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i
UFRRJ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
QUÍMICA ORGÂNICA
Tese
Estudo e Desenvolvimento do Modelo Teórico de
Inibição da Enzima Tripanotiona Redutase de
Leishmania spp. por uma Classe de N,N´-
difenilbenzamidinas
Marco Antonio Soares de Souza
2007
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ii
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA ORGÂNIC
A
ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DO MODELO TEÓRICO DE
INIBIÇÃO DA ENZIMA TRIPANOTIONA REDUTASE DE
LEISMANIA SPP. POR UMA CLASSE DE N,N´-
DIFENILBENZAMIDINAS
MARCO ANTONIO SOARES DE SOUZA
Sob a Orientação da Professora
Aurea Echevarria Aznar Neves
e Co-orientação do Professor
Carlos Mauricio Rabello de Sant'Anna
Seropédica, RJ
Março de 2007
Tese submetida como requisito
parcial para obtenção do grau de
Doutor em Ciências, Área de
Concentração em Química
Orgânica
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iii
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA ORGÂNICA
MARCO ANTONIO SOARES DE SOUZA
Tese submetida ao Programa de Pós-Graduação em Química Orgânica, área de
Concentração em Química Orgânica, como requisito parcial para obtenção do grau
de Doutor em Ciências
TESE APROVADA EM 31/03/2007
Neves. Dra.
iv
UFRRJ / Biblioteca Central / Divisão de Processamentos Técnicos
547
S729e
T
Souza, Marco Antonio Soares de, 1967-
Estudo e desenvolvimento do modelo
teórico de inibição da enzima tripanotiona
redutase de Leishmania ssp. Por uma classe
de N,N’- difenilbenzamidinas / Marco
Antonio Soares de Souza – 2007.
105f. : il.
Orientador: Aurea Echevarria Aznar
Neves.
Tese (doutorado) – Universidade Federal
Rural do Rio de Janeiro, Programa de Pós-
Graduação em Química Orgânica.
Bibliografia: f. 81-961.
1. Química orgânica - Teses. 2.
Inibidores enzimáticos – Teses. 3.
Leishmania - Inibidores - Teses. I.
Echevarria, Aurea. II. Universidade
Federal Rural do Rio de Janeiro. Programa
de Pós-Graduação em Química Orgânica. III.
Título.
Bibliotecário: _______________________________ Data: ___/___/______
v
RESUMO
S
OUZA
, Marco Antonio Soares de. Estudo e Desenvolvimento do Modelo Teórico de
Inibição da Enzima Tripanotiona Redutase de Leishmania spp. por uma Classe de
N,N´-difenilbenzamidinas. 2007. 103p. Tese (Doutorado em Química Orgânica).Instituto
de Ciências Exatas, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2007
Este trabalho teve como proposta central, o estudo e a criação de um modelo teórico de
inibição da tripanotiona redutase de Leishmania spp para um total de sete N,N´-
difenilbenzamidinas, monossubstituidas por grupamentos: H, NO
2
, CH
3
, OCH
3
, CN, Br e
Cl. Os compostos foram sintetizados através de rota específica, sendo posteriormente
avaliados para uma possível atividade biológica frente a algumas espécies de
microorganismos, em especial tripanossomatídeos, onde esta classe de moléculas
apresentou resultados bastante interessantes. O composto metóxi-derivado demonstrou ser
altamente promissor, pois associa uma alta atividade contra o parasita aliada à baixa
citotoxicidade para o hospedeiro. Estudos de inibição enzimática, realizados no
Laboratório de Bioquímica de Tripanosomatídeos da Fundação Oswaldo Cruz (RJ),
demonstraram que esta classe de amidinas apresenta capacidade inibitória da enzima
tripanotiona redutase, fundamental ao mecanismo de defesa do parasita contra as células
do sistema imunológico do hospedeiro. Levantamentos da literatura indicam ser esta
enzima um alvo molecular estratégico para o desenvolvimento de drogas ativas contra
tripanossomatídeos. A partir de dados experimentais de atividade biológica e modelos
estruturais obtidos por técnicas de cristalografia de raio-x e modelagem molecular, foram
estabelecidas algumas hipóteses na tentativa de elucidar o mecanismo de inibição destes
compostos frente à enzima. A primeira hipótese envolveu a possibilidade de ataque
nucleofílico ao carbono amidínico por um grupamento sulfeto de Cis 52 presente no sítio
ativo da enzima. Porém impossibilidades estéricas e termodinâmicas demonstraram ser
esta hipótese pouco provável. A partir da constatação de que compostos aromáticos
costumam sofrer, em sistemas biológicos, processos de epoxidação por enzimas como a
citocromo P
450
epoxidase, por exemplo, estudamos a possibilidade de ser um derivado
epoxidado, da molécula ministrada ao parasita, o responsável pela formação de um
complexo covalentemente ligado à enzima. Dados obtidos por modelagem molecular
utilizando o método semi-empírico PM3, apresentaram resultados satisfatórios a esta
hipótese indicando, para os modelos gerados, quais são os aminoácidos envolvidos na
formação do complexo enzima-inibidor, além da constatação de que a formação da ligação
covalente apresenta entalpias favoráveis da ordem de aproximadamente -20 kcal.mol
-1
para
as amidinas epoxidadas estudadas.
Palavras-Chave: Amidinas. Leishmania. Tripanotiona Redutase. Modelagem Molecular
vi
ABSTRACT
S
OUZA
, Marco Antonio Soares de. Study and Development of Theorical Modelo f
Inhibition of the Enzyme Trypanothione Reductase of Leishmania spp. by a Class of
N,N´-diphenilbenzamidines. 2007. 103 p. (Doctor Scientiae in Organic Chemistry).
Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Química, Universidade Federal Rural do
Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2007.
The present work aims to study and develop a theoretical model for the inhibition of
trypanothione reductase from Leishmania spp by seven NN´-diphenilbenzamidines,
monosubstituted with the following groups: H, NO
2
, CH
3
, OCH
3
, CN, Br e Cl. Compounds
were synthesized through a specific route and lately evaluated for a biological activity for
some species of microorganisms, particularly trypanosomatids, showing interesting results.
The methoxy-derived compound seemed to be very promising, due to its high activity
against parasite plus its low citotoxicity for the host. Studies of enzymatic inhibition,
performed in the Laboratório de Bioquímica de Tripanosomatídeos da Fundação Oswaldo
Cruz (RJ) showed that this class of amidines has inhibitory activity for trypanothione-
reductase, essential to the parasite defense against cells of host immune system. Records in
literature indicate this enzyme to be a strategical molecular target for the development of
drugs against trypanosomatids. From experimental data of biological activity and structural
models obtained from x-ray crystallography and molecular modeling, two hypothesis were
set in order to elucidate the mechanism of enzyme inhibition by these compounds. The first
one involved the possibility of a nucleophilic attack to the amidinic carbon by a sulfide
group of Cis 52 presented in the enzyme active site. Nevertheless, stericals and
thermodynamical disabilities showed that this is an improbable hypothesis. Considering
that, in biological systems, aromatic compounds are usually submitted to epoxidation by
enzymes such as, for example, cytochrome P
450
epoxidase, we studied the possibility of an
epoxided derivative of the original molecule exposed to parasite be the one involved in the
formation of a covalently bounded complex to the enzyme. Data obtained from molecular
modeling using semi-empirical method PM3 showed results that support this hypothesis
indicating which amino acids are involved in the formation of enzyme-inhibitor complex
for the developed models, additionally it was detected that the formation of covalent
bound showed a favorable enthalpy of nearly -20 kcal.mol
-1
for the studied epoxided
amidines.
Keywords:
Amidines. Leishmania. Trypanohione Reductase. Molecular Modeling.
vii
“Antes de saber qual seria o assunto
da minha escolha, já havia me
decidido a ser um professor”
Erwin Schrödinger
viii
AGRADECIMENTOS
Antes de qualquer coisa gostaria de agradecer a Deus por me conceder a benção de
ter chegado até aqui.
Também serei eternamente grato à Professora Aurea Echevarria pelo estímulo,
compreensão e apoio constantes, sem os quais esta jornada, com certeza, não teria sido
concluída. Além de servir como exemplo e inspiração de uma vida dedicada à ciência e ao
próximo.
Agradeço ao Professor Carlos Maurício Sant´Anna pela co-orientação,
ensinamentos, e pronto atendimento sempre que necessário.
À Dra Leonor Leon pelo acesso ao Laboratório de Bioquímica de
Tripanossomatídeos (FIOCRUZ-RJ-BR) sem o qual uma parte importante, e fundamental,
deste trabalho não teria sido realizada.
A todos os professores do Programa de Pós-Graduação em Química Orgânica da
UFRRJ, em particular aos Professores Aurélio Baird Buarque Ferreira e Ceres Gomes que,
ainda na graduação, me estimularam nos caminhos da pesquisa e da docência. Parte do que
sou hoje, como profissional, devo a vocês dois.
À minha mulher, e companheira de todas as horas, Miliane, que me ajudou com seu
apoio incondicional e nas revisões deste trabalho.
Aos meus filhos, Tiago e Isabela, que me dão a certeza de que minha existência
tem valido a pena.
Sou imensamente grato a Christine, Katarina, Mário Sérgio, Rodney e Sandro,
meus ex-alunos na graduação, que me enchem de orgulho ao trilharem o caminho da Pós-
Graduação em Química Orgânica. Vocês (e todos os meus alunos) são, de fato, meu maior
estímulo na busca do conhecimento e atualização constantes.
Não posso deixar de expressar meu agradecimento a todos os funcionários do
Departamento de Química da UFRRJ, em particular ao Aldir, Áurea (in memorian),
Carlão, Eli, Fábio, Maurício, Osmar e Rui, pela cordialidade, apoio e, principalmente, bom
humor, sempre presentes nestes vinte anos de convivência.
E, finalmente, faço uma menção especial aos amigos da Rural e da Pós-Graduação
em Química Orgânica: Aninha, Carlos Alberto, Christian, Dari, Edson, Hélio Júnior,
Irineu, Javier, Márcia, Moisés, Miguel e Walter. Saibam que a amizade e admiração que
nutro por vocês é incondicional e perene.
ix
ÍNDICE GERAL
1 INTRODUÇÃO.........................................................................................................
1
2
REVISÃO DE LITERATURA................................................................................
6
2.1 A Doença e o Parasita............................................................................................ 6
2.2 A Quimioterapia..................................................................................................... 15
2.3 Mecanismos de Defesa do Parasita....................................................................... 18
(o papel da Tripanotiona Redutase e da Citocromo P
450
)
2.4 As Amidinas............................................................................................................ 22
2.4.1 Principais Atividades Biológicas das Amidinas................................................ 23
2.4.2 Síntese das N,N’-Difenil-4-R-Benzamidinas..................................................... 25
2.4.3 Considerações Gerais Sobre Compostos Biológicamente Ativos.................... 26
2.5 A
Modelagem Molecular.......................................................................................
27
2.5.1
Mecânica Molecular............................................................................................
28
2.5.2 Métodos Quânticos.............................................................................................. 34
2.5.3 Programas e Abordagens Utilizadas em Modelagem Molecular.................... 35
2.5.4 Banco de Dados Sobre Estrutura de Proteínas................................................
38
3 OBJETIVOS.............................................................................................................. 40
4 MATERIAIS E
MÉTODOS....................................................................................
41
4.1 Síntese das Amidinas.............................................................................................
41
4.2 Ensaios Biológicos.................................................................................................. 41
4.3 Modelagem Molecular...........................................................................................
41
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO.............................................................................. 45
5.1 Ensaios Biológicos e Busca de Correlações com Efeitos Eletrônicos.................
45
5.2 Modelagem das
N,N
’
-
Difenil
-
4
-
R
-
Benzamidinas para Construção
do.............
51
Modelo de Interação Li
gante X Receptor
x
5.3 Construção do Modelo de Interação Ligante / Receptor.................................... 57
5.3.1 Construção do Modelo Teórico, por Modelagem e Homologia, .................... 57
da Enzima Tripanotiona Redutase de Leishmania Donovani
5.3.2 Construção do Modelo Teórico de Inibição da Tripanotiona......................... 60
Redutase de Leishmania spp. A Partir da Adição Nucleofílica ao
Derivado Epoxidado
6
CONCLUSÕES
.............
............................................................................................
80
7 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA........................................................................ 81
8 ANEXOS.................................................................................................................... 97
1
1 INTRODUÇÃO
Segundo a O
RGANIZAÇÃO
M
UNDIAL DE
S
AÚDE
(OMS, 2002), “
Saúde
é o estado
que nos capacita a levar uma vida social e economicamente produtiva. Além disso, saúde é
um direito humano básico”.
Existe, na atualidade, uma imensa lacuna entre as expectativas do homem moderno
e as possibilidades apresentadas pela ciência no desenvolvimento de tecnologias e avanços
científicos capazes de melhorar a sua qualidade de vida.
A ciência moderna trabalha limitada por três fatores: probabilidade, possibilidade e
previsibilidade. O fator probabilidade apresenta-se como uma variável independente do
tempo, sendo possível especular, por exemplo, que é muito provável que o homem possa
vir a colonizar Marte, porém a possibilidade de que isto venha a ocorrer depende das
tecnologias que deverão ser desenvolvidas, ao longo do tempo, para dar suporte a tal
empreitada.
A previsibilidade passa a ser um fator no qual o tempo serve como parâmetro de
mínimo e máximo. É previsível que, com a exponencial redução de tempo entre as novas
descobertas e avanços científicos, dentro de dez anos tal viagem seja empregada. Portanto,
baseados nestas premissas, podemos afirmar que o principal fator limitante, para a ciência
moderna, é a POSSIBILIDADE.
A possibilidade para que novos avanços sejam empregados para o bem estar do ser
humano depende das condições criadas para que os indivíduos voltados ao
desenvolvimento da ciência realizem novas descobertas, avanços científicos e
tecnológicos.
Baseado numa projeção, que na grande maioria das vezes é demasiada otimista, o
homem moderno espera que tais descobertas sejam apresentadas à humanidade em espaços
de tempo muito reduzidos em relação ao tempo real para que tais avanços sejam, de fato,
aplicáveis para a promoção do seu bem estar.
Assim, vivemos uma era em que o “previsível” e o “provável” assumem ares de
“possível”, porém, no mundo físico real, manipulável e humano, nem sempre o previsível e
o provável tornam-se possíveis.
Cada avanço demanda um enorme esforço (excetuando-se as descobertas
acidentais), e a soma de incontáveis pequenas descobertas, muitas vezes prováveis de
serem previstas e tornadas possíveis, geram resultados aplicáveis.
2
Ao homem da nossa era resta a expectativa de que esta ciência gere avanços que
possam promover melhorias na sua qualidade de vida, principalmente nos aspectos
materiais como: saúde, moradia, transporte, etc, e emocionais como: espiritualidade,
equilíbrio mental, estabilidade econômica, etc.
Assim, enfatizando-se o aspecto “saúde”, algumas indagações devem ser feitas por
aqueles que dedicam suas vidas à produção do conhecimento científico:
_Como utilizar esta ciência, exclusivamente, para promoção de bem estar do ser
humano?
_Quais devem ser os fatos prováveis e previsíveis que devem ser priorizados no
desenvolvimento da ciência, para que reais possibilidades venham a emergir?
_Como reduzir o tempo das novas descobertas para atender a imensa expectativa do
homem moderno quanto aos avanços científicos capazes de promoverem a melhoria da sua
qualidade de vida?
_Como tornar esta ciência mais próxima do ser humano para que, de fato, as
descobertas científicas venham a ser utilizadas em prol do seu bem individual e/ou
comunitário e não ao contrário, independente de classe social, etnia, etc?
_Qual o limite de tempo que devemos achar razoável para que determinados
avanços estejam ao alcance do homem?
Com certeza estas não são questões simples de serem respondidas, porém, graças
aos avanços observados em determinadas áreas, algumas indagações, se não respondidas,
podem ao menos ser consideradas dentro de parâmetros razoáveis e reais, uma vez que
determinados instrumentais vêm tornando possíveis inúmeras descobertas passíveis de
aplicabilidade.
