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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Simulação computacional das interações entre o herbicida Glifosato e a enzima 5-Enolpiruvil-Shikimato-3-Fosfato Sintase (EPSPs) no desenvolvimento de um nanobiossensor
metadata.dc.creator: Ferreira Júnior, Moacir Fernandes
metadata.dc.contributor.advisor1: Franca, Eduardo de Faria
metadata.dc.contributor.referee1: Abrahão Júnior, Odonírio
metadata.dc.contributor.referee2: Oliveira, Osmair Vital de
metadata.dc.contributor.referee3: Ramalho, Teodorico de Castro
metadata.dc.contributor.referee4: Oliveira, Carlos Alberto de
metadata.dc.description.resumo: Este trabalho teve como objetivo, desenvolver um modelo molecular que possa descrever propriedades de equilíbrio, bem como as forças de interação envolvidas em um sistema enzima-inibidor, onde a enzima é a 5-Enolpiruvil-Shikimato-3-Fosfato Sintase (EPSPs) e seu inibidor o herbicida glifosato (GPJ). A participação do substrato Shikimato-3- Fosfato (S3P) também foi estudada. A estabilidade e a distribuição de cargas ao longo da superfície da enzima EPSPs foram analisadas para subsidiar o desenvolvimento de um nanobiossensor específico para a detecção do herbicida glifosato através da funcionalização da ponta de um microscópio de força atômica (AFM) com a enzima EPSPs. A parametrização de dois ângulos diedros para o herbicida GPJ foram obtidos através de cálculos mecânico- quânticos ao nível de Hartree Fock, utilizando como conjunto de bases o 6-31G*. Os parâmetros obtidos, relacionados aos coeficientes de Ryckaert-Bellemans, foram implementados no campo de força OPLS-AA, utilizado pelo programa GROMACS. Simulações de dinâmica molecular direcional (SMD), foram realizadas em três possíveis caminhos de retirada do herbicida do sítio ativo, aplicando-se forças harmônicas externas com constante de força equivalente à do cantiléver do AFM, com o objetivo de simular experimentos de detecção do herbicida por microscopia de força atômica. Uma expansão cumulante de segunda ordem da igualdade de Jarzynski foi utilizada para os cálculos do perfil de energia livre ao longo da coordenada de reação e, portanto, para se obter o Potencial de Força Média (PMF) das simulações de SMD. Os três caminhos escolhidos apresentaram diferentes barreiras energéticas relacionadas com o rompimento das interações do inibidor com a enzima. Estas barreiras energéticas calculadas pelas simulações estão na mesma ordem de magnitude das energias livres de ligação para sistemas semelhantes obtidas a partir das constantes de inibição experimentais.
Abstract: This work aims to developed a molecular model that can describe equilibrium properties, as well as the interacting forces involved in an enzyme-inhibitor system, where the enzyme is the 5-Enolpyruvyl-Shikimate-3-Phosphate Synthase (EPSPs) and its inhibitor is the glyphosate herbicide (GPJ). The participation of the substrate Shikimate-3-Phosphate (S3P) was also studied. The stability and distribution of charges along the surface of the EPSPs enzyme were analyzed for the development of a specific nanobiosensor for glyphosate herbicide detection through the functionalization of the tip of an atomic force microscope (AFM) with the enzyme EPSPs. The parameterization of two dihedral angles for the GPJ herbicide was obtained through mechanical-quantum calculations at the Hartree Fock level using the 6-31G* base set. The parameters obtained, related to the Ryckaert-Bellemans coefficients, were implemented in the OPLS-AA force field, used by the GROMACS program. Steered Molecular Dynamics Simulations (SMD) were performed in three possible unbinding pathways, to remove the herbicide from the active site, applying external harmonic forces with a force constant equivalent to that of the AFM cantilever, in order to simulate experiments to detect the herbicide by atomic force microscopy. A second-order cumulant expansion of the Jarzynski’s equation was used to calculate the free energy profile along the reaction coordinate and to obtain the potential of mean force (PMF) of the SMD simulations. The three paths chosen presented different energetic barriers related to the disruption of inhibitor interactions with the enzyme. These energy barriers calculated by the simulations are in the same order of magnitude as the bond free energies for similar systems obtained from the experimental inhibition constants.
Keywords: Química
Dinâmica molecular
Herbicidas
Microscopia de força atômica
Dinâmica Molecular
Enzima EPSPs
Glifosato
AFM
Potencial de Força Média
Molecular Dynamics
EPSPs enzyme
Glyphosate
AFM
Potential of Mean Force
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ:: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA:: QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Química
Citation: FERREIRA JÚNIOR, Moacir Fernandes. Simulação computacional das interações entre o herbicida Glifosato e a enzima 5-Enolpiruvil-Shikimato-3-Fosfato Sintase (EPSPs) no desenvolvimento de um nanobiossensor. 2016. 102 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/18063
Issue Date: 21-Dec-2016
Appears in Collections:TESE - Química

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