COMPORTAMENTO CONFORMACIONAL DO ÉSTER ETÍLICO DA NACETIL-L-CISTEÍNA POR IV E CÁLCULOS TEÓRICOS.
Larissa Sens (PIBIC/CNPq-UEPG), Barbara Celânia Fiorin (Orientador),
e-mail: [email protected].
UEPG /Departamento de Química / Ponta Grossa – PR.
Química – Química Orgânica
Palavras-chave: Conformações, Química computacional, Aminoácidos.
Resumo:
Neste trabalho a substância de estudo foi o éster etílico da N-acetil-Lcisteína (EENACys). O isomerismo rotacional desta molécula foi investigado
com o emprego de cálculos teóricos. Dez geometrias de menor energia
foram obtidas. O confôrmero de maior população representou cerca de 30%
do equilíbrio, seguido de outras duas conformações com porcentagens de
24% e 17% aproximadamente. A estabilidade do confôrmero majoritário é
justificada pela proximidade do grupo tiol e da carbonila do EENACys.
Introdução
Todas as proteínas são sintetizadas a partir da ligação em seqüência de
apenas 20 aminoácidos. A cisteína (Cys) está entre esses aminoácidos,
sendo o único que apresenta o grupo tiol (SH) em sua estrutura, responsável
pela formação da ligação dissulfeto [1]. Alguns estudos apontam que
aminoácidos livres encontrados no intestino, como a cisteína, aumentam a
absorção da espécie férrica, pois formam quelatos solúveis com o ferro
[2,3].Outros estudos sugerem que os peptídeos liberados durante a digestão
no estômago podem aumentar a solubilidade de ferro não heme melhorando
sua absorção, sendo essas propriedades atribuídas aos aminoácidos
sulfurados como a cisteína [2,4].
A N-acetil-L-cisteína (NACys) é uma forma modificada da cisteína,
possuindo um grupo sulfídrico livre. Tem sido usada terapeuticamente
devido à sua propriedade de ser um precursor da glutationa, possuindo,
portanto, um papel-chave na homeostase celular, visto que a depleção de
glutationa pode causar morte celular devido à peroxidação lipídica e declínio
nos níveis de tiol-proteínas.[5] Em termos biológicos apresenta as seguintes
características: ajuda a desfazer e acabar com os mucos e desintoxicar as
substâncias perigosas no corpo, atua como um expectorante, é utilizado
como medicamento para tratamento de bronquite e antídoto para
superdosagens com paracetamol. A NACys apresenta uma ação mucolítica
pela presença de um grupo sulfídrico livre, ao qual é atribuída a propriedade
de romper as pontes ou as ligações dissulfeto das mucoproteínas que
outorgam viscosidade ao muco das secreções pulmonares [6].
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
O principal objetivo desse projeto foi realizar uma investigação
estrutural de um derivado da NACys, éster etílico da N-acetil-L-cisteína
(EENACys, Figura 1). Para esse estudo foi proposto o uso da
espectroscopia na região do IV e cálculos teóricos. Desta maneira, será
possível a visualização tridimensional do EENACys, bem como conhecer as
conformações preferidas, para a molécula isolada e em solução, e os efeitos
que favorecem as mesmas.
O
HS
O
NH
O
Figura 1 – Éster etílico da N-acetil-L-cisteína.
Materiais e métodos
Cálculos Teóricos.
Os cálculos teóricos foram realizados utilizando o pacote de programas
Gaussian 03[7]. O primeiro passo foi a construção de superfícies de energia
potencial, as quais são obtidas a partir de um cálculo com nível de teoria HF/
6-311g, que combina o giro de um ângulo diedro com um cálculo de energia
da geometria, este tipo de procedimento é convencionalmente chamado de
scan. A análise destas superfícies revelou quais são as geometrias de
menor energia, possivelmente as mais estáveis. Em busca da confirmação
das formas de menor energia, foram realizados cálculos de otimização e
frequência. Para todos os valores de energia dos confôrmeros fez-se a
correção da energia do ponto zero (ZPE). O nível de teoria empregado para
os cálculos de otimização e freqüência foi o B3LYP/cc-pVDZ.
Obtenção do EENACys.
A primeira etapa experimental do trabalho em questão foi a conversão do
cloridrato de éster etílico da L-cisteína em sua amina livre. Para a realização
deste processo, em um balão de fundo redondo de 10mL foram
solubilizadas 1g do cloridrato de éster etílico da L-cisteína, 1,36g de
NAHCO3 em 5mL de clorofórmio agitou-se durante 30 minutos. Em seguida,
a mistura foi transferida para um funil de decantação e adicionou-se 5 mL de
éter etílico, agitou-se e logo após acrescentou-se 3 mL de uma solução de
NaHCO3 saturada.Foi observada a formação de duas fases, porém apenas a
fase orgânica é de interesse, sendo essa separada da fase aquosa.
