dissertação
Enzimologia computacional aplicada à degradação de agentes neurotóxicos organofosforados: cálculos de interação e mecanismo de reação
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
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Departamento de Química
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Agroquímica
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O estudo da reatividade e síntese de compostos de fósforo teve início no século XIX, após a
descoberta de algumas de suas propriedades tóxicas. Desde então, compostos
organofosforados (OP), também denominados neurotóxicos ou agentes dos nervos, são
utilizados como armas químicas. A toxicidade destes compostos é devido à inibição da
acetilcolinesterase (AChE), enzima responsável pelo controle da transmissão de impulsos
nervosos. A ação dos neurotóxicos como inibidores da AChE, interrompe a hidrólise da
acetilcolina (ACh), e pode conduzir à uma inibição irreversível desta enzima, resultando na
síndrome colinérgica. Algumas enzimas têm sido caracterizadas com potencial de degradar
OP. Entretanto, até o momento não foi encontrado um agente universal para o tratamento, que
seja eficaz contra todos os compostos conhecidos e seus efeitos. Em busca de ampliar as
estratégias de utilização da biorremediação, propôs-se avaliar o potencial da enzima dUTPase
em degradar agentes dos nervos. A enzima tornou-se uma forte candidata, por apresentar um
bom potencial para degradar fosfotriésteres. Foi utilizado metodologia teórica de docking
molecular, quimiometria e QM/MM a fim de avaliar o modo de interação da dUTPase com os
organofosforados neurotóxicos Sarin e VX, considerando seus enantiômeros “Rp
” e “S
p
”. Os
resultados demonstram que os dois mecanismos de degradação propostos parecem ser
promissores, principalmente com relação ao agente VX, em que a enzima apresentou uma
considerável estereosseletividade. Isso representa um ponto de partida para conduzir a uma
melhor compreensão sobre o mecanismo de hidrólise e reatividade da enzima. Dessa forma, a
dUTPase apresenta-se como uma boa opção para expandir a gama de agentes neurotóxicos que podem ser degradados.
Abstract
The study of the reactivity and synthesis of phosphorus compounds began in the 19th century,
after the discovery of some of their toxic properties. Since then, organophosphorus
compounds (OP), also called neurotoxins or nerve agents, are used as chemical weapons. The
toxicity of these compounds is due to the inhibition of acetylcholinesterase (AChE), the
enzyme responsible for controlling the nerve impulses transmission. The action of
neurotoxins as AChE inhibitors interrupts the hydrolysis of ACh, and may lead to an
irreversible inhibition of this enzyme, resulting in the cholinergic syndrome. Some enzymes
have been characterized with the potential to degrade OP. However, to date no universal agent
for treatment has been found to be effective against all known compounds and their effects. In
search for expanding the strategies of bioremediation, it was proposed to evaluate the
potential of dUTPase enzyme in degrading nerve agents. The enzyme has become a strong
candidate because it has a good potential to degrade phosphotriesters. Theoretical
methodology of molecular docking, chemometrics and QM/MM was used in order to evaluate
the interaction mode of dUTPase with the neurotoxic organophosphorus Sarin and VX,
considering their enantiomers "Rp
" and "S
p
". The results demonstrate that the two proposed
degradation mechanisms seem to be promising, especially with respect to the VX agent, in
which the enzyme showed considerable stereoselectivity. This stands for a starting point to
lead to a better understanding on the hydrolysis mechanism and reactivity of the enzyme. In
this way, dUTPase is a good option to expand the range of neurotoxic agents that can be
degraded.
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Citação
SOARES, F. V. Enzimologia computacional aplicada à degradação de agentes neurotóxicos organofosforados: cálculos de interação e mecanismo de reação. 2017. 63 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2017.