Uma área da ciência em particular, dentro da Química, que vem se destacando nas
últimas décadas, pelos seus avanços e pela sua relevância na promoção da saúde humana, é
a Química Medicinal.
Uma das principais premissas desta ciência baseia-se na busca e compreensão dos
fatores químicos e físico-químicos que determinam os mecanismos de ação dos compostos
ativos frente a sistemas biológicos (B
ARREIRO
, 2002).
Dados como os modos de interação de biomacromoléculas com compostos
potencialmente bio-ativos, mecanismos de ação, biodisponibilidade, metabolismo, etc.,
vêm de encontro a um dos objetivos centrais da Química Medicinal, que consiste na busca
3
de “alvos” moleculares capazes de apresentar interações específicas e seletivas a um
determinado organismo.
Entende-se por “alvo” qualquer biomomolécula que possa apresentar diferenciação
em sua função celular a partir da interação desta com outra molécula produzida fora do
organismo (K
OROLKOVAS
,
1988).
Técnicas de QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship) buscam avaliar,
quantitativamente, como variações estruturais dentro de uma mesma classe de compostos,
interferem no comportamento biológico de um determinado fármaco (V
ANHOUTTE
,
1997).
Paralelamente, estudos de Modelagem Molecular desenvolvem modelos teóricos capazes
de elucidar quimicamente o mecanismo de ação destes compostos
(M
ONTANARI
, 1998).
A partir do momento que se conhece a estrutura da molécula receptora na célula, se
torna mais fácil propor estruturas análogas à de um fármaco, ou classe de compostos
testada, que sejam, pelo modelo teórico, capazes de interagir quimicamente com mais
eficiência e seletividade com a molécula alvo existente na célula.
A junção dos dados obtidos pelas técnicas de QSAR, com os modelos sugeridos
pela química teórica (via Modelagem Molecular), culminando com a proposta para síntese
de substâncias que sejam potencialmente mais ativas, é que chamamos modernamente (em
resumo e sem considerar alguns outros aspectos) de “Planejamento Racional de Fármacos”
(B
ARREIRO
,
2002).
Graças à evolução da informática, a Modelagem Molecular tornou-se mais uma
ferramenta disponível aos químicos para o estudo da estrutura molecular, caracterizada
pela capacidade de produzir uma grande quantidade de informações a um baixo custo. Os
métodos de modelagem molecular mais amplamente utilizados são baseados nos modelos
da mecânica molecular e da mecânica quântica, dentre os quais destacam-se, pela
capacidade de obter informações eletrônicas de sistemas com um número elevado de
átomos, típicos dos problemas da Química Medicinal, os métodos semi-empíricos.
Nos últimos anos, foram desenvolvidas técnicas que permitem a construção de
modelos de interação ligante-receptor mais simples, que não necessitam levar em
consideração todos os átomos do sistema e que podem ser operadas em equipamentos de
baixo custo. Uma dessas técnicas, chamada modelagem de pseudo-receptores
(S
ANT
’A
NNA
et al.,
1999), baseia-se no conceito de que apenas uma região relativamente
pequena da biomacromolécula é responsável pela interação efetiva com o ligante, sendo
esta região denominada sítio ativo.
4
Para se aplicar essa técnica na avaliação da ação de inibição de uma substância
sobre uma determinada enzima, por exemplo, a primeira etapa consiste na busca de
informações sobre o sítio ativo da enzima (aminoácidos componentes e sua distribuição
espacial) a partir de dados da literatura e de bancos de dados de acesso público, como o
Protein Data Bank
(PDB). Conhecendo-se estas informações estruturais, os principais
aminoácidos do sítio ativo são isolados para a construção do pseudo-receptor.
Uma vez identificados os aminoácidos fundamentais, e tendo como ponto de
partida classes de compostos, reconhecidamente inibidores da enzima, ou ainda o próprio
substrato, inicia-se o estudo propondo o(s) mecanismo(s) de inibição do(s) fármaco(s)
frente à biomacromolécula, buscando-se um modelo mais eficiente de interações para as
classes de compostos propostos na teoria.
A Modelagem Molecular, portanto, assume seu papel de “catalisadora” em um
processo que, segundo dados obtidos da literatura, demanda um tempo e custo médios,
para o desenvolvimento de novos fármacos, em torno de 10 anos e 20 milhões de dólares,
respectivamente, gastos em pesquisa básica e aplicada, sendo uma boa parte destes
recursos gastos em ensaios de atividade, muitas vezes conduzidos de forma quase aleatória
(K
OROLKOVAS
,
1988).
Estes dados sinalizam um problema de extrema gravidade que se resume no baixo
interesse da Indústria Farmacêutica mundial no financiamento de projetos que busquem o
desenvolvimento de fármacos capazes de “curar” moléstias tidas, por diversos fatores,
como doenças que afetam populações de baixa renda. Portanto, técnicas que busquem a
redução dos valores, normalmente gastos na pesquisa e produção de novos medicamentos,
devem ser muito bem recebidas pela comunidade científica mundial, em sua grande
maioria composta por indivíduos comprometidos com uma ciência que não seja delimitada
por barreiras econômicas ou sociais e voltada à promoção do bem estar do ser humano na
sua totalidade.
A associação da Modelagem Molecular à Química Medicinal, pode reduzir
substancialmente o tempo e o custo no desenvolvimento de novos medicamentos, pois,
como ferramenta, a Modelagem pode apresentar parâmetros que otimizem os processos de
triagem quanto às substâncias biologicamente ativas, além de permitir a criação de
modelos capazes, numa situação ideal, de simular os mecanismos de interação
fármaco
↔
receptor, servindo como suporte para orientação na síntese de compostos com
5
maior capacidade de interação com o ligante e que poderão ser, potencialmente, mais
ativos.
Neste trabalho buscamos desenvolver um modelo teórico para interação de uma
classe específica de
N,N’
-difenil-4-R-benzamidinas onde R= H, Me, MeO, NO
2
, Br, Cl e
CN, frente à enzima tripanotiona redutase, existente em tripanossomatídeos.
O composto metóxi-substituído, assim como os outros seis derivados, apresentou-
se ativo, frente à
Leishmania amazonensis
e
Trypanosoma evansi
(dois gêneros de
tripanossomatídeos) tendo seu potencial destacado em razão das baixas doses
biologicamente ativas, bem como por sua baixa citotoxicidade, quando comparado ao
principal fármaco atualmente utilizado contra estes parasitas, a pentamidina, servindo,
portanto, como estrutura de partida para a construção de modelo de interação
fármaco
↔
receptor (G
OMES
-C
ARDOSO
et al
, 1998 (a) e (b)).
A síntese, os ensaios biológicos e os trabalhos de Modelagem Molecular foram
desenvolvidos pela parceria estabelecida entre o Laboratório de Síntese Orgânica da
Professora Dra. Áurea Echevarria (UFRRJ-RJ-BR), Laboratório de Bioquímica de
Tripanossomatídeos da Professora Dra. Leonor Leon (FIOCRUZ-RJ-BR) e o Laboratório
de Modelagem Molecular do Professor Dr. Carlos Maurício R. de Sant´Anna (UFRRJ-RJ-
BR), respectivamente.
6
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 A DOENÇA E O PARASITO
A doença
determinada por parasitos do gênero
Leishmania sp
denomina-se leishmaniose e
atinge cerca dois milhões de indivíduos, anualmente, ao redor do mundo (Figura 1)
(OPS/OMS, 2006). Está presente em todos os continentes, exceto na Antártida e na
Oceania, e em praticamente todos os estados brasileiros.
Figura 1:
Distribuição da Leishmaniose ao redor do mundo (em vermelho)
(http://geo.arc.nasa.gov/sge/health/sensor/diseases/leish.html) – acessado em 02/2007
A leishmaniose é uma das mais importantes parasitoses existentes em todo o
planeta, dada a sua capacidade de disseminação, bem como pelo polimorfismo de suas
manifestações clínicas, associado às condições gerais de saúde e sócio-econômicas do
hospedeiro, sendo classificada como a segunda causa de morte entre as doenças
parasitárias, após a malária. Suas principais manifestações patológicas, as formas
reconhecidas como
tegumentar
(ou
cutânea) e
visceral
(também conhecida como Calazar)
são as mais comumente observadas na América do Sul, incluindo-se o Brasil, sendo a
forma visceral potencialmente mortal se não tratada por um período que varia, em média,
de um a dois anos após o aparecimento dos sintomas (S
OUZA
, 2000).
Por definição, a leishmaniose tegumentar é uma enfermidade polimórfica da pele e
das mucosas, caracterizada pela presença de lesões ulcerosas, indolores, únicas ou
múltiplas (forma cutânea simples), lesões nodulares (forma difusa) ou lesões cutâneo-
mucosas (forma cutâneo-mucosa) que afetam regiões nasofaríngeas concomitante ou após
7
uma infecção cutânea inicial. Esta última é desfigurante e pode ser fatal por acometimento
respiratório secundário (S
OUZA
, 2000).
Historicamente, descrições da leishmaniose cutânea podem ser encontradas no
primeiro século d.C., na Ásia Central. As lesões encontradas nos doentes eram referidas de
acordo com a região em que ocorriam, como ferida de Balkh, nome de uma cidade do
Norte do Afeganistão, Botão de Aleppo, na Síria, e Botão de Bagdá, no Iraque. Esta
doença era conhecida por viajantes como Botão-do-Oriente (G
ENARO
, 1997).
Na América, a doença é relatada em cerâmicas peruanas e colombianas da época
pré-colombiana (400 a 900 d.C.), tendo sido documentada em potes sob a forma de faces
humanas com mutilações do nariz e dos lábios, muito semelhante às encontradas na
leishmaniose cutâneo-mucosa (G
OLDMAN
, 1983).
As primeiras descrições clínicas datam do século XVI e foram feitas por Oviedo,
em 1535, e por Pizarro, em 1571, que se referiam a uma doença que destruía o nariz e
cavidades bucais de índios na encosta da Cordilheira dos Andes. Em 1764, Bueno publicou
observações mostrando que, no Peru, a leishmaniose cutânea era transmitida pela picada de
flebotomíneos. A primeira observação dos parasitos pertencentes ao gênero
Leishmania
foi
feita por Cunningham, em 1885, em casos de leishmaniose visceral na Índia (H
ERRER
,
1975).
No Brasil, a leishmaniose cutânea era conhecida por Cerqueira desde 1855 através
da comparação de lesões da pele similares ao Botão-do-oriente. Em 1908, durante a
construção da Estrada de Ferro Noroeste do Brasil, em São Paulo, ocorreram numerosos
casos, principalmente na cidade de Bauru, ficando conhecida como Úlcera-de-Bauru
(N
EVES
, 2005).
Gaspar Viana introduziu o tártaro emético como tratamento inédito das
leishmanioses em 1912, e durante muito tempo este foi o único fármaco utilizado como
agente terapêutico das leishmanioses tegumentares (R
ATH
,
2003;
B
ERMAN
,
1988)
Cerqueira, em 1920, e Beaurepaire-Aragão, relataram evidências da transmissão
envolvendo flebotomíneos. Ao mesmo tempo, o papel destes vetores foi evidenciado no
Velho Mundo (G
ENARO
, 1997).
Segundo estimativa da OMS, a cada ano ocorrem aproximadamente 1 milhão e
meio de novos casos de leishmaniose cutânea no mundo (OPS/OMS, 2006). Durante a
guerra do Irã-Iraque, cerca de 1 milhão de pessoas apresentaram quadros clínicos de
leishmaniose tegumentar, uma vez que a área do conflito estava localizada em região de
8
alta transmissão da doença. No Brasil, segundo relatório do Sistema de Vigilância Sanitária
do Ministério da Saúde, no período de 1980 a 2006, ocorreram 610.268 casos notificados
de Leishmaniose Tegumentar (vide Anexo 1a)
Estes exemplos de alta incidência da doença, com grande número de indivíduos
com lesões incapacitantes, desfigurantes e algumas vezes fatais, como nas leishmanioses
viscerais, levaram a OMS a incluir esta doença entre as seis mais importantes endemias do
mundo.
Segundo considerações da Organização Pan-Americana de Saúde (OPS) e
Organização Mundial de Saúde (OMS), as leishmanioses são enfermidades de impacto nas
áreas menos favorecidas, afetando setores mais vulneráveis da população. Isto gera uma
distorção absurda no conceito doença
↔
grupo sócio-econômico, pois, baseados nessa
conclusão, podemos supor, e de fato isto é observado, que indivíduos de maior poder
aquisitivo não só são menos susceptíveis a parasitoses como apresentam maiores
possibilidades de cura. Também pode-se concluir que, por ser a leishmaniose uma
parasitologia transmitida por picada de inseto, indivíduos pertencentes a uma classe
econômica mais elevada possuem mecanismos de controle destes vetores mais sofisticados
e eficientes.
Este fato acaba por classificar, em nível global, a leishmaniose como uma patologia
típica de populações pobres, existindo, portanto, um mínimo interesse por parte das
indústrias farmacêuticas no financiamento de projetos voltados ao desenvolvimento de
fármacos contra a doença. Desse modo, o aumento, nos últimos anos, da incidência
notificada, da letalidade e das áreas geográficas envolvidas, é motivo de preocupação
(OPS/OMS, 2006).
Uma ocorrência pouco usual de leishmaniose, em soldados que retornaram da
Guerra do Golfo, foi relatada à época do conflito. Embora portadores de
L. tropica
, espécie
causadora de típicas
úlceras localizadas
, tais indivíduos, provavelmente devido ao estresse
a que foram submetidos, desenvolveram uma forma
viscerotrópica
da doença (W
ILSON
,
1993).
Hoje, reconhece-se que fatores como desnutrição e estresse, comumente
observados em populações de baixa renda, são, se não agravantes, fortes indicadores de
gravidade nos portadores de leishmaniose (P
EARSON
et al
., 1992).
Dentre as inúmeras espécies de
Leishmania
descritas, algumas foram identificadas
como causadoras da leishmaniose cutânea em humanos (G
RIMALD
&
T
ESH
, 1993),
9
pertencentes aos subgêneros
Viannia
e
Leishmania
(L
AISON
&
S
HAW
, 1987). A espécie
L.
braziliensis
, juntamente com
L. tropica
,
L. major, L. mexicana, L. amazonensis e L.
guyanensis
formam o complexo que comumente causa a leishmaniose tegumentar.
L.
braziliensis
apresenta ampla distribuição geográfica e a maior prevalência no País,
principalmente fora da região amazônica (M
ARZOCHI
&
M
ARZOCHI
,
1994).
As regiões mais atingidas são as áreas peri-urbanas, com características rurais,
geralmente em encostas de morros, onde o meio ambiente sofreu alterações. A doença é
predominante entre a população de baixa renda, que vive em habitações precárias em
saneamento (M
ARZOCHI
et al
.,
1985).
A distribuição geográfica da
Leishmania
, como de outros agentes infecciosos
disseminados através de um vetor, é o resultado da interação dinâmica entre vetores,
reservatórios, parasitas e fatores ambientais. A movimentação dos indivíduos e as
transformações exercidas sobre o ambiente determinam a introdução de novos grupos
geneticamente relacionados provenientes de áreas diferentes em uma determinada região
predispondo a ocorrência de surtos (S
ARAVIA
et al
., 1998).
Atualmente, as medidas de controle utilizadas assumem características mais
abrangentes, envolvendo estratégias relacionadas ao conhecimento das espécies dos
parasitas, dos vetores, das possíveis fontes de infecção, aspectos clínicos, distribuição
geográfica, fatores históricos e sócio-econômicos envolvidos. No entanto, ainda há
necessidade de maior integração entre os diversos serviços de saúde e de melhor
adEquação das tecnologias utilizadas para diagnóstico, tratamento e profilaxia (M
ARZOCHI
&
M
ARZOCHI
,
1994).