Da solução obtida anteriormente, partiu-se para a reação de
acetilação, o resíduo foi tratado a 90ºC por um período de 15 minutos com 3
mL de anidrido acético.Em seguida, o produto foi rotaevaporado e será
analisado por espectroscopia de ressonância magnética nuclear.
Resultados e Discussão
Cálculos Teóricos.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
Inicialmente foram selecionados os ângulos diedros a serem analisados, que
estão representados na Figura 2.
O
2
HS
3
1
O
NH
O
Figura 2 – Ângulos diedros
Com o cálculo de scan do ângulo diedro 1, foi obtido uma superfície
de energia potencial. Dessa superfície, retirou-se as geometrias de menores
energias que foram submetidas a outros cálculos de scan, com o giro do
diedro 2 e o mesmo foi realizado para o diedro 3.Encontramos vinte e oito
mínimos de energia, os quais foram otimizados com o nível de teoria B3LYP/
cc-pVDZ. As otimizações são necessárias para que as estruturas mais
estáveis da superfície de energia potencial se convertam em geometrias de
menor valor energético possível. Para todos os valores de energia dos
confôrmeros fez-se a correção da energia do ponto zero (ZPE), devido a
vibrações moleculares de baixa energia que não são consideradas no
cálculo de otimização. Esta correção foi realizada com o cálculo de
frequência, que além do ZPE, é capaz de caracterizar a geometria como um
“real” ponto de mínimo através da inexistência de frequências imaginárias.
Ao final destes cálculos dos vinte e oito possíveis mínimos de energia,
apenas dez estruturas foram atribuídas ao equilíbrio conformacional do
EENACys, pois os outros confôrmeros apresentaram uma diferença de
energia maior que de 2 kcal/mol em relação a estrutura de menor energia.
As três principais geometrias estão apresentadas na Figura 3.
1
2
3
Figura 3 – Principais conformações do EENACys.
Com as geometrias mais estáveis do equilíbrio foram realizados os
cálculos de população, sendo que o confôrmero 1 representou 30,06% do
equilíbrio, seguido da geometria 2 e 3 com as seguintes porcentagens
23,93%; 17,04% respectivamente. A estabilidade da primeira conformação
pode estar relacionada com a aproximação do grupo tiol à carbonila, com
uma distância de 2,53 A°.
Obtenção do EENACys
A conversão do cloridrato de éster etílico da L-cisteína em éster etílico
da N-acetil-L-cisteína, foi feita com NaHCO3 , como descrita anteriormente
nos materiais e métodos.O que foi realizado até o momento foi a reação de
conversão, porém a purificação e os espectros de infravermelho e RMN
serão os próximos passos a serem realizados.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
Conclusões
O conformêro mais estável do equilíbrio representou aproximadamente 30%
da população, esta estrutura foi a que apresentou o grupo tiol mais próximo
da carbonila. Sendo assim, com o emprego dos cálculos teóricos obteve-se
a visualização tridimensional das estruturas do EENACys, a atribuição das
conformações preferidas e suas respectivas populações para a molécula
isolada. O uso das espectroscopias de RMN e IV serão realizadas após a
obtenção do EENACys, esta etapa está em andamento.
Agradecimentos
CNPq
Fundação Araucária
FAPESP
Referências
1. DEVLIN,T.M.. Manual de Bioquímica com correlações clinicas. 1ª edição,
São Paulo: Edgard Blucher. Tradução da 5ª edição Americana, 2003.
2. FANTINI,P.A.; ET AL. Iron availability in food mixtures including foods with
high vitamin C and cysteine contents. Ciênc. Tecnol. Aliment. vol.28 nº.2
Campinas Apr./June 2008.
3. HURRELL, R. F. et al. Meat protein fractions enhance nonheme iron
absorption in humans. Journal of Nutrition, Bethesda, v. 136, n.11, p. 28082812, nov. 2006.
4. LYNCH, S. R. Interaction of iron witch other nutrients. Nutrition Review,
Lawrence, v. 55, n. 4, p. 102-110, apr. 1997.
5. OLIVEIRA,M.B.V. Efeitos de N-acetilcisteína e/ou deferoxamina no
estresse oxidativo e hiperatividade induzidos por anfetamina em um modelo
animal de mania. Tese de Mestrado – Universidade do Extremo Sul
Catarinense, 2007.
6.
http://www.mapric.com.br/anexos/boletim610_14112007_081834.pdf
acessado em 25/05/2010 ás 11:26 hr
7. M. J. Frish, et al, Gaussian 03, Revision D.02, Gaussian, Inc.,Walling ford
CT, 2004.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.