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Design computacional de inibidores de protoporfirinogênio ix oxidase como potenciais herbicidas

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Universidade Federal de Lavras

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Instituto de Ciências Naturais (ICN)

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Agroquímica

Agência de fomento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tipo de impacto

Tecnológico

Áreas Temáticas da Extensão

Meio ambiente
Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis

Dados abertos

Resumo

Os herbicidas inibidores da protoporfirinogênio IX oxidase (PPO) são uma classe eficaz com aplicações de amplo espectro. Uma abordagem computacional combinada incluindo relações quantitativas de estrutura-atividade (QSAR), estudos de docking e dinâmica molecular foi desenvolvida para estudar as atividades inibitórias da protoporfirinogênio IX oxidase de uma série de compostos contendo porções derivadas de éter diarílico, benzoxazinonas fluoradas, ftalimidas e benzotiazois. Nesse contexto, novos compostos pertencentes à essas quatro classes de compostos inibidores de PPO foram recentemente sintetizados com o propósito de modificar as estruturas químicas de substâncias análogas e já conhecidas, melhorando suas propriedades herbicidas. O presente trabalho propõe o estudo em nível molecular desses compostos, com o objetivo de se encontrarem os sítios quimiofóricos (porções da estrutura molecular) responsáveis pela atividade herbicida das quatro classes de moléculas a serem estudadas. Para isso, utilizou-se a metodologia computacional de modelagem molecular MIA-QSAR (Multivariate Image Analysis applied to Quantitative Structure-Activity Relationships), bem como a ferramenta MIA-Plot, cujo design foi orientado por gráficos MIA de importância variável nas pontuações de projeção (VIP) (Variable Importance in Projection) e coeficientes de regressão PLS (b) (PLS regression coefficients) para a identificação dos sítios quimiofóricos. Finalmente, os estudos de docking foram capazes de validar as previsões do MIA-QSAR e forneceram mais informações sobre as interações ligante-enzima que governam as bioatividades desses compostos. Os gráficos MIA, bem como estudos de docking e dinâmica molecular são cruciais para a compreensão de como os diferentes substituintes estão relacionados com a atividade biológica. Portanto, compostos até então desconhecidos foram propostos com base nessas características e demonstraram ser estáveis no sítio de ligação da PPO. Consequentemente, uma rota sintética para obter esses herbicidas promissores foi proposta

Abstract

Protoporphyrinogen IX oxidase (PPO) inhibitor herbicides are an effective class with a broad spectrum of applications. A combined computational approach including quantitative structure-activity relationships (QSAR), docking studies and molecular dynamics was developed to study the protoporphyrinogen IX oxidase inhibitory activities of a series of compounds containing diaryl ether-derived moieties, fluorinated benzoxazinones, phthalimides and benzothiazoles. In this context, new compounds belonging to these four classes of PPO inhibitors were recently synthesized with the purpose of modifying the chemical structures of similar and already known substances, thereby improving their herbicidal properties. The present work proposes the study of these compounds at the molecular level, with the objective of finding the chemophoric sites (i.e., portions of the molecular structure) responsible for the herbicidal activity of the four classes of molecules to be studied. For this, the computational molecular modeling methodology MIA-QSAR (Multivariate Image Analysis applied to Quantitative Structure-Activity Relationships) was used, as well as the MIA-Plot tool, whose design was guided by MIA graphs of varying importance in the projection scores (VIP) (Variable Importance in Projection) and PLS regression coefficients (b) (PLS regression coefficients) for the identification of chemophoric sites. Finally, the docking studies were able to validate the MIA-QSAR predictions and provided more information about the ligand-enzyme interactions that govern the bioactivities of these compounds. MIA plots, as well as docking and molecular dynamics studies are crucial for understanding how different substituents are related to biological activity. Therefore, hitherto unknown compounds were proposed based on these characteristics and proved to be stable at the PPO binding site. Consequently, a synthetic route to obtain these promising herbicides has been proposed.

Descrição

Área de concentração

Química / Bioquímica

Linha de pesquisa

Química Computacional Aplicada à Agricultura

Agência de desenvolvimento

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Objetivo

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Citação

Faria, Adriana Cássia. Design computacional de inibidores de protoporfirinogênio ix oxidase como potenciais herbicidas. 2026. 215 p. Tese (Doutorado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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