A participação de animais domésticos no ciclo epidemiológico da Leishmaniose
Tegumentar (LT) é discutida desde o início do século quando P
EDROSO
(1913) e B
RUMPT
&
P
EDROSO
(1913) relataram as primeiras observações de cães naturalmente infectados
com LT no estado de São Paulo. Entretanto, durante vários anos esses animais foram
considerados hospedeiros acidentais (P
ESSOA
&
B
ARRETO
, 1948) ou mesmo, pouco
suscetíveis à infecção (F
ORATTINII
et al
., 1973). Contudo, outros estudos demonstraram a
presença de cães infectados em áreas endêmicas tanto de LT (C
OUTINHO
et al
., 1981) como
Leishmaniose Visceral (M
ARZOCHI
et al
., 1985, C
OUTINHO
et al
., 1985). Atualmente,
acredita-se no envolvimento dos animais domésticos, tais como cães e cavalos, como fonte
de infecção (S
CHUBACH
et al
., 1998), além de raposas em ambiente selvagem.
10
Do mesmo modo, a participação humana na epidemiologia das infecções vem
sendo avaliada, como demonstra um estudo desenvolvido por S
CHUBACH
et al
.
(1998),
onde dois indivíduos, submetidos ao tratamento padrão utilizando-se os fármacos de
primeira escolha e devidamente recuperados das lesões clínicas, foram investigados por
longos períodos pós-cura, tendo sido possível isolar formas parasitárias das cicatrizes das
lesões. Concluiu-se que indivíduos, clinicamente sãos, albergam parasitos intracelulares
latentes, mas potencialmente virulentos e, o mais importante, que a quimioterapia de
eleição não pode ser considerada como 100% eficiente.
No Brasil os principais vetores transmissores da leishmaniose cutânea são insetos
do Gênero
Lutzomyia
, da subfamília
Phlebotominae
, conhecidos popularmente como
“mosquito palha”, “asa-branca”, “bi(a)rigui”, “bererê” ou “tatuquira” (Figura 2), sendo
comumente encontrado em algumas regiões do país, e endêmico de matas fechadas e de
vegetação variada. Seu ciclo de vida é curto e seus hábitos bem definidos (M
ELBY
et al
.,
1992).
Os vetores mudam de acordo com a espécie de Leishmania:
•
Os vetores de
Leishmania amazonensis
são:
Lu. flaviscutellata
, a
Lu.
reducta
e a
Lu. olmeca
nociva (Amazonas e Rondônia), insetos que têm
hábitos noturnos, vôo baixo e são pouco antropofílicos.
•
Os vetores de
Leishmania guyanensis
são:
Lu. anduzei
,
Lu. whitmani
, e
Lu.
umbratilis
que é o principal vetor, costumando pousar durante o dia em
troncos de árvores e atacar o homem em grande quantidade quando
perturbado.
•
Para
Leishmania braziliensis
, quando em áreas silvestres, o único vetor
demonstrado transmissor foi o
Psychodopigus wellcomei
, encontrado na
Serra dos Carajás, altamente antropofílico, picando o homem mesmo
durante o dia e com grande atividade na estação das chuvas já em ambientes
modificados, rural e peri-domiciliar, os vetores mais freqüentes são
Lu.
whitmani
,
Lu. intermedia
e
Lu. migonei
.
A Leishmaniose Visceral (LV), forma mais grave da doença, é uma zoonose
causada por parasitos pertencentes ao Gênero
Leishmania
, complexo
Leishmania
donovani
, que está representado pelas espécies
L. (Leishmania) donovani
,
L. (L.)
archibaldi
,
L. (L.) infantum
e
L. (L.) chagasi
, sendo que nas Américas, a
Leishmania
11
(Leishmania) chagasi
é a espécie incriminada como causadora da doença. A LV está
presente nos quatro continentes, apresentando uma estimativa de incidência anual de
500.000 casos. A grande maioria dos casos tem sido relatada em regiões do leste Africano,
Índia e Brasil. No Brasil, ocorre em 20 estados, situados em quatro das cinco regiões
geográficas do País (D
ESJEUX
, 2004). No período compreendido entre os anos de 1984 a
2004, o número de casos de LV registrado foi de 60.889, com uma incidência de 2 casos
para cada 100.000 habitantes, apresentando uma tendência ao crescimento (vide Anexo
1b). Sua maior incidência encontra-se no Nordeste, com 67 % do total das notificações
(B
RASIL
, 2003)
No Brasil, a
Lutzomyia longipalpis
é considerada a principal espécie transmissora
da
L. (L.) chagasi
, e mais recentemente, a
Lutzomyia cruzi
foi incriminada como vetor no
Estado de Mato Grosso do Sul (S
ANTOS
, 1998). Seu habitat é o domicílio e o peridomicílio
humano onde se alimenta de sangue do cão, do homem, de outros mamíferos e aves. As
fêmeas têm hábitos antropofílicos, pois necessitam de sangue para desenvolvimento dos
ovos. Durante a alimentação, introduzem no hóspede, através da saliva, um peptídeo que se
considera um dos mais potentes vasodilatadores conhecidos. Após 8 a 20 dias do repasto,
as leishmanias evoluem no tubo digestivo destes mosquitos, que estarão aptos a infectar
outros indivíduos.
Figura 2:
“mosquito palha” – família:
Psychodidae
; ordem:
Díptera;
gênero:
Lutzomyia
. Também conhecido como: ”asa-branca”, “bi(a)rigui”, “bererê” ou
“tatuquira”
12
Embora popularmente conhecidos como “mosquitos” estes insetos pertencem à
mesma ordem das mosca, em razão de sua morfologia.
Existem aproximadamente 700 espécies de flebotomíneos das quais cerca de 70 são
consideradas capazes de transmitir doenças aos seres humanos. As espécies pertencentes
ao gênero
Lutzomya
possuem um ciclo de vida ainda pouco estudado.
O gênero
Leishmania
spp. (R
OSS
, 1903), agrupa espécies de protozoários
unicelulares pertencentes à família
Trypanosomatidae
e à ordem
Kinetoplastida
,
encontrados na forma flagelada promastigota no trato digestivo do hospedeiro
invertebrado, insetos da subfamília
Phlebotominae
, e na forma amastigota, sem flagelo
livre, como parasita intracelular obrigatório do sistema fagocítico mononuclear dos
hospedeiros vertebrados (W
ILSON
,
1993;
W
OLDAY
et al
.,
1997). As morfologias amastigota
e promastigota são ilustradas na Figura 3.
Figura
3:
Leishmania - A – Forma amastigota; B – Forma promastigota
O ciclo de disseminação do parasito envolve uma correlação direta entre o
homem
↔
reservatório
↔
vetor. No aspecto epidemiológico da leishmaniose visceral, os
cães domésticos têm um papel fundamental porque são os reservatórios domésticos da
doença. No meio silvestre os cachorros-do-mato e, principalmente, as raposas
desempenham esta função. O vetor da doença, conforme já detalhado, é a fêmea dos
flebotomíneos do gênero
Lutzomyia
.
Os reservatórios normalmente são acometidos por um parasitismo cutâneo intenso.
Cães e raposas são excelentes fontes de infecção para os flebotomíneos e, portanto,
mantêm os ciclos tanto em ambiente domiciliar como silvestre, respectivamente.
B
A
13
Os cães foram encontrados infectados em todos os focos de doença humana e
constituem o principal elo de transmissão. As raposas fazem o papel de reservatórios
silvestres. O papel do ser humano, cães, raposas e flebotomíneos pode ser ilustrado na
Figura 4.
Figura
4:
Ciclo de transmissão da Leishmaniose envolvendo
Homem
↔
Reservatório
↔
Vetor
As formas amastigotas são ingeridas durante o repasto sanguíneo do vetor, e
transformam-se nas formas promastigotas no intestino do inseto (Figura 5).
Homem
Roedores
silvestres
Caninos
silvestres
Cão Doméstico
Flebótomos
Flebótomos
Flebótomos
14
Figura 5:
Ciclo biológico do parasita
•
O Inseto vetor injeta o parasita na sua morfologia infectiva (promastigota),
durante o repasto sanguíneo ;
•
A forma promastigota é fagocitada por macrófagos do hospedeiro ;
•
No interior do macrófago a leishmania transforma-se em amastigota ;
•
As formas amastigotas multiplicam-se infectando outros grupos celulares
afetando tecidos diferentes, dependendo espécie de Leishmania , originando
as manifestações clínicas da leishmaniose;
•
O flebotomíneo torna-se infectado ao ingerir macrófagos do hospedeiro,
infectados com as formas amastigotas, durante as refeições de sangue ( , );
•
No intestino do vetor, os parasitas diferenciam-se nas formas em promastigotas
, que se multiplicam e migram ao probóscide do inseto .
As formas promastigotas constituem uma população heterogênea. Na fase
exponencial de crescimento são formas não-infectivas, denominadas procíclicas,
facilmente destruídas por células do sistema imune do hospedeiro, como, por exemplo, os
macrófagos (R
USSELL
&
T
ALAMAS
-R
OHANA
,
1989;
P
IMENTA
et al
.,
1992). Posteriormente
Estágios no Vetor
Estágios no
Hospedeiro
= Fase Infec
tiva
= Fase
Diagnóstico
15
se diferenciam em formas metacíclicas, de fase estacionária, resistentes e altamente
infectivas para macrófagos.
A diferença entre ambas está relacionada ao aumento da expressão e do
comprimento da cadeia do lipofosfoglicano (LPG), molécula de superfície do parasito que
possui participação fundamental no processo infeccioso (S
ACKS
,
1992;
W
ILSON
,
1993;
SARAIVA
et al
.,
1995). Acredita-se que durante a diferenciação da forma promastigota
procíclica em promastigota metacíclica, o LPG sofra extensas modificações, que incluem o
alongamento da molécula, devido ao aumento significativo do número de unidades de
oligossacarídeos fosfatados, e ao aumento da expressão da arabinopiranose, em lugar da
β
-
galactopiranose na extremidade terminal da cadeia de açúcares (S
ACKS
et al
.,
1990;
M
C
C
ONVILLE
et al
.,
1992;
S
CHLEIN
,
1993). O alongamento do LPG impede o ataque, por
células do sistema imune do hospedeiro, à membrana celular do parasito, explicando a alta
resistência das formas metacíclicas à lise mediada por este sistema (P
UENTES
et al
.,
1988,
1991).
A redução dos resíduos de galactose terminais e o alongamento do comprimento
flagelar nas formas metacíclicas controlam negativamente a adesão específica dos
promastigotas em desenvolvimento ao intestino do inseto vetor (P
IMENTA
et al
.,
1992;
S
CHLEIN
,
1993). A capacidade de aderência das formas procíclicas ao intestino do vetor
parece ser um mecanismo seletivo desenvolvido para retenção destas e a inoculação apenas
das formas infectivas, metacíclicas, do protozoário no hospedeiro vertebrado, durante o
repasto sanguíneo (S
CHLEIN
,
1993).
2.2 A QUIMIOTERAPIA
A primeira conduta terapêutica contra a leishmaniose foi introduzida em 1912 pelo
médico brasileiro Gaspar Vianna, com o uso do tártarato emético (tártarato duplo de sódio
e antimônio). Por muito tempo, esta foi a única opção de tratamento (R
ATH
et al
., 2003).
Em seguida, foram utilizados os antimoniais trivalentes, que foram substituídos
pelos pentavalentes por serem, estes, menos tóxicos (R
ATH
et al
., 2003).
Atualmente, os antimoniais pentavalentes consistem na medicação de primeira escolha
para o tratamento de leishmaniose tegumentar americana. Existem dois tipos: o
16
estibogliconato de sódio (Pentostan
) e o antimoniato de
N
-metilglicamina
(Glucantime
), sendo este último o único disponível no Brasil (L
EÃO
, 1997; F
RÉZARD
,
2005), Figura 6.
O
Sb
O
O
O
OH
Sb
O
-
O
O
O
O O
-
-
O O
CH
2
OH
CH
2
OH
OH
HO
3Na
+
CH
2
NH
2
CH
3
OHH
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
(OH)
2
Sb O
O
Figura 6: Estruturas do Pentostan® e Glucantime®, respectivamente
A pentamidina (Pentacarinat
) tem sido utilizada com sucesso no tratamento da
leishmaniose por
Leishmania guyanensis
, sendo adotada como segunda opção ou até
mesmo primeira, como no tratamento de crianças (B
ODLEY
, 1995) Figura 7.
O O
NH
NH
2
HN
NH
2
Figura 7: Estrutura da pentamidina.
O uso de isotianato (em vez de mesilato) de pentamidina é mais indicado por causar
menos efeitos colaterais. Seus principais efeitos colaterais são dores, indurações e
abscessos no local da aplicação, náuseas, vômitos, adinamia (fadiga muscular), mialgia,
cefaléia, hipotensão, lipotímia (desmaios), entre outros. É contra-indicada em gestantes,
portadores de diabetes, insuficiência renal, insuficiência hepática e doenças cardíacas
(F
ERNANDES
, 1997).
A anfotericina B (Fungizon
), Figura 8, é empregada quando não se obtém
resposta ao tratamento com os compostos antimoniais. Devido à sua toxicidade, o paciente
17
deve permanecer hospitalizado durante o tratamento. Algumas formulações alternativas
deste antibiótico estão disponíveis, porém ainda é observada uma grande incidência de
alteração das funções renais em 80% dos indivíduos tratados (S
OTO
, 2004).
Figura 8: Estrutura da anfotericina B.
Mais recentemente o alquilfosfolipídeo miltefosina, inicialmente utilizado como
anti-tumoral (U
NGER
el al
., 1989), começou a ser empregado, com sucesso para tratamento
da leishmaniose visceral na Índia (G
ELB
&
H
OL
, 2002). Entretanto, apesar da excelente
eficácia, este antibiótico apresenta alguns efeitos colaterais graves, incluindo
teratogenicidade, em cerca de 60% dos pacientes tratados com a dose mínima
recomendada (K
AMINSKY
, 2002), Figura 9.
O
P
O
N
+
O O
Figura 9: Estrutura da Miltefosina
O antimoniato de
N
-metilglicamina (Glucantime®), é o único medicamento anti-
leishmaniose disponível no Brasil e apresenta diversos efeitos colaterais, como artralgia,
mialgia, inapetência, náuseas, vômitos, epigastralgia, dor abdominal, febre, prurido,
fraqueza, cefaléia, tontura, insônia, entre outros. Pode causar alterações
eletrocardiográficas e nefrotoxicidade. É contra-indicado na gravidez, por ser abortivo, e
em casos de cardiopatia, nefropatia, hepatopatia, doença de Chagas e tuberculose
pulmonar. Nos casos de varicela, herpes zoster e malária, elas devem ser tratadas antes de
iniciar ou continuar o tratamento (L
EÃO
, 1997). Em função destes severos efeitos
18
colaterais, é um fármaco que possui uma série de restrições à sua utilização
(B
EZERRA
,2004)..
Para agravar este quadro de restrição ao uso deste fármaco, alguns autores têm
descrito cepas de
Leishmania
resistentes ao Glucantime® e há casos de pacientes
refratários ao tratamento. Há algumas evidências sobre uma relação entre o sucesso da
terapia e o estado imunitário do doente (S
OUZA
, 2000), o Glucantime não agiria senão
naqueles casos em que o macrófago estaria ativado. A favor deste ponto de vista ocorre o
fato de que pacientes imunodeprimidos em geral são refratários ao tratamento. Por esse
motivo a OMS tem estimulado as pesquisas com drogas alternativas, sendo propostos
multicentros de investigações no Mediterrâneo e África para leishmaniose visceral e na
América do Sul para leishmaniose tegumentar, visto que a associação do vírus da AIDS
com a leishmaniose tem elevado sua casuística (OPS/OMS, 2006).
2.3 MECANISMOS E DEFESA DO PARASITA (o papel da Tripanotiona Redutase e
enzimas do complexo Citocromo P
450
)
Neste tópico serão discutidos alguns aspectos inerentes às estratégias de defesa do
parasita na sua forma amastigota, infectante das células do hospedeiro.
