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DINÂMICA MOLECULAR DOS FLAVONÓIDES NARINGIN E
NARINGENIN EM MODELO DE SURFACTANTE PULMONAR
Aluno: Júlia Barroso do Nascimento
Orientador: André Silva Pimentel
Introdução
Os flavonóides são compostos polifenólicos que constituem um amplo grupo com cerca
de 4000 moléculas encontradas em plantas. Nestas, eles possuem um papel defensivo,
ajudando-as a sobreviver em ambientes adversos, como em geadas ou secas, e atuando
principalmente na parede celular ou membranas. Para os seres humanos, a atratividade dos
flavonóides advém do amplo espectro de atividade biológica, que apresenta melhorias a
saúde, ou de seus derivados sintéticos, os quais têm potencial terapêutico, como atividade
antioxidante, anticarcinogênica, antiviral, anti-inflamatória e antimicrobiana [1,2], além de
serem facilmente absorvidos pelo corpo humano através da alimentação.
A interação entre esses compostos e bicamadas lipídicas tem sido amplamente
investigada e, uma forma de compreender melhor esses sistemas é utilizando membranas
modelo [3], as quais são formadas por lipídios que dividem as células e os diferentes
componentes celulares. Mesmo em organismos simples as membranas presentes têm alta
complexidade em sua composição, devido aos diferentes lipídios, esteróis e proteínas que as
formam. Os lipídeos são moléculas anfifílicas, isto é, são divididos em duas partes: uma
região hidrofílica, chamada de cabeça polar, e uma região hidrofóbica, que contém cadeias
hidrocarbônicas apolares. As cabeças polares podem ter forma e carga elétrica diferentes,
zwitteriônica ou negativas, enquanto as caudas podem ter ou não insaturações, variando o seu
comprimento. Essas diferenças alteram propriedades importantes das membranas tais como:
temperatura de transição de fase, área por cabeça lipídica, espessura, potencial
transmembrana, entre outras [4].
A busca de moléculas presentes em produtos naturais e nacionais é interessante por
diversos fatores, como a exploração do potencial farmacológico e baixo custo na obtenção.
Neste sentido, uma fonte relevante a ser investigada são os flavonóides presentes nas cascas
de frutas cítricas brasileiras tais como laranja, lima, morcote, ponkan, entre outras. O Brasil é
um grande produtor de sucos naturais e dentro das indústrias são gerados diariamente um
grande volume de resíduos, e, através da quantificação do conteúdo destes, cientistas
encontraram alguns flavonóides relevantes, como Quercetin, Hesperitin, Hesperidin,
Naringin e Naringenin [5].
Dentre os citados, destacam-se dois flavonóides de interesse: o Naringin e o Naringenin.
Estas moléculas possuem a estrutura do grupo flavanona semelhante, tendo como diferença
que o Naringin possui dois grupos glicosídeos, como mostrado na figura 1.
(a) (b)
Figura 1 - Estruturas moleculares dos flavonóides (a) Naringin e (b) Naringenin
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Objetivos
Deste modo, propôs-se combinar técnicas experimentais de caracterização das
monocamadas de Langmuir e simulações por Dinâmica Molecular Coarse Grained, com o
intuito de estudar a interação entre os flavonóides Naringin e Naringenin com modelos
biomiméticos de membrana formados por monocamadas de modelos de surfactante pulmonar
Curosurf, utilizados na Dinâmica Molecular Coarse Grained.
Metodologia
As simulações foram realizadas utilizando o pacote de programas Gromacs 5.0.6 [6],
com os parâmetros do campo de forças Martini, para o DPPC, POPC, POPG, POPE, DPPI,
DPPS, LPC, DPSM, proteína SPB, octanol e água, onde as moléculas dos lipídeos são
representadas por partículas que agrupam aproximadamente quatro átomos pesados. As
estruturas do Naringin e do Naringenin foram obtidas em banco de dados digitais, tendo sua
topologia para o campo de força Martini gerada através do script em python Martinize [7]. As
representações graficas das moleculas no modelo Coarse Grained podem ser visualizadas no
Anexo I.
Em seguida, um sistema bifásico octanol/água foi preparado em uma caixa retangular,
de dimensões 5x5x25 nm3, para o cálculo de energia livre pelo método umbrella sampling. As
estruturas do Naringin e do Naringenin foram inseridas na fase octanol e na fase água (Figura
2), respectivamente, e suavemente transferidas para a outra fase com espaçamentos de 0,2 nm
em um tempo 100 ns. As simulações umbrella sampling utilizaram constantes de força de 100
kJ mol-1 nm-2 com o intuito de calcular a energia livre de Gibbs da transferência.
