PROJETO DE PESQUISA:
Simulação Computacional de Interações
entre Materiais
Prof. Andréa Dias Quintão dos Santos
2007
Resumo

Trabalho em fase de conclusão:
o
Estudo teórico da toxidade de moléculas da família das dioxinas

Trabalhos em andamento:
o
Estudo teórico do dímero de azul de metileno – aplicação em
fototerapia do câncer.
o
Estudo teórico da interação entre hidrogênio e oxido de zinco
(colaboração com o grupo Nanomol do IF/USP).
o
Estudo teórico da poliamida (projeto de IC do aluno Renan Melhado
Mazza).

Colaborações
Trabalho em fase de
conclusão
Estudo teórico da toxidade de
moléculas da família das dioxinas
Fig.1: Possíveis posições de átomos de cloro nas
moléculas denominadas dibenzo-p-dioxinas.
Dioxinas
Dioxinas são muito conhecidas por seus efeitos tóxicos, mutagênicos e
cancerígenos aos seres vivos em geral [1,2]. Tanto dioxinas quanto furanos são
moléculas extremante tóxicas e –o que é preocupante- são geradas da
combustão de madeira, plástico, PVC, pneus, carvão, produtos de petróleo em
geral, entre outros, inclusive como sub-produtos de reações químicas. Eles são
produzidos devido à combustão incompleta de átomos de cloro. Mesmo ações
simples do nosso dia-a-dia como usar vasilhas de plástico no microondas podem
resultar na liberação de dioxinas no meio ambiente, daí a importância de se
estudar em detalhes essas moléculas.
Estamos interessados em particular em duas dioxinas com apresentam 4 átomos
de cloros distribuídos nas posições 1,4,6,9 (1469 Tetraclorodibenzo-p-dioxina
(TCDD)) e 2,3,7,8 (2378TCDD). As toxidades de outros derivados da dioxina são
comparadas à da mais tóxica de todas, a 2378TCDD. Essas duas moléculas sã
mostradas abaixo:
2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxina
(2378TCDD).
1,4,6,9-tetrachlorodibenzo-p-dioxina
(1469TCDD)
Toxidade das dioxinas
Particularmente, estamos interessados na relação entre toxidade e estrutura
das moléculas das dioxinas. É muito conhecido que um dos possíveis
mecanismos de ação das dioxinas relaciona-se com a ligação entre o grupo Ah
e o receptor de dioxinas [3-9]. Tanto o numero quanto a posição dos átomos de
cloro nos isômeros de dioxinas são extremamente importantes para a
determinação de sua toxidade e atividade biológica. De acordo com Kobayashi
[3], dioxinas apresentam oxigênios que formam ligações de hidrogênio com a
parte reativa da molécula receptora. Através de cálculos semi-empíricos em
nível AM1 (Austin Model 1 [10]), porém sem otimização completa da geometria,
eles investigaram o quanto a geometria dessas moléculas mudam em particular
quando elas interagem com aminoácidos. A escolha de aminoácidos deve-se ao
fato que experimentalmente já foi verificado que cerca de 8,4% dos receptores
de dioxinas são justamente esses aminoácidos. Em particular, vamos estudar
as interações entre 1469TCDD, 2378TCDD e os aminoácidos Phe (fenilalanina)
e Gln (glutamina), de forma a propormos novos modelos de interações entre
essas moléculas e compararmos os nossos resultados com os da literatura.
Metodologia
As estruturas moleculares foram completamente otimizadas usando o pacote
GAUSSIAN 98 [12]. As geometrias das dioxinas, aminoácidos e complexos
dioxina-aminoácidos foram obtidos usando o método híbrido de três parâmetros
de Becker com o funcional de correlação de Lee-Yang-Parr (B3LYP) usando
função de base 6-31G(d). Investigamos distribuição de cargas, momentos de
dipolo, energias de ligação, ângulos do centro ativo da ligação e a natureza das
principais ligações, a fim de entendermos os centros ativos das ligações entre
as dioxinas tetracloradas e os aminoácidos. Também foram realizados cálculos
semi-empíricos em nível AM1 e PM3 [13] para compararmos nossos resultados
com alguns conhecidos na literatura e verificarmos a eficácia de nossas
aproximações. De fato, cálculos semi-empíricos são mais rápidos e consomem
menos esforço computacional quando comparados aos cálculos B3LYP. O que
precisamos comprovar é a eficácia dessas aproximações em nível AM1 e PM3,
tão comuns na literatura quando o assunto é a otimização de macro moléculas.
A energia de interação dos complexos são obtidas de:
DE = E (dioxina- aminoácido complexo) – E(dioxina) – E (amino-ácido),
onde E é a energia total da molécula na sua geometria otimizada.
Resultados
Resultados B3LYP
Resultados AM1
Conclusões
O complexo 1469TCDD+Phe é o mais instável, com um maior ângulo diedral. De fato, as
estruturas 1469TCDD completamente otimizadas para todos os complexos de dioxinas
são estruturas bifurcadas. Quando comparamos os resultados B3LYP aos resultados PM3
e AM1 várias diferenças ocorrem. O fato dos cálculos PM3 não descreverem bem o
sistema não é surpreendente. Porém, o mesmo ocorrem com os cálculos AM1, o que é
problemático, pois a maioria dos resultados publicados na literatura fazem uso desse
método para cálculos de dioxinas 1469TCDD.
Observamos também que um próton na parte reativa da Gln é um melhor receptor eletrônico,
Isso indica que eles formam complexos mais estáveis com as dioxinas. Em particular,
2378TCDD+Gln forma uma estrutura linear. Esses ângulos têm relação direta com a
atividade biológica desses sistemas.
O método PM3 não funciona para esses sistemas. Por outro lado, os resultados AM1 fornecem
previsões semelhantes aos resultados obtidos pelo método correlacionado B3LYP/631G(d) para a dioxina mais tóxica, a 2378TCDD.
Podemos observar que as interações envolvidas com o complexo 2378TCDD são mais
intensas que para os outros complexos, o que é esperado, pois trata-se da dioxina com
maior atividade biológica.
Esses resultados foram submetidos ao JOURNAL OF MOLECULAR STRUCTURE, 2007.
Perspectivas futuras

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Estudo do momento de dipolo e das cargas
envolvidas nos complexos dioxina-aminoácidos
(colaboração do prof. Paulo Barone do IF-Juíz de
Fora).
Estudo das interações entre dioxinas e bases de
DNA (projeto de IC do aluno Renan Melhado
Mazza)
Estudo das interações entre dioxinas e a cadeia de
DNA (colaboração do prof. Dr Mário Sérgio
Mazzoni, do Depto de Física da UFMG)