Conforme descrito anteriormente, a primeira etapa infectiva da
Leishmania
spp
consiste na infecção de macrófagos ativados no momento da picada do inseto vetor. A
diferenciação da forma promastigota metacíclica para a amastigota no ambiente
intracelular pode ser caracterizada como um mecanismo de defesa, neste caso em
particular, um modo de adaptação evolutiva (N
EVES
, 2005). A membrana celular na forma
amastigota apresenta proteínas de superfície capazes de neutralizar quimicamente a ação
tóxica da célula do sistema imune.
As principais formas de neutralização, contra agressões externas, adotadas pelos
tripanossomatídeos são análogas a muitas das estratégias de detoxicação observadas em
células eucarióticas de mamíferos. Mecanismos de oxidação, clivagem, neutralização de
radicais livres e transformações diversas, são comuns nestas espécies. No entanto,
assumem papel fundamental os mecanismos de redução, via conjugação das substâncias
19
agressoras ao parasita, promovidos pela molécula tripanotiona (
N
1
,
N
8
-bis(glutationil)
espermidina) (C
AMUS
et al
, 1995).
A principal função desta biomacromolécula é atuar como anti-oxidante permitindo,
por exemplo, no caso das leishmânias, que substâncias oxidantes liberadas pelos
macrófagos, células que albergam o parasita em mamíferos, sejam neutralizadas.
A glutationa (L-
γ
-glutamil-L-cisteinilglicina) desempenha papel semelhante em
células do hospedeiro (J
ANES
, 1990). No entanto, a enzima responsável pela sua síntese, a
glutationa redutase, muito embora apresente uma boa homologia equivalente no parasita, a
tripanotiona redutase, diferenciam-se estruturalmente em seus sítios ativos, pois ambas são
extremamente dependentes de seus substratos específicos (S
TOLL
et al
, 1997; D`S
ILVA
,
2000).
A tripanotiona redutase (TR) é uma flavoproteína dissulfeto redutase específica de
tripanossomatídeos, fundamental para a sobrevivência do parasita (Z
HANG
, 1993; K
ELLY
,
1993;
D
UMAS
,
1997).
É uma enzima tetramérica capaz de transportar hidrogênios redutores de moléculas
de FAD (flavina dinucleotídeo) para a forma oxidada da tripanotiona, usando, para esta
finalidade, uma ponte de dissulfeto entre duas cisteínas presentes no sítio ativo da enzima.
O mecanismo exato de transmissão destes hidrogênios não é detalhado na literatura. Sua
atuação baseia-se na redução da tripanotiona gerando um contínuo fornecimento do
antioxidante na sua forma ativa (reduzida) (K
URIYAN
,
1990).
O mecanismo de redução da tripanotiona oxidada, em comparação à glutationa
oxidada, possibilita entender a razão pela qual as enzimas, embora apresentem funções
semelhantes, bem como boa homologia, sejam substrato-especificas.
(A
BOAGYE
, 1992)
Nas duas formas, uma importante diferença consiste na presença de um grupamento
carregado positivamente na tripanotiona (F
AERMAN
, 1996). As formas reduzidas
apresentam grandes diferenças conformacionais e estruturais, sendo, de fato, moléculas
com um alto grau de diferenciação estrutural. A Figura 10 ilustra os mecanismos de
redução da tripanotiona em comparação à glutationa.
20
O
H
OH
S
S
O
COO
-
N
N
H
3
N
NH
CH
2
)
3
NH
2
CH
2
)
4
NH
H
3
N
N
N
O
HCOO
-
O
H
O
+
+
NADPH + H
NADP+
+
(
(
(
(
+
+
+
O
H
OH
SH
O
COO
-
N
N
H
3
N
NH
CH
2
)
3
NH
2
CH
2
)
4
NH
H
3
N
N
N
O
HCOO
-
O
H
O
SH
Tripanotiona dissulfeto (T[S]
2
)
(Forma oxidada)
Tripanotiona (T[SH]
2
)
(Forma reduzida)
H
3
N
N
N COO
-
COO
-
O
S
S
H O
H
H
3
N
N
N COO
-
O
HCOO
-
O
H
+
+
NADPH + H
NADP+
+
H
3
N
N
N COO
-
COO
-
O
H O
H
HS
2
Glutationa dissulfeto (GSSG)
(Forma oxidada)
Glutationa (GSH)
(Forma reduzida)
Figura 10: Diagrama esquemático de redução da Tripanotiona e da Glutationa a partir de
suas estruturas oxidadas
Muito embora, as enzimas apresentem boa homologia, artigos da literatura
sinalizam a grande especificidade da tripanotiona redutase (TR), em relação ao seu
substrato, em tripanossomatídeos (H
UNTER
,
1992; A
UMERCIER
, 1994; C
ENAS
,
1994;
M
ARSH
,1997)
Também encontramos dados na literatura comparando as diferenças estruturais
entre a TR e a sua análoga em mamíferos, a glutationa redutase (GR) (B
ENSON
, 1992).
21
A TR teve sua estrutura elucidada por S
HAMES
et al
em 1988, apresentando
pequenas variações na seqüência de aminoácidos em relação às espécies-especificas de
tripanossomatídeos (T
AYLOR
, 1994).
T
AYLOR
et al
(1994) também compararam o alto grau de homologia desta enzima
para espécies distintas de tripanossomatídeos, destacando as sensíveis diferenças em
relação à sua análoga no hospedeiro. Tal observação merece destaque em razão da
possibilidade do desenvolvimento de substâncias capazes de apresentar um amplo espectro
de ação contra diversos tripanossomatídeos patogênicos como, por exemplo, o
Trypanosoma cruzi
, agente da Doença de Chagas, e
Trypanosoma evansi
, agente da
Doença das Cadeiras, de importância em eqüídeos (G
OMES
-C
ARDOSO
et al
,
1999).
Os aminoácidos responsáveis pela atividade catalítica da TR são conhecidos
(B
AILEY
,
1993), sendo extremamente importantes as Cisteínas 52 e 57, por estarem
diretamente envolvidas no mecanismo de transferência dos hidrogênios redutores da
flavina dinucleotídeo para a tripanotiona oxidada.
A estrutura tridimensional da enzima tripanotiona redutase de
Crithidia fasciculata
,
bem como de outras espécies de tripanossomatídeos, está disponível no
Protein Data Bank
(http://www.rcsb.org/pdb/) (B
AILEY
, 1993) podendo se constatar, através da literatura, um
elevado grau de homologia entre as enzimas desta espécie e de
Leishmania
spp.
A hipótese para o desenvolvimento de estruturas com capacidade de inibição
seletiva da TR foi sinalizada inicialmente por H
OL
em 1986, tendo como objetivo o
desenvolvimento de fármacos direcionados ao parasita, minimizando sensivelmente efeitos
colaterais advindos de interações com a GR no hospedeiro. Ao longo do tempo diversos
trabalhos sinalizaram a TR como alvo estratégico para desenvolvimento de fármacos com
potencial atividade anti-tripanossomatídeos (F
AIRLAMB
,
1985; F
AIRLAMB
, 1990; W
ALSH
,
1991;
H
UNTER
,1997; G
ARFOTH
,
1997;
C
HAN
,
1998;
B
ONSE
1999 Bonze, 2000; K
RAUTH
-
S
IEGEL
,
2003,
C
ASTRO
-P
INTO
, 2004).
Porém, a abordagem pautada na utilização da modelagem molecular como
ferramenta útil a este objetivo, no estudo da TR, é bem mais recente, sendo o presente
trabalho um dos pioneiros.
Outro mecanismo químico de defesa do parasito, usualmente descrito, baseia-se na
ação de enzimas oxidativas dependentes do complexo Citocromo P
450
, capazes de
aumentar a polaridade de compostos lipossolúveis via mecanismos de oxidação como
hidroxilação e epoxidação
(M
ONTELLANO
, 1995).
22
A Figura 11 ilustra o processo de formação de óxidos de arenos (epóxidos
formados em anéis aromáticos) por intermédio da Cit P
450
(M
ONTELLANO
, 1995).
O
Fe
Cit P
450
Cit P
450
Fe
O
O
.
Figura 11:
Formação de óxidos de arenos por intermédio da Cit P
450
.
2.4 AS AMIDINAS
As amidinas são compostos orgânicos caracterizados pela presença dos
grupamentos C=N e C-N, que proporcionam propriedades específicas das funções
azometina e amina, respectivamente.
A ligação C-N possui um caráter parcial de ligação dupla, devido ao efeito de
ressonância envolvendo os grupamentos C=N e C-N, conforme a Figura 12.
R
N
N
R
2
R
1
R
3
R
N
R
2
R
1
R
3
N
Figura 1
2
:
Efeito de ressonância envolvendo a classe das amidinas.
Quando ligados a anéis aromáticos, núcleos amidínicos apresentam grande
conjugação, interligando efeitos eletrônicos à distância entre os grupos posicionados em R,
R
1
, R
2
e R
3
(O
SZCZAPOWICZ
,1986). Tais efeitos podem ser avaliados comparando-se o
caráter eletrofílico do carbono amidínico com as constantes de Hammet, por exemplo
(E
XNER
,
1972)
23
Analisando-se em termos de atividade biológica, não podemos ignorar a relevância
destes efeitos sobre mecanismos de interação específicos ligante
↔
receptor.
A adequada análise de parâmetros estruturais e eletrônicos desta classe de
compostos, na busca de eventuais centros reativos na molécula, deve levar em
consideração, portanto, os efeitos conjugados entre diferentes anéis aromáticos mono ou
poli-substituídos.
2.4.1 PRINCIPAIS ATIVIDADES BIOLÓGICAS DAS AMIDINAS
Os compostos amidínicos apresentam uma ampla gama de atividades biológicas
correlacionadas. Dentre os compostos amidínicos, com atividade biológica relatada, a
pentamidina e o Berenil® (Figura 7, agentes terapêuticos anti-tripanossomas africanos) são
os mais representativos.
As diamidinas aromáticas apresentam atividade tripanocida, antifúngica,
antibacteriana, antiviral e antitumoral (B
ERMAN
, 1988).
Existem correlações estabelecidas entre a estrutura da pentamidina e sua atividade
frente a
Plasmodium falciparum
,
L. mexicana
e
L. amazonensis
(B
ELL
, 1990).
B
ASSELIN
et al.
(1997) descreveram que a pentamidina, utilizada na clínica contra
casos de leishmanioses resistentes aos antimoniais pentavalentes, apresenta bons resultados
em pacientes imunodeprimidos.
Diversos cloridratos da classe das difenilbenzamidinas, particularmente com
substituintes metoxila na posição
orto
e
para
dos anéis aromáticos ligados diretamente ao
nitrogênio da função amidina, apresentam atividade anestésica local e a benzamidina cloro-
para
-substituída apresenta atividade antitumoral e anti-HIV (E
CHEVARRIA
et al.
, 1996).
As diamidinas interferem na síntese de poliaminas, inibindo a utilização de
S
-
adenosil-L-metionina por inibirem enzimas como a ornitina descarboxilase e a espermidina
sintetase, impedindo, assim, a síntese de moléculas importantes para a manutenção da vida
do parasito (B
ACHARACH
et al.
, 1979; B
ASSELIN
et al.
, 1997). Além disso, elas são capazes
de se ligar ao DNA em regiões ricas em seqüências A – T (adenina – timina) (B
ERNAM
,
1997).
A pentamidina, usada no tratamento da leishmaniose cutânea, apresentou-se menos
tóxica do que os antimoniais pentavalentes, embora tenham sido observados alguns efeitos
24
adversos expressivos, como mialgias, dor no local da administração, náuseas, dores de
cabeça e hipotensão (B
ASSELIN
, 1997). Entretanto, para o tratamento da leishmaniose
visceral, sendo necessária a administração de altas doses de pentamidina, os efeitos tóxicos
observados são maiores do que os apresentados pelos antimoniais pentavalentes, havendo
exacerbação dos efeitos já citados e a incidência de taquicadia e hiperglicemia (B
ERMAN
,
1988).
Em 1996, o grupo de pesquisa de B
ANERJEE
(1996) propôs o encapsulamento de
pentamidina em lipossomas revestidos por açúcares como forma de melhorar o
direcionamento do fármaco para as células–alvo, aproveitando os processos de endocitose
mediada por receptores.
Os trabalhos de C
ANTO
-C
AVALHEIRO
et al.
(1997, 2000) demonstraram o efeito
anti-tripanossomatídeos de diversos compostos da classe das
N,N’
-difenil-R-benzamidinas,
em testes realizados contra formas epimastigotas e tripomastigotas de
T. cruzi
. Tais
derivados apresentaram baixa atividade frente ao
T. cruzi
para as duas formas estudadas,
mas em relação à atividade anti-
Leishmania
, alguns dos derivados, apesar de mostrarem
variação quanto à atividade para ambas as formas evolutivas de
L. amazonensis
,
apresentaram-se altamente eficazes, em especial os compostos bromo e metóxi-substituído
(C
ANTO
-C
AVALHEIRO
et al
, 2000). Posteriormente, T
EMPORAL
et al.
(2002) descreveram
que a metoxiamidina não apresenta toxidez para a célula hospedeira e, na concentração
equivalente ao seu valor CE
50
,
impede a interiorização de
L. amazonensis
.
O derivado
N,N
’-difenil-4-metoxi-benzamidina foi também estudado quanto à sua
atividade frente a proteína quinase A, envolvida na etapa de fosforilação do cAMP de
Leishmania amazonensis
na forma evolutiva de promastigotas, contendo grande
quantidade de formas metacíclicas, e amastigotas axênicas, mostrando efeito inibitório
(G
ENESTRA
,
et al
,
2001). Além disso, este derivado metoxilado mostrou-se também ativo
na interação macrófago-parasito envolvendo a produção de óxido nítrico (NO),
especificamente na enzima óxido nítrico sintase (cNOS) produzida por
L. amazonensis
, em
comparação com a pentamidina, indicando menor atividade desta (T
EMPORAL
et al.
, 2005).
G
ENESTRA
e colaboradores (2005) também demonstraram o efeito da
N,N
’-difenil-4-
metoxi-benzamidina na produção do óxido nítrico pela
L. amazonensis,
sendo que na
forma de promastigotas, o derivado amidínico inibiu a produção em 23,53%, enquanto que
a pentamidina apenas em 3,78%. Na forma de amastigotas, a metóxi-amidina inibiu
significativamente em 52,95% a produção do radical NO pelos parasitos, enquanto que a
25
pentamidina, de forma não-significativa, 25,29%, indicando a maior eficiência do derivado
amidínico por essa via de ação.
2.4.2 SÍNTESE DAS N,N’-DIFENIL-4-R-BENZAMIDINAS
Os compostos utilizados neste trabalho foram sintetizados por S
ANTOS
(1993). O
esquema a seguir descreve as etapas de síntese utilizadas para a preparação das
N,N’-
difenil-4-R-benzamidinas (Figura 13).
Etapa 1)
O
OH
R
+
SO
2
HCl
+
O
Cl
R
SOCl
2
Etapa 2)
O
R
NH
O
Cl
R
+
NH
2
Etapa 3)
O
R
NH
PCl
5
R
N
Cl
+ +
PCl
3
HCl
Etapa 4)
R
N
Cl
+
NH
2
+
HCl
R
N
N
H
Figura 13:
Sequência de síntese dos compostos
N,N’-
difenil-4-R-benzamidinas
2.4.3 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE COMPOSTOS BIOLÓGICAMENTE
ATIVOS
26
O conhecimento a respeito dos mecanismos de interação molecular que resultam no
que chamamos de atividade biológica, constitui-se no principal foco da química medicinal
(F
OYE
, 1974).
São consideradas biologicamente ativas todas as substâncias capazes de promover
qualquer tipo de alteração na “rotina” normal de funcionamento de um organismo,
podendo resultar no mau funcionamento ou no ajuste de vias metabólicas comprometidas.
Há uma prática ocidental em que se classificam produtos dotados de atividade
biológica em três categorias: Droga, Fármaco e Medicamento (K
OROLKOVAS
,
1982).
