A Química Somando Forças: Ensino e Pesquisa com Empreendedorismo e Inovação
Avaliação teórica do efeito do solvente no biossensoramento do herbicida
glifosato
M.F. Ferreira Jr
(1 )
*(1)
(1)
(1)
, E.F. Franca , R.R. Faria , F.L. Leite
(2)
Universidade Federal de Uberlândia, Avenida João Naves de Ávila, 38408-100, Uberlândia-MG, Brasil;
de São Carlos – Campus Sorocaba, Sorocaba-SP, Brasil.
(2)
Universidade Federal
*e-mail: [email protected]
Palavras chave: nanobiossensor, glifosato, Modelagem Molecular.
INTRODUÇÃO
A microscopia de força atômica (AFM) é uma
ferramenta poderosa na obtenção de imagens e
medidas de força. Além disso, esta técnica pode ser
utilizada no estudo das interações específicas proteína1,2
ligante, atuando como nanobiossensores . Assim, a
funcionalização da
ponta do cantiléver (detector
mecânico)
do AFM com
a enzima
5enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPs),
enzima na biossíntese de aminoácidos aromáticos de
plantas e microrganismos, torna-se possível detectar o
herbicida
glifosato
(GPJ),
o
qual
interage
especificamente com a EPSPs. Essa interação
específica entre a enzima e um herbicida resultará em
3
resposta mecânica detectável pelo cantiléver do AFM .
Este trabalho objetiva aperfeiçoar a resposta e a
seletividade desse nanobiossensor detector de
herbicidas inibidores enzimáticos. Para isso, foi utilizado
métodos de modelagem molecular para avaliar o efeito
do solvente em relação às ligações de hidrogênio e na
energia de ligação no processo de formação do
complexo (Enzima EPSPs – GPJ – Shikimato-3fosfato(S3P)) durante a dinâmica molecular.
A Figura 1 ilustra a diminuição do número de ligações
de hidrogênio no complexo enzima-gpj-s3p, ao passo
que o número de ligações de hidrogênio aumenta entre
o complexo e a água, ao longo da trajetória de
Dinâmica Molecular.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A energia livre de ligação do complexo (enzima-GPJS3P) livre e solvatado foi calculada resolvendo
numericamente a equação não-linear de PoissonBoltzmann, cuja metodologia foi implementada no
4
programa APBS . Além disso, simulações de dinâmica
5
molecular (GROMACS 4.6 ) por 50ns do complexo
(enzima-GPJ-S3P), em solvente (água) explícito,
permitiu avaliar as ligações de hidrogênio desse
sistema.
A energia de ligação para o complexo sítio ativo-GPJS3P é favorável tanto na ausência quanto na presença
de solvente como visto na Tabela 1. Porém, na
ausência de água a energia é mais favorável, uma vez
que a presença de água dentro do sítio ativo diminui as
interações de hidrogênio entre os resíduos, o GPJ e
S3P, assim como as interações entre os próprios
resíduos, o que desfavorece a energia de ligação entre
eles.
Tabela 1. Energia livre de ligação do complexo livre e solvatado.
Sistema
ΔG ligação
-1
(KJ.mol )
Complexo
(Enzima-GPJS3P)- livre
Complexo
(Enzima-GPJS3P)- Solvatado
-45719.79
-44886.90
Figura 1: Número de ligações de hidrogênio no sítio ativo do
complexo e entre o complexo e moléculas de água.
CONCLUSÕES
Simulações de Dinâmica Molecular mostraram que a
formação da ligação do sítio ativo da enzima EPSPs
com o GPJ-S3P fica desfavorecida em soluções
aquosas. Isto sugere que a melhor resposta na
detecção do herbicida glifosato ficará favorecida em
ambiente sem a presença de água.
AGRADECIMENTOS
FAPEMIG, RQ-MG e CNPq.
REFERÊNCIAS
1
Yu.M. Efremov, E.A. Pukhlyakova, D.V. Bagrov, K.V. Shaitan
Micron 2011, 840–852.
2
Michael E. Drew, Arkadiusz Chworos, Emin Oroudjev, Helen
Hansma, and Yoko Yamakoshi,
Langmuir, 2010, 7117–7125
3
O. P. Amarante Jr, T.C.R. Santos, Quim. Nova, 2002, 420-428.
4
HOLST, M.; BAKER, N. & WANG, F. Journal of Computational
Chemistry, 2000, 1319.
5
B. Hess, C. Kutzen, D. van der Spoel, E. Lindahl. J. Chem. Theory
Comput, 200, 435-447.
XXVIII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química – MG, 10 a 12 de Novembro de 2014, Poços de Caldas - MG