(a) (b)
Figura 2 - Sistemas (a) Octanol-água-octanol com o flavonóide Naringin e (b) Água-octanol-agua com o
flavonóide Naringenin
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O sistema de bicamada Curosurf, com 1021 fosfolipídios em cada monocamada foi
construído utilizando o script Insane [8] com a proporção sugerida pela literatura [9], onde as
monocamadas estão separadas por uma distância de 6 nm, preenchida com água, e inseridas
em uma caixa de simulação de dimensões 25x25x40 nm3, como mostrado na figura 3.
(a) (b)
Figura 3 - Sistema do filme Curosurf com os flavonóides (a)Naringenin e (b)Naringin
Em seguida, o sistema foi submetido a etapa de dinâmica molecular por um tempo de 2 µs
utilizando termostatos e barostatos padrões. A descrição do protocolo completo encontra-se
na literatura [10]. Novamente, os sistemas foram submetidos a uma simulação de umbrella
sampling afim de calcular novamente a Energia Livre de Gibbs.
Discussão de resultados
Inicialmente, foi feita uma parametrização do modelo Coarse Grained dos flavonóides
criando um sistema água-octanol em que ambos foram inseridos. As energias livres de Gibbs
de transferência do Naringenin e do Naringin da fase aquosa para octanol foram de -3,50 e de
-0,63 kCal mol-1, respectivamente, como mostrado nas figuras 4 e 5.
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Figura 4 - Gráfico de Energia livre do flavonóide Naringenin com a coordenada de reação.
Figura 5 - Gráfico de Energia livre do flavonóide Naringin com a coordenada de reação.
A partir destes valores, os coeficientes de partição (log P) do Naringenin e do Naringin
foram de 2,56 e -0,46, respectivamente. Estes resultados teóricos estão em excelente acordo
com os dados estimados presentes na literatura [10], apresentando bons histogramas (Figuras
6 e 7) e baixos valores de erro, 1,7% para o Naringenin e 14,7% para o Naringin.
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Figura 6 - Histograma de amostragem do Naringenin.
Figura 7 – Histograma de amostragem do Naringin.
Em seguida, foi preparado um modelo em Coarse Grained do filme do surfactante
pulmonar Curosurf que contém uma mistura complexa de fosfolipídios e proteína surfactante
B (SPB). O modelo desta proteína foi preparado e parametrizado utilizando a modelagem por
homologia, onde obteve-se uma estrutura de equilíbrio bastante estável. Os resultados podem
ser visualizados nas figuras 8 e 9.
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.
Figura 10 - Gráfico de Energia livre do flavonóide Naringenin no modelo de Curosurf.
Figura 11 - Gráfico de Energia livre do flavonóide Naringin no modelo de Curosurf.
Os resultados de parametrização do modelo Curosurf mostraram bom acordo com a
literatura [11]. Ao final da simulação, o valor da energia Livre de Gibbs permaneceu
crescente. Os valores encontrados de variação de energia entre o início e o vale foi de -5,03
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kcal mol-1 para o Naringenin e -4,00 kcal mol-1 para o Naringin, pois os flavonóides
permaneceram na interface. Os histogramas gerados pela dinâmica estão representados
abaixo nas figuras 12 e 13.
Figura 13 - Histograma Naringenin
Figura 14 - Histograma Naringin
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Conclusões
A parametrização dos flavonóides no sistema água-octanol foi feita com sucesso e os
modelos ficaram adequados. A dinâmica molecular Coarse Grained dos flavonóides no
modelo de filme Curosurf mostrou que não há colapso em 2 μs em uma tensão superficial de
30 mN m-1. Conclui-se também que o Naringenin e o Naringin permanecem nas cabeças
polares.
ANEXO I - Modelos Coarse Grained dos fosfolipídeos de dos flavonóides
(a) (b)
(c) (d) (e) (f)
(g) (h) (i) (j)
As estruturas sao: (a) Naringin, (b) Naringenin, (c) DPPC, (d) POPC, (e) POPG, (f) POPE, (g)
DPPI, (h) DPPS, (i) LPC e (j) DPSM
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