Entende-se por Droga, toda a matéria prima mineral, vegetal ou animal da qual se
pode extrair um ou mais princípios biologicamente ativos.
Fármaco é a substância química estruturalmente definida capaz de produzir
atividade biológica útil, seja como preventivo, curativo ou agente de diagnóstico.
Medicamento pode ser considerado o mesmo que fármaco, no entanto há uma sutil
distinção, pois trata-se de um fármaco na sua forma preparada para ser administrado ao
paciente.
Podemos ainda classificar os fármacos em duas categorias: estruturalmente
inespecíficos e estruturalmente específicos.
Define-se como estruturalmente inespecífico, o fármaco que baseia sua atividade
biológica unicamente a partir de suas propriedades físico químicas como coeficiente de
partição e pKa, por exemplo.
Os anestésicos de ação central são casos clássicos desta categoria de fármacos, pois
seu mecanismo de ação envolve alterações na conformação de membranas celulares
alterando seus mecanismos de interação molecular, sem, no entanto, haver uma interação
específica fármaco x receptor como ocorre nos estruturalmente específicos.
A classe dos fármacos estruturalmente específicos compreende a maioria dos
medicamentos conhecidos, e seu efeito biológico deriva de interações diretas e seletivas
entre o fármaco e uma biomacromolécula alvo, denominada receptor.
Existem várias teorias sobre interações específicas fármaco x receptor, porém, e de
forma geral, baseiam-se na orientação e seletividade de interações entre o fármaco e um
receptor específico.
A interação de um fármaco com seu sítio receptor, em um organismo, define seus
mecanismos farmacodinâmicos de ação (B
ARREIRO
,
2001), e envolve diretamente forças
27
intermoleculares como: ligações de hidrogênio, interações dipolares, iônicas e de Van der
Walls, além de fatores estéricos.
Dentre as inúmeras estratégias e abordagens adotadas pela Química Medicinal, para
o desenvolvimento de fármacos, uma das mais eficientes é a associação das técnicas que
correlacionam estrutura com atividade biológica (B
ARREIRO
, 1991).
. O conhecimento de todos os parâmetros estruturais de um composto candidato a
fármaco é fundamental para que se possa elucidar, de forma direta, os seus possíveis
mecanismos de ação e a correta observação experimental, direcionada à compreensão de
quais são os possíveis bioreceptores de um composto biologicamente ativo, associada às
informações estruturais dos mesmos, é uma poderosa ferramenta para o desenvolvimento
racional de fármacos, permitindo ao químico medicinal correlacionar todas as variáveis
farmacodinâmicas que possam ser responsáveis pelo mecanismo de ação do fármaco.
Uma vez identificadas estas variáveis pode-se partir para uma abordagem teórica,
propondo-se, através de modelos, a construção de estruturas moleculares possivelmente
mais eficientes e especificas, em termos de interação com o bioreceptor desejado. Assim,
assume este papel a Modelagem Molecular, cujo foco central quando direcionada à
Química Medicinal, é exatamente o desenvolvimento de rotinas de cálculo, bem como a
construção de modelos moleculares específicos, capazes de elucidar (ou auxiliar na
elucidação) os mecanismos específicos de interação ligante
↔
receptor.
2.5 A MODELAGEM MOLECULAR
A técnica conhecida como Modelagem Molecular fundamenta-se, em termos
gerais, no estudo de interações atômicas, intra e intermoleculares, via simulação de
parâmetros estruturais e eletrônicos, em ambiente computacional.
O avanço tecnológico, principalmente com o desenvolvimento dos
microcomputadores, possibilitou a difusão da química teórica e da modelagem molecular
por toda comunidade química, permitindo, a um baixo custo, a realização de estudos
teóricos de propriedades termodinâmicas, efeitos isotópicos, estados de transição, análise
espectroscópica, cinética, QSAR, etc. (S
ILVA
,
2003) Os métodos comumente aplicados na
28
Modelagem Molecular podem ser classificados em três tipos: ab initio, semi-empírico e
empírico.
Os métodos empíricos são baseados na mecânica clássica, sendo também
conhecidos como métodos de mecânica molecular. Os métodos semi-empírico e ab initio
são classificados como métodos quânticos, pois sua fundamentação está baseada na
mecânica quântica.
A seguir detalharemos os principais fundamentos dos métodos empírico, semi-
empírico e
ab initio
, respectivamente.
2.5.1 MECÂNICA MOLECULAR
Trata-se de um método baseado em modelos de mecânica clássica. São utilizadas
funções analíticas que incluem parâmetros ajustáveis, permitindo uma melhor
representação de determinadas propriedades moleculares, como geometria, energia
conformacional, calor de formação, etc.. (L
EACH
,
1998)
Este tipo de abordagem usa uma função de energia potencial, de maneira simples e
analítica, descrevendo as interações entre um grupo de átomos específicos relacionados
entre si por um sistema de coordenadas.
Ao contrário dos métodos quânticos, em mecânica molecular não se tratam
explicitamente dos elétrons dos átomos.
O fundamento principal baseia-se, em que as ligações químicas possuem
comprimentos e ângulos “naturais”. Adicionalmente, são incluídas interações estéricas
(potenciais de van der Walls) e eletrostáticas.
As estruturas podem ser consideradas, como um conjunto de esferas de diferentes
tamanhos conectadas entre si por molas de diferentes comprimentos e forças, sendo o
tratamento matemático do sistema, baseado em um oscilador harmônico segundo a lei de
Hooke.
O conjunto de valores otimizados de comprimentos e ângulos de ligação, torções
(ângulo diedro) e interações entre átomos não ligados, junto com suas funções de potencial
e parâmetros correspondentes, denomina-se campo de força.
Um dos métodos pioneiros nesta área foi o campo de força MM2, desenvolvido por
A
LLINGER
(1977), sendo aplicado a moléculas pequenas, e alterado em 1989 (chamado a
29
partir daí por MM+) também por Allinger, que expandiu o método para peptídeos. O MM2
foi desenvolvido para trabalhos voltados a resultados mais apurados de certas classes de
compostos e não desenvolvido para cálculos genéricos, porém menos precisos, que
poderiam ser aplicados a quaisquer situações da química orgânica.
Atualmente podem ser citados vários tipos de métodos que usam campos de forças,
como o AMBER, OPLS e BIO+. (W
EINER
et al
,
1984;
C
ORNELL
et al
1995)
Cada método usa características específicas para descrição dos potenciais entre os
átomos, porém todos eles se baseiam em três pontos fundamentais para seus cálculos: a
forma funcional, os tipos de átomos e os grupos de parâmetros.
A forma funcional é a função que descreve a energia potencial. Esta descrição
energética parte do principal fundamento envolvido nos métodos de mecânica molecular
onde são considerados tipos de átomos e não de elementos químicos.
Este conceito leva em conta o ambiente atômico, considerando fatores tais como
hibridização, cargas formais e ligantes vizinhos. A análise fundamental associada a esta
idéia é que o ambiente químico é único para um átomo dentro de uma molécula e, por isso,
nas análises energéticas os átomos não são considerados isoladamente e sim levando em
conta o grupamento dos quais fazem parte.
Desta forma são levadas em conta as energias de ligação, do ângulo de ligação, do
ângulo diedro, assim como energias de van de Waals, eletrostáticas, etc.
Somando as diferentes contribuições, obtem-se uma função do tipo:
E
total
=
Σ
(E
ligação
+ E
ângulo
+ E
torção
+ E
vdWalls
+ E
eletrônica
+ ...)
(Equação 1)
Como exemplo, podemos citar um dos campos de força, característicos em
mecânica molecular mais utilizados em estudos com proteínas, o AMBER (Assisted Model
Building and Energy Refinement). Neste campo, os termos da Equação que caracteriza o
somatório final de todas as energias envolvidas, correspondem à soma dos seguintes
termos a seguir:
Energia de estiramento: É uma função quadrática, associada ao tamanho das
ligações, onde a constante de ligação está medida em kcal.mol
-1
por Å
2
(comprimento da
ligação em Å ao quadrado) e pode ser representada pela Equação (2).
30
(
)
2
o
ligação
rligação
rrKE −=
∑
(Equação 2)
Uma vez definido o valor da constante K
r
, esta fornece um bom parâmetro da
tendência de dois átomos permanecerem em sua distância de referência r
0
. Esta tendência
será tão maior quanto maior o valor de K
r
.
Energia de deformação dos ângulos de ligações: É um termo associado às
deformações nos valores dos ângulos de ligação entre três átomos consecutivos escolhidos.
A função harmônica que descreve esta energia é mostrada na Equação 3.
(
)
2
0
θθ
θ
−=
∑
ângulo
ângulos
KE
(Equação 3)
Valores maiores de K
θ
determinam uma grande tendência dos átomos
permanecerem num ângulo de equilíbrio
θ
0
.
Energia dos ângulos diedros: É a energia associada aos ângulos formados por
quatro átomos consecutivos, e sua tendência de permanecer em conformações que
conferem mínimos de energia.
( )
[ ]
0
cos1
2
φφ
−+−=
∑
n
V
E
diedro
n
diedro
(Equação 4)
Na Equação 4, V
n
corresponde à constante associada à barreira de energia
conformacional, de um sistema especifico. Quanto maiores forem as possibilidades
conformacionais, mais complexa fica sua composição.
Energia de van der Waals: É a energia associada às interações não ligantes,
atrativas e repulsivas, entre 2 átomos a uma distância de R. A Equação 6 mostra a relação
de energia para esta forma funcional.
31
−=
∑
612
der Wallsvan
ij
ij
ij
ij
ijEvdW
R
B
R
A
E
(Equação 5)
Este potencial é também referido como Lennard-Jones, onde o primeiro termo é
positivo e tem a função de descrever as forças repulsivas em distâncias pequenas e o
segundo termo é negativo e tem a função de descrever as forças atrativas de distâncias
mais longas.
A
ij
e B
ij
são os parâmetros que determinam as formas com que os pares átomos irão
interagir de maneira não – ligante. O tratamento matemático é dado pelas Equações 6 e 7.
ji
j
i
ij
r
r
A
εε
12
*
*
22
+=
(Equação 6)
ji
j
i
ij
r
r
B
εε
6
*
*
22
2
+=
(Equação 7)
Onde r*
i
/2 é a metade da distância de separação de dois átomos e,
ε
i
está associado ao
posicionamento de menor energia para o átomo i em relação ao átomo j e vice versa.
Potencial Eletrostático: Este termo, mostrado pela Equação 8, descreve as
interações eletrostáticas clássicas para dois átomos não ligados, com cargas q
i
e q
j
e
separados por uma distância R
ij
.
32
∑
=
táticoijEeletros
ij
ji
icoeletrostát
R
qq
E
ε
(Equação 8)
Também podem ser considerados, dependendo do campo de força utilizado, os
valores relativos às ligações de hidrogênio, que são contabilizados, no campo de força
AMBER, da seguinte forma:
Ligações de Hidrogênio: É o termo que determina as contribuições importantes
das ligações de hidrogênio, e é descrito pela Equação 9.
∑
−=
deHijElig
ij
ij
ij
ij
R
D
R
C
E
.
1012
hidrogênio de ligações
(Equação 9)
Os valores 12 e 10 foram sugeridos por Linnus Pauling, porém existem outras
formas funcionais possíveis de serem usadas.
A energia total corresponde à medida da tensão intramolecular em comparação
com uma molécula hipotética de geometria ideal, sendo obtida, ao final, de acordo com a
Equação 2.
Mediante o uso dos campos de força, são calculados geralmente a energia potencial
e a geometria molecular, além de:
•
Freqüências vibracionais (infravermelho e raman);
•
População de moléculas em diferentes estados;
•
Calor de formação,
∆
H
f
;
•
Entropia das diferentes populações moleculares;
Os diferentes termos da Equação (1) adquirem diversas formas, segundo a
complexidade do método (campo de força) e/ou modelo utilizados.
As funções de potencial são transferíveis de molécula a molécula, de forma que,
para um tipo de ligação considerado, C-H por exemplo, assume-se que as mesmas
características são transferíveis para qualquer molécula (C
LARK
, 1985).
33
O propósito, portanto, de um programa de mecânica molecular é determinar a
estrutura e energia otimizadas de uma molécula, baseando-se em modelos mecânicos
definidos por campos de força. É fundamental, neste método, que a entrada de dados no
programa deve definir a estrutura molecular inicial para o composto estudado, com
conectividades estabelecidas e ligações estáveis, inviabilizando a utilização da mecânica
molecular como método para análise de perfis de reação, por exemplo.
Isto implica em adotar-se, por exemplo, coordenadas para cada um dos átomos
assim como definir as ligações entre eles. Quanto às ligações, são definidas atendendo-se
estritamente à valência clássica. Por exemplo, para átomos de carbono, podem ser dos
seguintes tipos,
sp, sp
2
ou
sp
3
, sendo cada um definido por um campo de força diferente,
que considere as capacidades de formação de ligações químicas específicas, associadas ao
seu estado de hibridização.
O primeiro passo nos cálculos de mecânica molecular é, portanto, determinar as
distâncias interatômicas, ângulos de ligação e ângulos de torção (diedro) para a geometria
inicial. Os valores obtidos serão os utilizados pelas diferentes funções de potencial para
calcular uma energia potencial inicial, que corresponde à soma das energias potenciais
calculadas para cada ligação, ângulo de ligação, ângulo diedro.
(U
RAY
-2001)
Durante a otimização da estrutura, os parâmetros são variados para se encontrar um
mínimo de energia correspondente ao
∆
H
f
do confôrmero mais estável mais próximo da
geometria inicial.
2.5.2 MÉTODOS QUÂNTICOS
Ao contrário da mecânica molecular, os métodos quânticos baseiam-se na solução
direta da Equação de Schrödinger.
(L
EVINE
, 1986)
34
(Equação 10)
Nesta Equação (10) o Hamiltoniano
Η
Η Η
Η
é um operador que, aplicado sobre uma
função que descreve um dado sistema de partículas, a função de onda
Ψ
ΨΨ
Ψ
, produz a energia
total deste sistema,
E,
multiplicada pela própria função de onda.
Nos métodos quânticos, semi-empírico e ab initio, o tratamento matemático torna-
se mais complexo, em comparação à mecânica molecular, associando, principalmente
parâmetros quânticos e termodinâmicos às forças de atração e repulsão atômicas.
Uma diferença fundamental entre os métodos semi-empírico e
ab initio
reside no
fato de que, no método semi-empírico, adotam-se Hamiltonianos simplificados em relação
ao Hamiltoniano molecular exato, sendo adotados dados experimentais ou parâmetros (que
possam se ajustar aos dados experimentais), como condições de contorno, para solução das
equações. (S
ZABO
&
O
STLUND
, 1989)
No método
ab initio,
o Hamiltoniano é composto por todos os parâmetros
matemáticos associados ao sistema, sem informações prévias derivadas de dados
empíricos. Trata-se, portanto, de um método teórico muito mais refinado, porém limitado
em função da complexidade matemática, que se torna maior à medida que aumentamos o
sistema molecular estudado.
No nível semi-empírico, um dos diversos tratamentos matemáticos disponíveis é o
NDDO (Neglect of Diatomic Differential Overlap) que serviu de base para três
modificações: o MNDO (Modified Neglect of Diatomic Overlap), AM1 (Austin Model 1)
e PM3 (Parametric Method 3) (
LAECH
, 1998). Os métodos AM1 e PM3 são, de fato, duas
modificações do MNDO desenvolvido e modificado em diversos trabalhos por D
EWAR
et
al
. (1977) e por D
AVIS
et al
. (1981). O PM3 é uma reparametrização do AM1 e foi
desenvolvido por S
TEWART
(1989).
De fato, cada método tem certas especificações, vantagens e desvantagens, cabendo
uma criteriosa análise de seus fundamentos para adotar o melhor sistema de soluções de
acordo com as características moleculares a serem analisadas. (D
INUR
, 1991)
O custo computacional nos métodos
ab initio
ainda o limita a estudos de sistemas
moleculares relativamente simples e compostos por poucos átomos, inviabilizando a
35
utilização desta técnica para estudos teóricos em sistemas biológicos, por exemplo.Sendo
assim, o método quântico amplamente aceito e mais difundido para este fim é o semi-
empírico, pela sua simplicidade de uso e rapidez na obtenção de resultados, mesmo em
sistemas mais complexos.
