles também nos permitem visualizar o tamanho e a forma das moléculas (CUNHA, 2015).

Resultado e discussão

Na tabela I são apresentados os valores de energia HOMO, energia LUMO, GAP, massa, o número de doadores (HBD) e aceitadores de ligação de hidrogênio (HBA), área de superficie polar e o coeficiente de partição (logP) dos compostos analisados. Analisando as substâncias observa-se que o beta-pineno apresenta o maior valor de HOMO (-6,23 eV) e o metil-eugenol o menor valor (-5,31 eV). Quanto maior a nergia do orbital HOMO maior a capacidade de doar eletrons, portanto o Beta-Pineno apresenta a maior capacidade de doação de elétrons, enquanto o metil-eugenol possui a menor capacidade de doação. (CUNHA, 2015). No orbital de fronteira LUMO, quanto menor a energia menor será a resistência para receber elétrons. Portanto o componente com menor energia LUMO é o Linalol com 0,28 eV e o maior é o E-Metil-IsoEugenol com -0,43 eV. Para energia LUMO foram obtidos valores tanto positivos quanto negativos. Por o LUMO ser o orbital de menor energia desocupado a tendência seria de que os valores fossem positivos, devido a falta de elétrons no orbital, porém, os elétrons próximos podem estar influenciando o orbital. Os valores de GAP entre os diterpenos variou entre 4,88 eV e 7,03 eV. Portanto podemos classificar a substância E-Metil-IsoEugenol como a molécula menos estável e o mais estável é o beta-pineno. Aplicando a regra de Lipinski podemos notar que todas as moléculas estão dentro dos parâmetros de massa, HBD e HBA. Para o coeficiente de partição, todas as moléculas apresentaram violoção por apresentarem valor menor que 5. Contudo, apenas uma violação à Regra ainda permite incluir a molécula como candidato a farmáco. Pelos valores da área da superficie polar, podemos ter base das características de absorção e distribuição no corpo humano. Segundo a classificação para penetração do sistema nervoso central o PSA precisa ter valores abaixo de 90 Ų, para obter-se os melhores resultados de penetração. (HITCHCOCK, 2006). Para a permeabilidade em células Caco-2 intestinais, os fármacos com um PSA de 60 Ų ou menos, são completamente absorvidos, enquanto aqueles com mais 140 Ų não o são (PAJOUHESH, 2005). O resultado do PSA foi menor que 20 Ų, portanto todas as moléculas apresentam bons resultados de penetração no sistema nervoso central, de permeabilidade celular. No quadro 1 estão contidas as imagens dos Mapas de Potencial Eletrostático (MEPs) das moléculas do Croton palanostigma. Nas regiões em vermelho, a extremidade de baixa energia do espectro, representa regiões do potencial eletrostático negativo e tem maior probabilidade de causar um ataque nucleofílico. Já as regiões em azul representa as regiões de potencial eletrostático positivo e tem maior probabilidade de sofrer um ataque nucleofílico. Observa-se que as moléculas Beta-Elemeno, E-Cariofileno, Alfa-Pineno, Beta- Pineno, Limoneno, Sabineno são constituídas apenas de carbonos e hidrogênios, tendo a sua superficie com carga neutra. As substâncias Metil- Eugenol, E-Metil-IsoEugenol, Metil-Eugenol apresentaram cargas em seus mapas de potencial eletrostático. Para identificar as características dos compostos, os MEP foram utilizados para comparações qualitativas na região do grupo éter e hidroxila evidenciada pela coloração vermelha. Verificou-se que o potencial eletrostático molecular negativo está distribuído nos átomos de oxigênio presentes no grupo éter (-O-) e na ligação de hidrogênio (-OH), mostrando claramente que a presença desses grupos ricos em elétrons. Essa região sugere que esses compostos podem sofrer um ataque eletrofilico nessas regiões. O potencial eletrostático positivo nos compostos investigados foi mais evidente nos hidrogênios ligados aos átomos de oxigênio que formam as hidroxilas. Já essa região positiva sugere que essas regiões podem sofrer um ataque nucleofilico. A ligação de um fármaco ao receptor alvo depende largamente da variação do potencial eletrostático produzido por uma molécula de fármaco, uma vez que se espera que o local de ligação (receptor) tenha áreas opostas de potencial eletrostático. (RAGHI, 2018) As propriedades desse trabalho podem ser utilizadas em estudos de relação estrutura-atividade biológica. Desse modo, tais dados são úteis na predição de determinadas atividades de substâncias, quando o sistema biológico possuir uma correlação significativa usando descritores moléculares adequados, como mostrado em estudos QSAR e SAR. (ARROIO, 2010).

Conclusões

Os resultados das propriedades físico-químicas obtidos por meio dos cálculos teóricos realizados mostraram que todas as moléculas estudadas, apesar da existência de uma violação à regra de Lipinsk são candidatas a fármacos. De acordo com os valores de HOMO e LUMO obtidos, os componentes de menor e maior estabilidade do óleo essencial são, respectivamente o E-Metil-IsoEugenol e o Beta-pineno. Além disso, o cálculo do PSA indicou bons resultados para permeabilidade celular no sistema nervoso central, segundo critério estabelecidos na literatura. Os mapas de potencial eletrostático indicaram as regiões com maior probabilidade de receber um ataque nucleofílico ou eletrofílico. Os grupos oxigenados (éter e hidroxila) apresentaram maior concentração de elétrons, configurando regiões de baixa energia. Em contrapartida, os hidrogênios dos grupos OH, mostraram menor concentração de elétrons, configurando maior probabilidade de receber um ataque nucleofílico.

Agradecimentos

Referências

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