De aminoÃcidos a proteÃnas: medidas e cÃlculos ab initio de propriedades estruturais e eletrÃnicas de polimorfos cristalinos de glicina e a interaÃÃo entre Clorotetraciclina e o receptor TetR / De aminoÃcidos a proteÃnas: medidas e cÃlculos ab initio de propriedades estruturais e eletrÃnicas de polimorfos cristalinos de glicina e a interaÃÃo entre Clorotetraciclina e o receptor TetR

Marcelo Zimmer Sampaio Flores

Glicina Ã o mais simples dos aminoÃcidos protÃicos existentes e o Ãnico nÃo quiral, tendo como cadeia lateral um Ãtomo de hidrogÃnio. Na forma gasosa, ela se apresenta em forma nÃo-iÃnica, enquanto que em soluÃÃo ou cristal, ela assume uma forma iÃnica chamada de zwitterion. Embora em termos moleculares nÃo exista L- ou D-glicina, ela apresenta grande versatilidade em sua forma cristalina, ocorrendo em vÃrias fases polimÃrficas, dentre as quais as trÃs principais sÃo: ?-, ?- ou ?-glicina, contendo respectivamente quatro, duas e trÃs molÃculas por cÃlula unitÃria. Na presente dissertaÃÃo, foram realizados cÃlculos de primeiros princÃpios baseados na aproximaÃÃo do gradiente generalizado da teoria do funcional da densidade (DFT-GGA) usando o funcional PBE para as seguintes formas de tratamento dos elÃtrons de caroÃo: todos os elÃtrons (TE), pseudopotenciais ultramacios e pseudopotenciais de norma conservada (NC). CritÃrios elevados de convergÃncia foram adotados e os resultados estruturais obtidos coincidem satisfatoriamente com os resultados experimentais e teÃricos existentes na literatura. A estabilidade cristalina foi estudada tanto pela energia por molÃcula, quanto pela anÃlise populacional de Mulliken e energias de ligaÃÃo dos elÃtrons de caroÃo. Foi obtida a seqÃÃncia ?>?>?, onde ? Ã o polimorfo mais estÃvel, em detrimento da ordem de estabilidade obtida experimentalmente (?>?>?). Essa discordÃncia, entretanto estÃ em acordo com o jÃ obtido por Chisholm et. al. (J. A. Chisholm et. al., Crystal Growth &Design 5(4), 1437, 2005). A absorÃÃo Ãtica foi calculada, e mostrou que o cristal de ?-glicina apresenta uma menor dependÃncia com a polarizaÃÃo da radiaÃÃo incidente que os outros polimorfos estudados. Todos os polimorfos apresentaram gaps indiretos na estrutura de banda. AlÃm das simulaÃÃes teÃricas, foram feitas medidas de absorÃÃo Ãtica e espectroscopia de fotoelÃtron de raios-X (XPS) apenas em cristais de ?-glicina crescidos atravÃs do mÃtodo de evaporaÃÃo lenta de solvente. Da absorÃÃo, foi obtido um gap de energia de 5,11 Â 0.02 eV, enquanto que do XPS foram obtidas as energias de ligaÃÃo dos elÃtrons em orbitais profundos para os Ãtomos de C, N e O. AlÃm disso, a anÃlise do XPS detectou a presenÃa de cloro e sÃdio, em baixas concentraÃÃes. A interpretaÃÃo dos resultados experimentais foi feita comparando com os resultados obtidos teoricamente pelos trÃs mÃtdos descritos acima. A absorÃÃo calculada apresenta grande dependÃncia com a polarizaÃÃo da radiaÃÃo incidente, devido ao arranjo espacial das molÃculas de glicina que cria uma resultante dipolar na direÃÃo 100. O XPS foi interpretado analisando as densidades parciais de estados eletrÃnicos obtidas atravÃs dos cÃlculos com TE, alÃm da comparaÃÃo entre os nÃveis de orbitais 1s para os Ãtomos nÃo hidrogÃnio. Nesse caso, a diferenÃa entre os resultados experimentais e os teÃricos foi inferior a 5%. Medidas de luminescÃncia foram feitas em cristais de ?-glicina com temperaturas variando de 4 K a 300 K. CÃlculos baseados na teoria do funcional da densidade dependente do tempo foram realizados e permitiram o assinalamento do pico em 3,4 eV no espectro de luminescÃncia como sendo uma assinatura molecular. Por fim, como aplicaÃÃo, foram calculadas as energias de interaÃÃo do antibiÃtico Tetraciclina (Tc) com os resÃduos de aminoÃcidos pertencentes ao sÃtio de ligaÃÃo da proteÃna repressora Tet responsiva Ã Tc (TetR). Tc sÃo uma famÃlia de antibiÃticos de largo espectro que exibem atividade contra um grande nÃmero de bactÃrias gram-positiva e gram-negativa. As energias de interaÃÃo foram computadas para todos os resÃduos da TetR (aminoÃcidos do sÃtio de ligaÃÃo) interagentes com a Tc, a partir das posiÃÃes atÃmicas obtidas experimentalmente e disponibilizadas no Protein Data Bank sob a identificaÃÃo 2TCT. Os cÃlculos de energia foram realizados atravÃs da teoria do funcional da densidade com a aproximaÃÃo do gradiente generalizado (DFT-GGA) em conjunto com o funcional hÃbrido de correlaÃÃo e troca proposto por Becke-Lee-Yang-Parr (BLYP). Foi usado o conjunto de base numÃrica dupla com polarizaÃÃo (DNP) com um raio orbital de corte de 4,9 Ã. Os resultados obtidos sÃo coerentes com os jÃ propostos, a menos de uma discrepÃncia na interaÃÃo entre a Met177 e a tetraciclina, que estÃ muito mais intensa que a esperada. Apesar disso, os resultados sugerem que a metodologia empregada possa ser utilizada em outros sistemas, alÃm de sugerir quais modificaÃÃes na estrutura da Tc podem ser feitas de forma a potencializar a aÃÃo antibiÃtica.

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