Independente do método utilizado, a modelagem molecular visa a obtenção de
dados em ambiente de simulação computacional, necessitando, portanto, de correlações
empíricas para atestar a validade dos resultados teóricos obtidos (B
ARREIRO
et al
, 1997).
2.5.3 PROGRAMAS E ABORDAGENS UTILIZADAS EM MODELAGEM
MOLECULAR
Não é nossa intenção descrever todos os programas e estratégias possíveis de serem
utilizadas em modelagem molecular, apenas apresentar algumas considerações e
informações úteis.
Independente do método adotado deve-se dispor de um mecanismo capaz de
transcrever a estrutura molecular de forma precisa, como arquivo de leitura e entrada de
dados. No presente trabalho priorizamos a representação no modelo de coordenadas
internas, segundo o qual, adota-se um determinado átomo como centro de um sistema de
coordenadas, determinando a posição de todos os outros em relação a este.
Este método é extremamente eficiente, pois permite representar qualquer estrutura
como uma matriz de M x N elementos, onde “M” representa as linhas e “N” as colunas.
Nos arquivos de entrada de dados do MOPAC, as linhas representam os dados
relativos aos átomos específicos e nas colunas as relações entre distância, ângulo e diedro
entre estes. O cruzamento entre as informações relativas às variações da geometria
molecular, é feito a partir de colunas que indicam parâmetros otimizáveis ou não. Assim,
no MOPAC, o algoritmo de cálculo é interpretado considerando todos os efeitos
associados às posições dos átomos de uma determinada molécula, sendo realizada a
otimização de sua estrutura a partir de uma rotina de cálculos iterativos.
Desta maneira, uma molécula como o propanal, por exemplo, pode ser representada
da seguinte forma:
36
Sendo:
Átomo Distância * Ângulo * Diedro * Relações de Conectividade
1 C 0.00000 0 0.00000 0 0.00000 0 0 0 0
2 C 1.53315 1 0.00000 0 0.00000 0 1 0 0
3 C 1.51773 1 113.12837 1 0.00000 0 2 1 0
4 O 1.21025 1 123.05098 1 178.3755 1 3 2 1
5 H 1.11450 1 110.91380 1 -179.96574 1 1 2 3
6 H 1.11428 1 111.18812 1 -60.21200 1 1 2 3
7 H 1.11428 1 111.20779 1 60.31198 1 1 2 3
8 H 1.11567 1 108.00989 1 121.75775 1 2 3 1
9 H 1.11564 1 108.10080 1 -121.88793 1 2 3 1
10
H 1.11527 1 117.15415 1 -1.80894 1 2 3 1
A interpretação da matriz se dá pela correlação entre os parâmetros de localização
espacial entre os átomos, conforme a descrição abaixo:
•
O átomo 1 (C) corresponde ao ponto zero do eixo de coordenadas x,y,z;
•
O átomo 2 (C) está a 1.53315 Å de distância de 1;
•
O átomo 3 (C) está a 1.51773 Å de distância de 2, fazendo 113.12837 graus de
ângulo com 1;
•
O átomo 4 (C) está a 1.21025 Å de distância de 3, fazendo 123.05098 graus de
ângulo com 2 e 178.3755 graus de diedro com 1;
37
•
As três últimas colunas apresentam as relações de conectividade entre os
componentes da matriz;
•
Os indicadores “0” e “1” nas colunas assinaladas com * (asterisco) correspondem
aos parâmetros que podem ser otimizados na modelagem. O valor “0” (zero) indica
um parâmetro que não pode ser analisado ou que não queremos analisar (otimizar),
o valor “1” exatamente o oposto.
A otimização de estruturas pelo método semi-empírico, independente do
Hamiltoniano utilizado, gera uma matriz de dados permitindo a análise de parâmetros
estruturais e geométricos correlacionando-se distâncias, interações, geometrias de estados
de transição, etc.
Os cálculos semi-empíricos, realizados pelo programa MOPAC, são desenvolvidos
a partir de palavras-chave que definem os parâmetros necessários à otimização da
estrutura, bem como as informações desejadas nos arquivos de saída.
Existem, essencialmente, três classe de palavras chave utilizadas pelo MOPAC:
•
Aquelas que controlam aspectos substanciais do cálculo, isto é, que afetam o valor
final da entalpia de formação do composto;
•
Aquelas que determinam quais os dados calculados que deverão ser fornecidos nos
arquivos de saída;
•
Aquelas que definem as rotinas de cálculo, mas que não afetam diretamente o
valor final da entalpia de formação.
As palavras-chave utilizadas neste trabalho, de acordo com as necessidades
inerentes a cada situação, estão descritas na seção de Materiais e Métodos.
Os programas de modelagem molecular utilizados foram os seguintes:
•
PCMODEL para Windows, ver. 5.13, desenvolvido pela Serena Software,
utilizado para a criação das matrizes e pré otimização pelo método da Mecânica
Molecular. Este programa utiliza o campo de força MMX.
38
•
Swiss-pdbviewer, ver. 3.7, desenvolvido pela GlaxoSmithKline. Utilizado para
análise da estrutura de proteínas.
•
Mopac 6.0 (Frank J. Seiler Research Laboratory - United States Air Force
Academy). A partir da utilização dos Hamiltonianos MNDO, MINDO/3, AM1 e
PM3, desenvolve os cálculos semi-empíricos obtendo uma quantidade significativa
de resultados como: variações de entalpia, geometria mais estável, orbitais
moleculares, momentos de dipolo, energias de HOMO e LUMO, espectro
vibracional, etc. Permite ainda o estudo de reações químicas otimizando
geometrias de estados de transição.
•
Raswin Molecular Graphics, ver. 2.6, desenvolvido por R. Sale. Este programa é
utilizado para visualização e tratamento gráfico tridimensional das estruturas,
sendo uma ferramenta bastante útil para análise visual de conformações e
interações à distância, permitindo a exportação das estruturas como arquivos de
imagem.
•
BabelWin, Ver 1.03, desenvolvido por Jeffrey J. Gosper – Brunel University.
Aplicativo que converte diferentes tipos de arquivo permitindo a interface entre os
diferentes programas de modelagem molecular;
•
Chem2Pac, software desenvolvido por Márcio Cyrillo – Unicamp, que combina
numa única interface, os programas Rasmol, Mopac e Babel, bem como outros
aplicativos úteis.
•
PC SPARTAN PRO, desenvolvido pela Wavefunction Inc.
2.5.4 BANCO DE DADOS SOBRE ESTRUTURA DE PROTEÍNAS
O Banco de Dados de Proteínas (PDB, do inglês
Protein Data Bank
) é mantido
pelo Laboratório Nacional Brookhaven, Upton, New York, e permite baixar estruturas de
proteínas, elucidadas por diferentes métodos, incluindo raios-X e modelagem teórica.
Também é possível acessar através de links indicados pelo site (
http://www.rcsb.org/pdb/)
39
praticamente todo o ferramental de softwares necessário ao desenvolvimento de pesquisas
em Modelagem Molecular.
40
3 OBJETIVOS
Os principais objetivos deste trabalho são:
•
Avaliação da atividade biológica frente a tripanossomatídeos, em particular
Leishmania amazonensis
, para a classe de
N,N´
-difenil 4-R-benzamidinas, onde
R= H, Me, MeO, NO
2
, Cl, Br e CN:
•
Estudar a correlação entre a estrutura química e a atividade biológica para esta série
de amidinas;
•
Realizar a modelagem molecular, por homologia, do sítio ativo da enzima
Tripanotiona redutase de
Leishmania donovani
e, por extrapolação, considerar o
sítio ativo da enzima válido para simulações na espécie
Leishmania amazonensis
;
•
Procurar elucidar o possível mecanismo de ação desta classe de compostos frente
ao parasito;
•
Desenvolver um modelo teórico de interação entre Fármaco
↔
Receptor, para as
amidinas testadas, frente a enzima tripanotiona redutase;
•
Encontrar correlações matemáticas entre parâmetros teóricos e as atividades
biológicas observadas
41
4 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 SÍNTESE DAS AMIDINAS
As amidinas da serie
N,N’
-difenil-4-R-benzamidinas foram previamente
sintetizadas e caracterizadas por S
ANTOS
(1993).
4.2 ENSAIOS BIOLÓGICOS
ENSAIOS BIOLÓGICOS ANTI-LEISHMANIA
Para os ensaios anti-leishmania, a
Leishmania amazonensis
(cepa
MHMOM/BR/H/LTB0016) foi utilizada na forma de promastigotas em meio Schneider a
25
0
C suportado com 10% (v/v) de soro fetal bovino à pH 7,2. Os parasitas foram colocados
em câmara de Neubauer e ajustados à concentração de 2.10
6
promastigotas/mL para os
ensaios.
Os derivados amidínicos foram adicionados às culturas na faixa de concentração de
320 a 10
µ
g/mL solubilizados em DMSO (1,6 % v/v). Após 24 h de incubação, os parasitos
foram contados e comparados com os controles, sendo a pentamidina utilizada como
fármaco de referência. Os testes foram realizados em triplicata.
4.3 MODELAGEM MOLECULAR
CÁLCULOS PARA A MODELAGEM MOLECULAR
Os cálculos teóricos, envolvendo amidinas, sítio ativo (SA) da TR e complexo
amidina/SA, desenvolvidos neste trabalho foram realizados utilizando-se os métodos semi-
empíricos AM1 e PM3, programa MOPAC (ver 6.0). Os gradientes obtidos para os
compostos estudados ficaram todos abaixo de 0,2 kcal/rad ou Å. A criação das matrizes
para realização dos cálculos, foi efetuada utilizando-se o programa PCMODEL PARA
WINDOWS (ver 5.1).
42
A adoção do melhor Hamiltoniano, para análise da reação de ataque nucleofílico de
um sulfeto sobre anel de epóxido, foi precedida de uma comparação de resultados entre
dados da literatura do método
ab initio
com os semi-empíricos AM1 e PM3.
A estrutura cristalográfica da enzima T.R. da
Crithidia fasciculata
foi obtida a
partir do
Protein Data Bank
. (B
AILEY
,
1994).
A seqüência dos aminoácidos da T.R. de
Leishmania donovani
foi obtida através do
trabalho de T
AYLOR
et al
(1994).
Através do programa Swiss PDB Viewer (V.3.7) e campo de força GROMOS96,
modelou-se, por homologia, a estrutura teórica da T.R. da
Leishmania donovani
a partir da
estrutura, determinada por difração de raios-X, da mesma enzima de
Crithidia fasciculata
(outro tripanossomatídeo), sendo realizada a substituição dos aminoácidos específicos. A
cada alteração de aminoácido, realizada uma a uma, a geometria da enzima foi otimizada.
As abreviaturas dos aminoácidos analisados foi adotada conforme descrito em
S
TRYER
(1996) (Anexo 2).
Ao final foram efetuadas 114 alterações de aminoácidos específicos e, finalmente,
toda a estrutura foi, de novo, otimizada. As seqüências a seguir demonstram (em amarelo)
os aminoácidos que se diferenciam nas respectivas espécies, sendo 1A pertencente à
Crithidia fasciculata
e 2B a seqüência para
Leishmania donovani
:
1A 1 MSRAYDLVVI GAGSGGLEAG WNAASLHKKR VAVIDLQKHH GPPHYAALGG
2B 1 MSRAYDLVVL GAGSGGLEAG WNAAVTHKKK VAVVDVQATH GPPALVALGG
*********. ********** ****..***. ***.*.*..* ***...****
1A 51 TCVNVGCVPK KLMVTGANYM DTIRESAGFG WELDRESVRP NWKALIAAKN
2B 51 TCVNVGCVPK KLMVTGAQYM DLIRESGGFG WEMDRESLCP NWKTLIAAKN
********** ******* ** *.****.*** **.****..* ***.******
1A 101 KAVSGINDSY EGMFADTEGL TFHQGWGALQ DNHTVLVRES ADPNSAVLET
2B 101 KVVNSINESY KSMFADTEGL SFHMGFGALQ DAHTVVVRKS EDPHSDVLET
*.*..**.** ..******** .**.*.**** *.***.**.* .**.*.****
43
1A 151 LDTEYILLAT GSWPQHLGIE GDDLCITSNE AFYLDEAPKR ALCVGGGYIS
2B 151 LDTETILIAT GSWPQRLGVP GDEFCITSNE AFYLEDAPKR MLCVGGGYIA
****.**.** *****.**.. **..****** ****..**** .********.
1A 201 IEFAGIFNAY KARGGQVDLA YRGDMILRGF DSELRKQLTE QLRANGINVR
2B 201 VEFAGIFNGY KPCGGYVDLC YRGDLILRGF DETVRQELTK QLGANGIRVR
.*******.* *..**.***. ****.***** *...*..**. **.****.**
1A 251 THENPAKVTK NADGTRHVVF ESGAEADYDV VMLAIGRVPR SQTLQLDKAG
2B 251 TNLNPTKITK NEDGSNHVHF NDGTEEDYDQ VMLAIGRVPR SQALQLDKAG
*..**.*.** *.**..**.* ..*.*.***. ********** **.*******
1A 301 VEVAKNGAIK VDAYSKTNVD NIYAIGDVTD RVMLTPVAIN EGAAFVDTVF
2B 301 VRTGKNGAVQ VDAYSNTSVD NIYAIGDVTN RVMLTPVAIN EGACLLETVF
*...****.. *****.*.** *********. ********** ***....***
1A 351 ANKPRATDHT KVACAVFSIP PMGVCGYVEE DAAKKYDQVA VYESSFTPLM
2B 351 GGKPRATDHT KVACAVFSIP PIGSCGMTEE EAAKNYETVA VYASSFTPLM
..******** ********** *.*.**..** .***.*..** **.*******
1A 401 HNISGSTYKK FMVRIVTNHA DGEVLGVHML GDSSPEIIQS VAICLKMGAK
2B 401 HNISGSKHKD FMIRIITNES NGEVLGVHML ADSAPEIIQS VGICMKMGAK
******..*. **.**.**.. .********* .**.****** *.**.*****
1A 451 ISDFYNTIGV HPTSAEELCS MRTPAYFYQK GKRVEKI
2B 451 ISDFHSTIGV HPTSAEELCS MRTPAYFYES GKRLEKL
****..**** ********** ********.. ***.**.
Observação: Ocorre 77% de identidade entre a TR de
Chritidia fasciculata
e a mesma
enzima em
Leishmania donovani
.
Em verde são assinalados os aminoácidos que apresentaram interações específicas
com as amidinas epoxidadas.
44
A conversão entre os diferentes tipos de arquivos gerados para entrada/saída de
dados e compatibilização entre os programas RasWin, Swiss PDB Viewer e Mopac foram
realizados através do programa BabelWin (V.1.03).
Para o desenvolvimento do modelo de interação ligante x receptor foram utilizados
os softwares PC SPARTAN-PRO, Swiss PDB Viewer (V.3.7), Chem2Pac e MOPAC (V.
6.0), sendo utilizado para os cálculos semi-empíricos o Hamiltoniano PM3.
O tratamento gráfico das estruturas, bem como as análises pertinentes as distâncias
interatômicas e forças intermoleculares, foi realizado através do programa Raswin
Molecular Graphics, ver. 2.6.
As rotinas de cálculos do método semi-empírico envolveram as seguintes palavras
chave no programa MOPAC (V.6.0), utilizadas de acordo com as necessidades específicas
de cada análise (S
TEWART
,
1990): AM1 e PM3; PRECISE; NOLOG; NOINTER;
GRAD; EF; HESS=1; CHARGE; MMOK; GEO-OK; SADDLE; XYZ; FORCE; TS;
STEP; T=XH (X HORAS).
Todos os cálculos para variações de entalpia foram realizados pela Equação
clássica:
∆Η
r = (
ΣΗ
f
produtos) – (
ΣΗ
f
reagentes) Equação:12
Sendo os calores de formação (
Η
f
) dos compostos estudados, calculados pelo
método semi-empírico PM3.
As comparações entre as interações dos aminoácidos presentes no Sítio Ativo da
TR e as amidinas epoxidadas, foram realizadas a partir da análise das distâncias
interatômicas.
A estimativa das interações entre os átomos da biomacromolécula e o ligante,
foram obtidas através das distâncias observadas e pela diferença de cargas em interações
iônicas e dipolares.
Os cálculos de correlações polinomiais e múltiplas foram realizados com auxílio do
programa ORIGIN 6.
45
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 ENSAIOS BIOLÓGICOS E BUSCA DE CORRELAÇÕES COM EFEITOS
ELETRÔNICOS
Os derivados da classe das
N,N’
-difenil-4-R-benzamidinas onde R = H, OMe, Me,
NO
2
, CN, Cl e Br (Anexo 3), foram ensaiados frente a
Leishmania amazonensis
, na forma
evolutiva de promastigotas, apresentando atividade anti-parasitária significativa,
especialmente para R = OMe, Br, Cl e NO
2
(C
ANTO
-C
AVALHEIRO
et al
, 1997). Em função
dos resultados obtidos mostrou-se, ao longo do tempo e em colaboração com o grupo de
pesquisa coordenado pela Dra. Leonor Leon do Laboratório de Bioquímica de
Tripanossomatídeos (Departamento de Imunologia da FIOCRUZ), importante a
investigação do mecanismo de ação dessa classe de substâncias.
Assim, as amidinas tiveram suas estruturas modeladas utilizando o programa
MOPAC 6.0 e método semi-empírico AM1, possibilitando o cálculo dos parâmetros
eletrônicos teóricos, tais como, momento dipolar (
µ
), os coeficientes dos orbitais de
fronteira HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) e LUMO (Lowest Unoccupied
Molecular Orbital) e os calores de formação (
∆
H
f
).
A Tabela 1 apresenta os valores de DL
50
(dose da amidina que mata 50% dos
parasitos no ensaio) obtidos para os derivados
N,N’
-difenil-R-benzamidínicos frente a
L.
amazonensis
, os parâmetros eletrônicos calculados, bem como os valores de constantes
empíricas de Hammett dos substituintes,
σ
p
, as constantes duais considerando os efeitos
eletrônicos de ressonância e indutivo
σ
I
,
σ
R
, respectivamente, e de Swain e Lupton, F e R
(B
ASTOS
-C
ENEVIVA
,1984), que foram utilizados para a investigação das possíveis
correlações entre a atividade anti-leishmania e os efeitos eletrônicos.
46
Tabela 1: Valores de DL
50
(
µ
M),
µ
, H
f
, energias de HOMO e LUMO e constantes dos
susbstituintes de Hammett, duais e Swain e Lupton.
R
DL
50
(
µ
µµ
µ
M)
µ
µµ
µ
Hf
(kcal/mol)
Energia
do
HOMO
(eV)
Energia
do
LUMO
(eV)
σ
σσ
σ
p
σ
σσ
σ
I
σ
σσ
σ
R
F R
Br
22 2,53 115,43 -8,68 -0,46 0,26 0,44 -0,16 0,72 *
OMe
29 1,57 72,21 -8,54 -0,19 -0,28 0,27 -0,42 0,54 *
NO
2
44 6,31 114,48 -8,94 -1,26 0,81 0,65 0,15 1 1
Cl
55 2,40 103,36 -8,67 -0,40 0,24 0,46 -0,18 0,72 -0,24
CN
390 5,47 141,37 -8,74 -0,64 0,70 0,56 0,08 0,9 0,71
Me
444 1,85 102,34 -8,54 -0,20 -0,14 -0,05 -0,13 -0,01 -0,41
H
772 1,98 110,33 -8,59 -0,13 0 0 0 0 0
R
N
N
H
Obs.: * Valores desconhecidos
Os resultados obtidos para a atividade anti-leishmania foram interessantes,
particularmente para os derivados onde R = OMe (DL
50
=29
µ
M) e R = Br (DL
50
= 22
µ
M),
apesar de menos ativos do que a pentamidina (DL
50
=0,46
µ
M). A pentamidina apresenta
uma série de efeitos colaterais (C
ROFT
,
1999) e é altamente tóxica aos macrófagos, células
do sistema imunológico que hospedam os parasitos. Ao contrário, as benzamidinas,
apresentaram baixa toxicidade contra os macrófagos matando apenas os parasitos em seu
interior com exceção da amidina bromo-substituída (T
EMPORAL
et al
,
2002).
A Figura 14 apresenta os valores de DL
50
(
µ
M) em função da natureza dos
susbstituíntes.
47
H Me CN Cl NO2 OMe Br
0
200
400
600
800
DL
50
µ
µ
µ
µ
M
R
DL
50
X SUBSTITUINTE
Figura 14: Valores de DL
50
(
µ
M) das
N,N’
-difenil-4-R-benzamidinas ensaiadas frente a
Leishmania amazonensis
Os valores obtidos através dos cálculos teóricos para os parâmetros
µ
, Hf, HOMO e
LUMO foram correlacionados com os parâmetros eletrônicos tabelados,
σ
p
,
σ
I
e
σ
R
, F e
R, observando-se boas correlações polinomiais de segundo grau para:
σ
σσ
σ
p
x
µ
µµ
µ
⇒
⇒⇒
⇒
µ
µµ
µ
= (1,845
±
±±
±
0,083) + (1,751
±
±±
±
0,354)
σ
σσ
σ
p
+ (4,702
±
±±
±
0,551)
σ
σσ
σ
p
2
(r=0,997; r
2
=0,995; sd=0,169; n=7)
F x
µ
µµ
µ
⇒
⇒⇒
⇒
µ
µµ
µ
= (1,897
±
±±
±
0,258) - (7,749
±
±±
±
1,364)F + (12,377
±
±±
±
1,461)F
(r=0,987; r
2
=0,975; sd=0,317; n=7)
σ
σσ
σ
i
x LUMO
⇒
⇒⇒
⇒
LUMO= (-0,136
±
±±
±
0,068) + (1,329
±
±±
±
0,530)
σ
σσ
σ
i
- (4,462
±
±±
±
0,900)
σ
σσ
σ
i
2
(r=0,975; r
2
=0,951; sd=0,108; n=7)
Estas análises nos permitiram avaliar a confiabilidade dos cálculos teóricos
realizados, pois são correlacionados valores teóricos (calculados pelo método AM1), com
constantes empíricas.
48
No entanto, a correlação entre os parâmetros eletrônicos calculados com os valores
de DL
50
obtidos experimentalmente, não forneceram relações satisfatórias indicando que
outros efeitos estariam contribuindo para a atividade biológica, tais como o efeito estérico
e/ou hidrofóbico. (B
ASTOS
, 1984).
Além dos baixos valores para os coeficientes de correlação, a susceptibilidade aos
efeitos eletrônicos apresentou-se insatisfatória, indicando pouca sensibilidade a esses
parâmetros, corroborando com a hipótese de que outros fatores deveriam estar envolvidos.
Esses resultados mostraram claramente a necessidade pela busca de novas
propostas teóricas, para o melhor entendimento da correlação entre a estrutura química e a
atividade biológica das
N,N
’-difenil-4-R-benzamidinas frente a
Leishmania amazonensis
.
Estudos teóricos demonstraram que o carbono amidínico, independente dos
substituintes, é o centro mais eletropositivo nesta classe de amidinas, apresentando a
distribuição de cargas indicada na Tabela 2, segundo o Hamiltoniano AM1:
Tabela 2: Cargas calculadas sobre os carbonos amidínicos.
R
N
NH
R
Centro Eletrofílico
Carga sobre o carbono amidínico
Br
+0.1701
OMe
+0.1809
NO
2
+0.1558
Cl
+0.1723
CN
+0.1650
Me
+0.1725
H
+0.1708
A partir destes resultados, foi formulada a hipótese de que o provável mecanismo
envolvido na atividade anti-leishmania poderia incluir a inibição da enzima tripanotiona
redutase.
O estudo da estrutura da biomacromolecula tripanotiona redutase, a partir de dados
da literatura (B
ORGES
,
1995) indicou a possibilidade de que a interação dessas substâncias
ocorresse via ataque nucleofílico do grupamento sulfeto do resíduo Cis 52 (presente no
sítio ativo da enzima), ao carbono amidínico.
49
Tal hipótese é apoiada pela elevada carga positiva, observada no carbono amidínico
do composto com maior atividade biológica, a amidina metóxisubstituída.
Para este estudo foram simuladas reações de adição de um metilsulfeto (CH
3
S
-
) ao
carbono amidínico, determinando-se as variações de entalpia para estas adições, bem como
analisando-se as estruturas conformacionais originadas após a adição do sulfeto.
Estudos teóricos visando avaliar a viabilidade termodinâmica de um ataque
nucleofílico diretamente ao carbono amidínico demonstraram, no entanto, que os valores
entálpicos relativos è esta adição não seriam, em geral, favoráveis. (Tabela 3).
Tabela 3: Comparações entre valores de DL
50
e
∆Η
r
(kcal.mol
-1
) para a adição do sulfeto
ao carbono amidínico da série de N,N’-difenilbenzamidinas.
R
DL
50
(
µ
µµ
µ
M)
H
f
(kcal.mol
-1
)
∆Η
∆Η∆Η
∆Η
r
(kcal.mol
-1
)
Adição sulfeto ao
carbono amidínico
Br
22
115,43 +26,94
OMe
29
72,21 +10,27
NO
2
44
114,48 -0,18
Cl
55
103,36 +10,17
CN
390
141,37 +28,72
Me
444
102,34 +32,17
H
772
110,33 + 31,20
A partir desses resultados, observou-se não haver nenhuma correlação entre as
atividades biológicas e os valores das entalpias de reação, além do que, apenas o nitro
derivado apresentou uma ligeira variação de entalpia favorável, contra um valor demasiado
elevado para os compostos mais ativos, que foram as amidinas bromo e metóxisubstituídas,
respectivamente.
Além do mais, dados da literatura sugerem que o sítio ativo da TR (B
AILEY
, 1993)
apresenta pequena mobilidade em termos conformacionais, cabendo ao substrato o ajuste
conformacional para o correto funcionamento da atividade catalítica da enzima. Pudemos
também observar, que as dimensões do sítio ativo da TR não permitem a aproximação
50
espacial deste centro eletrofílico ao sulfeto da Cis 52, gerando um fator estérico que pode
ser considerado definitivo para descartar esta possibilidade. Esta análise foi realizada a
partir das distâncias interatômicas entre os aminoácidos próximos à Cis 52 comparando-se
com a conformação da amidina após a adição do sulfeto.
Apesar de um único resultado (amidina nitro substituída) indicar que o ataque
nucleofílico sugerido não é uma hipótese a ser descartada, a simples observação das
conformações e distâncias interatômicas entre os aminoácidos do sítio ativo, permitiu-nos
deduzir não ser este o principal meio de inativação da enzima.
A partir da constatação de que não foi observada correlação direta entre os valores
de
∆Η
r
, calculados, e a atividade anti-leishmania (correlacionando-se com os valores de
DL
50
) pela indicação da inviabilidade entálpica de um ataque nucleofílico diretamente
sobre o carbono amidínico, a hipótese de que a forma ativa capaz de inibir a enzima não
seja, de fato, a amidina diretamente, mas sim um possível derivado metabólico da mesma,
foi investigada.
Dados da literatura suportam a hipótese de que uma enzima da classe das
Citocromo P
450
, a Cit P
450
epoxidase, presente em tripanossomatídeos, seria capaz de
promover a epoxidação de qualquer um dos anéis aromáticos existentes nas
N,N
’-difenil-4-
R-benzamidinas
estudadas, permitindo-nos a proposta de ser este derivado epoxidado a
forma ativa frente a tripanotiona redutase (TR) (J
OSEPHY
,
1997;
M
ONTELLANO
,
1995).
A Figura 15 ilustra a nossa proposta básica representando a formação de um anel
aromático epoxidado, pela Cit P
450
epoxidase.
R
N
N
H
R
N
N
H
O
Cit P450 - epoxidase
Figura
15
:
Exemplo de epoxidação de anel aromático em
N,N
’-DIFENIL-4-R-BENZAMIDINAS
O mecanismo de adição de sulfeto, ao anel epoxirânico, foi então proposto uma vez
que, possivelmente, os derivados epoxidados seriam capazes de inativar a enzima a partir
51
de uma ligação covalente com a cisteína 52 presente no sítio ativo da TR e fundamental
para a atividade da mesma.
.
5.2 MODELAGEM DAS N,N’-DIFENIL-4-R-BENZAMIDINAS PARA
CONSTRUÇÃO DO MODELO DE INTERAÇÃO LIGANTE / RECEPTOR
A partir da hipótese sugerida no item anterior buscamos avaliar quais seriam os
Hamiltonianos mais adequados para este tipo de estudo. Elegemos os Hamiltonianos AM1
e PM3 para análise.
No intuito de encontrar Hamiltoniano que melhor se adaptaria à reação em questão,
buscou-se na literatura dados de estudos
ab-initio
envolvendo aberturas de anéis de
epóxidos por ataques de sulfeto (G
RONERT
,
1995; L
AITINEN
,
1998).
Na ausência de dados envolvendo sistemas com esta natureza, optamos por
comparar a abertura de um anel tioepóxido, e verificar, por analogia, a viabilidade do
método, para ataques envolvendo anéis de epóxido.
S
COTT
(1995) demonstrou que a entalpia da reação descrita na Figura 16, bem
como a energia do estado de transição, obtidas através de cálculos
ab-initio
, desenvolvidos
utilizando-se o programa GAUSIAN92, foram, respectivamente,
∆
H
r
= -14,3 kcal.mol
-1
para o produto de adição e
∆
H
ET
= 5,1 kcal.mol
-1
para o estado de transição.
S
H S
H
S
S
+
Figura 1
6
:
Ataque de sulfeto de hidrogênio a anel tioepóxido
A distância calculada por S
COTT
entre os átomos de enxofre e o centro eletrofílico,
no estado de transição, foram de 2.54 Å para o sulfeto nucleófilo e de 2,06 Å para o
enxofre do anel tioxirano.
Os cálculos desenvolvidos com os Hamiltonianos AM1 e PM3 apresentaram os
resultados indicados na Tabela 4.
52
Tabela 4: Comparações entre valores de
∆
H
f
(teórico) calculados por AM1 e PM3,
respectivamente
Hamiltonianos
∆
H
f
(kcal.mol
-
1
)
Aduto
∆
H
f
(kcal.mol
-
1
)
Estado de transição
AM1 -29,34 0.038
PM3 -29,19 1.98
A Figura 17 detalha a estrutura definida do Estado de Transição desta reação,
calculada pelo método PM3 envolvendo o hidrosulfeto e o anel tioepóxido.
Figura 17
:
Estado de transição da reação envolvendo adição nucleofílica de um sulfeto à
um anel tioxirano
Comparando-se os valores de calor de formação obtidos pelo método PM3, bem
como as distâncias interatômicas observadas, com os relatados por Scott, chegamos à
conclusão de que o melhor Hamiltoniano para estudos envolvendo adições nucleofílicas de
ânion sulfetos, é o PM3.
Também foi simulada a abertura de um anel epoxirânico, correspondente a um
benzeno epoxidado, pela adição nucleofílica de um metil sulfeto, através de cálculos
usando o PM3, conforme a Figura 18.
53
O
CH
3
S
O
S CH
3
+
Figura
18:
Exemplo de ataque nucleofílico de sulfeto a anel epoxidado
Os cálculos para as reações de abertura do anel pelo metil-sulfeto foram realizados
utilizando-se as palavras-chave POINT=M e STEP=N, e indicando a aproximação do
sulfeto ao anel epoxirânico. Após o ataque nucleofílico, o sistema foi otimizado
livremente, apresentando
∆Η
r=-17,96 kcal.mol
-1
. O estado de transição também pôde ser
calculado apresentando
∆Η
r= 7,98 kcal.mol
-1
.
Tais resultados indicam que o processo é favorecido termodinamicamente.
Através dos estudos teóricos, buscando verificar a viabilidade termodinâmica deste
processo nas amidinas
N
,
N
´-dissubstituidas, analisamos as possibilidades de epoxidação
em todas as posições possíveis dos anéis aromáticos amidínicos, gerando 63 estruturas
diferentes, sem considerar, no entanto, os possíveis tautômeros.
A Figura 19 representa as 63 possibilidades, resultantes das combinações entre
estas nove estruturas e sete grupamentos R distintos, de diferentes derivados epoxidados:
54
O
NH
N
R
X
Y
z
O
NH
N
R
O
NH
N
R
O
NH
N
R
O
NH
N
R
O
NH
N
R
O
NH
N
R
O
NH
N
R
O
NH
N
R
Figura 19
:
Combinações possíveis entre posições epoxidadas e substituintes
(R= NO
2
,Br,Cl,MeO,CN,Me,H), gerando, no total, 63 estruturas diferentes. A primeira
estrutura apresenta o sistema de identificação dos anéis utilizado neste trabalho.
Foram então analisadas as 126 reações da adição nucleofílica citada, determinando-
se todas os valores possíveis de
∆
H
r
, conforme ilustrado no exemplo a seguir:
O
MeO
N
N
H
CH
3
S
O
N
S
CH
3
N
MeO
H
+
Figura 20:
Ataque de sulfeto ao composto Moyo12 (consultar Anexo 4)
55
O ataque de um ânion sulfeto foi então avaliado para cada uma das 63 estruturas
diferentes, simulando a abertura do anel epóxido nas duas possíveis direções. (Anexo 4)
O Anexo 5 apresenta uma tabela com todos os valores calculados bem como as 126
estruturas relacionadas.
Para cada um dos derivados selecionamos aqueles que apresentaram a maior
viabilidade entálpica para o processo em questão definindo-se, por comparação e
relevância, a estrutura com maior potencial para a construção de um modelo envolvendo o
sítio ativo da enzima TR. É interessante destacar que, dentre as 126 estruturas propostas, a
que apresentou uma das melhores viabilidades entálpicas e se mostrou mais promissora foi,
exatamente, um metoxi-derivado, que, conforme descrito por G
OMES
-C
ARDOSO
et al
(1998), é reconhecidamente inibidor da TR.
A Figura 21 representa a estrutura escolhida para a construção do modelo proposto:
O
MeO
N
N
H
X
Y
z
Figura 21
:
Composto Moyo (consultar Anexo 4)
A entalpia de reação (
∆
H
r
) calculada para a adição ilustrada na Figura 22, foi de
-43,32 kcal.mol
-1
, indicando forte tendência entálpica de ocorrência.
Figura 2
2
:
Ligação de hidrogênio intramolecular entre O
-
e H-N após a abertura do anel
epóxido
56
Avaliando-se a abertura do anel epóxido podemos observar a formação de um
ligação de hidrogênio, intramolecular, entre a hidrogênio amínico e o ânion O
-
.
Esta interação favorece a abertura do anel epóxido estabilizando a carga negativa
do oxigênio, sendo, provavelmente, um dos efeitos de estabilização mais relevantes desta
estrutura. Tal constatação direcionou as análises posteriores no sentido de identificar
possíveis interações semelhantes entre aminoácidos presentes no sítio ativo da TR e o
complexo formado pela adição do sulfeto da Cis 52 ao anel epóxido.
Todos os valores de
∆
H
r
para os 126 casos analisados foram termodinamicamente
favoráveis, apresentando variações exotérmicas de entalpia que oscilaram entre
-16,17 kcal.mol
-1
e -126,48 kcal.mol
-1
, respectivamente, nos seguintes casos ilustrados a
seguir.
O
NH
N
CH
3
CH
3
S
O
NH
N
CH
3
S
CH
3
+
∆
Hr=-16,17 kcal.mol
-1
N
O
2
N
O
N
H
CH
3
S
N
O
2
N
CH
3
S
O
NH
+
∆
Hr=-126,48 kcal.mol
-1
Figura 23: Valores máximo e mínimo de
∆
H
r
nas reações de adição do sulfeto ao anel
epoxirana para os 126 compostos avaliados
Apesar do melhor resultado corresponder a um nitro derivado, escolhemos, em
função de apresentar a mais promissora atividade biológica observada, o derivado metóxi-
substituído.
57
A amidina metóxi-substituída foi então modelada dentro do sítio ativo da TR,
visando estabelecer quais seriam as outras interações possíveis entre o composto e as
cadeias laterais dos aminoácidos presentes no sítio ativo, além da adição covalente do
sulfeto da Cis 52.
5.3 CONSTRUÇÃO DO MODELO DE INTERAÇÃO LIGANTE X RECEPTOR
5.3.1 CONSTRUÇÃO DO MODELO TEÓRICO, POR MODELAGEM E
HOMOLOGIA, DA ENZIMA TRIPANOTIONA REDUTASE DE Leishmania
donovani
A melhor fonte disponível para obtenção de estruturas tridimensionais de proteínas,
na atualidade, é o site do
Protein Data Bank
. No entanto, a única estrutura disponível para
“download” da enzima Tripanotiona Redutase, é a da espécie
Crithidia fasciculata
,
também um tripanossomatídeo.
O sequenciamento dos aminoácidos da TR de
Leishmania donovani
é relatado por
Taylor
et al
(1994). Neste mesmo trabalho, os autores apresentam as correlações de
homologia entre TRs de diferentes espécies de tripanossomatídeos em comparação com a
glutationa redutase, presente em seres humanos. Os organismos considerados são:
Crithidia fasciculata
,
Leishmania donovani
,
Trypanosoma cruzy
,
Trypanosoma congolense
e
Trypanosoma brucei
.
Consideramos, respaldados pela literatura, que descreve uma total homologia dos
aminoácidos do sítio ativo da TR entre diferentes espécies de
Leishmania
, que a construção
de um modelo de inibição da TR pelas
, N,N’
-difenil-4-R-benzamidinas, estudado para
L.
donovani
poderia ser válido para
L. amazonensis
, ou mesmo para qualquer outra espécie de
Leishmania
.
A Tripanotiona Redutase é uma enzima de estrutura quaternária, apresentando dois
domínios e contendo cerca de 490 aminoácidos por domínio. O sítio ativo (SA) desta
enzima possui pouca liberdade conformacional, conforme relatado por B
AILEY
. (1993),
bem como uma grande homologia entre as diferentes espécies de tripanossomatídeos.
A partir do trabalho de M
ARTIN
(1994), e com a utilização do programa Swiss PDB
Viewer (V.3.7), modelou-se a estrutura teórica da TR da
Leishmania donovani
a partir da
58
estrutura, determinada por difração de raio-X, da mesma enzima existente na
Crithidia
fasciculata
, por substituição dos aminoácidos específicos e otimização por mecânica
molecular (campo de força GROMOS96).
O tempo computacional do cálculo foi de 48 hs, e o total de homologia entre estas
duas enzimas é de cerca de 77%.
H
UNTER
et al
(1992) descreve que o sítio ativo da TR apresenta grande homologia
entre as diferentes espécies de tripanossomatídeos, em contraste com a GR, sinalizando,
dentre outros aspectos relevantes, a importância dos aminoácidos Cis 52 e Cis 57,
envolvidos diretamente na redução da Tripanotiona oxidada.
Uma análise criteriosa foi realizada comparando-se a disposição espacial dos
aminoácidos presentes no sítio ativo das duas enzimas, constatando-se que o mesmo
permaneceu, com os aminoácidos do sítio ativo, sem alteração de suas posições.
A Figura 24 representa a estrutura da tripanotiona redutase da
Leishmania
obtida
por modelagem teórica a partir de homologia baseada na estrutura cristalográfica da TR da
Crithidia fasciculata
. Destacamos o substrato e as moléculas de FAD (em rosa).
Figura 2
4
:
TR redutase com dois domínios, representados em verde e azul, e seus ligantes
59
Procedemos à seleção do sítio ativo da enzima a partir da distância de 8,0 Å do
substrato, com auxílio do programa Rasmol, ver. 2.6., obtendo a seguinte estrutura,
contendo 46 aminoácidos selecionados:
Figura 25
:
Sítio ativo recortado, com destaque para os aminoácidos Cis 52, Val 53, Val
58, Ileu 106, Pro 336, His 461, Pro 462, Glu 466 e Glu 467, que mais tarde se mostraram
fundamentais ao modelo proposto
A tabela a seguir descreve os aminoácidos selecionados.
Tabela 5: 46 aminoácidos distantes até 8,0 Å do substrato da TR
Gli 13 Cis 52 Met 113 Val 460
Ser 14 Val 53 Fen 114 His 461
Gli 15 Cis 57 Asp 116 Pro 462
Gli 16 Val 58 Tre 335 Tre 463
Leu 17 Ser 105 Pro 336 Ser 464
Glu 18 Ile 106 Ile 339 Ala 465
Ala 19 Asn 107 Fen 366 Glu 466
Gli 20 Glu 108 Tre 397 Glu 467
Trp 21 Ser 109 Pro 398 Cis 469
Asn 22 Tir 110 Leu 399 Ser 470
Gli 49 Lis 111 Met 400
Gli 50 Ser 112 Gli 459
60
Uma vez definidos os aminoácidos capazes de interagir diretamente com o
substrato da enzima, iniciamos a construção do modelo teórico de interação Inibidor/SA da
TR
5.3.2 CONSTRUÇÃO DO MODELO TEÓRICO DE INIBIÇÃO DA
TRIPANOTIONA REDUTASE DE Leishmania sp. A PARTIR DE ADIÇÃO
NUCLEOFÍLICA AO DERIVADO EPOXIDADO
Consideramos, respaldados pela literatura, que descreve uma total homologia entre
os aminoácidos do sítio ativo da TR entre espécies de
Leishmania
, que a construção de um
modelo de inibição da TR pelas
, N,N’
-difenil-4-R-benzamidinas, proposto para
L.
donovani
poderia ser válido para
L. amazonensis
, ou mesmo para qualquer outra espécie de
Leishmania
.
O modelo de partida foi obtido pela inserção do composto Moyo12 (através do
programa PC SPARTAN PRO) entre os aminoácidos presentes no sítio da enzima,
distantes 8,0 Â do substrato da mesma. Procurou-se posicionar o anel epoxidado próximo à
Cis 52, conforme estrutura mostrada na Figura 26.
61
Figura 26
:
Composto Moyo12 posicionado entre os aminoácidos presentes no sítio ativo
da TR. Destaque para os aminoácidos Cis 52, His 461, Glu 466 e Glu 467, que se
mostraram fundamentais para estabilizar o aduto e interagir com o grupamento R
Dos 46 aminoácidos isolados do sítio ativo da enzima, apenas 6 (Glu 18, Glu 108,
Tir 110, His 461, Glu 466 e Glu 467) possuem caráter ácido ou básico, podendo variar seus
estados de protonação. Optamos por considerar, como modelo inicial, àquele que continha
o ácidos protonados, bem como Tir 110 (em função do seu elevado pk
a
), e a His 461
desprotonada.
Uma vez definidos os estados de protonação dos aminoácidos presentes e capazes
de interação com a amidina epoxidada, o arquivo foi convertido, através do programa
BabelWin, do formato PDB para a matriz característica, em coordenadas internas, do
MOPAC 6.0.
Após esta primeira abordagem, procedemos a uma série de análises visando definir
a quantidade de aminoácidos relevantes ao modelo pretendido, baseados no princípio de
que, por possuir um sítio ativo com baixa liberdade conformacional (B
AILEY
,1993), apenas
62
aqueles com possibilidade de interação direta com o composto Moyo12 deveriam ser
considerados.
O procedimento adotado consistiu em se retirar, um a um, os aminoácidos mais
distantes da amidina epoxidada, otimizando-se o sistema passo a passo, até chegarmos a
um modelo final contendo 11 aminoácidos.
A tabela a seguir descreve os onze aminoácidos selecionados:
Tabela 6: Os onze aminoácidos selecionados capazes de interações diretas com as amidinas
Ser 14 Leu 399
Cis 52 His 461
Val 53 Pro 462
Val 58 Glu 466
Tir 110 Glu 467
Fen 366
O procedimento seguinte correspondeu à otimização do modelo livre, fixando-se,
no entanto, os átomos envolvidos nas ligações peptídicas, e optando-se pelos mencionados
estados de protonação e desprotonação dos aminoácidos presentes.
O aminoácido Glu 467 foi criteriosamente analisado, uma vez que, para qualquer
um dos sete ligantes analisados, caberia a este as interações específicas com o grupamento
R substituinte, sendo, portanto, um provável parâmetro de distinção entre as diferentes
atividades biológicas observadas.
Foram analisadas duas possibilidades: o modelo com Glu 467 protonado e
desprotonado, respectivamente.
Retirou-se então a amidina dos sítios ativos protonado e desproptonado,
modelando-os para obtenção dos seus calores de formação que foram iguais a
-671,32 kcal.mol
-1
e -689,77 kcal.mol
-1
, respectivamente.
As Figuras 27 e 28 ilustram os dois modelos de SA com Glu 467 protonado e
desprotonado, respectivamente.
63
Figura 2
7
:
Sítio ativo protonado com os aminoácidos que interagem com o composto
Moyo12 destacados
Figura 28
:
SA desprotonado com destaque para as mudanças de conformação de Glu 467
e Fen 366
64
Nos dois modelos são observadas diferenças significativas de conformação entre os
aminoácidos Glu 467 e Fen 366 para os sítios protonado e desprotonado, respectivamente.
A Figura 29, a seguir, representa uma sobreposição dos sítios ativos protonado (em verde)
e desprotonado (vermelho), onde pode-se observar que, de fato, não ocorrem mudanças
significativas na maioria dos aminoácidos presentes, com exceção da, já sinalizada,
alteração das posições de Glu 467 e Fen 366:
Figura 29
:
Sobreposição dos sítios ativos protonado (verde) e desprotonado (vermelho)
com destaque para os aminoácidos que sofreram grandes diferenças de conformação.
Observamos que, no sítio ativo desprotonado, o grupo carboxilato de Glu 467
realiza uma ligação de hidrogênio estável com o grupamento NH da ligação peptídica entre
os aminoácidos Glu 467 e Glu 466. Além disso, nas quatorze estruturas otimizadas, em
nenhum caso o grupamento carboxilato interage com os substituintes das amidinas
epoxidadas, nos levando a concluir que a única possibilidade viável de interação ocorre via
Glu 467 protonado, direcionando a construção do modelo para esta condição.
A avaliação da variação da entalpia de interação (
∆
H
int
), favorável, após a inserção
da amidina (28), ao sítio protonado, indica que esta possui afinidade estrutural com a
cavidade do sítio ativo, não existindo barreiras de energia que impeçam a acomodação da
65
estrutura à cavidade. O valor de
∆
H
int
para a formação do complexo enzima / inibidor,
neste caso, foi de -20,06 kcal.mol
-1
, indicando que as forças intermoleculares são estáveis e
capazes de neutralizar eventuais forças de repulsão.
Vale destacar a migração espontânea do próton de Glu 466 para His 461 (Figura
30), pois, posteriormente, pode-se observar que esta migração é fundamental para
estabilizar o aduto.
Figura 30:
Migração observada do próton de Glu 466 para His 461. Observa-se a
distância de 1,80 Å entre o doador e o aceptor de próton
As Figuras 31, 32, 33 e 34 representam quatro visões, de diferentes pontos de vista,
do derivado epoxidado no sítio ativo da TR, sem a adição nucleofílica do sulfeto ao anel
epoxirânico.
66
Figura
31:
Modelo de interação, sem formação do aduto, do composto Moyo12 (em
laranja) no SA da TR (visão 1).
Figura 32:
Modelo de interação, sem formação do aduto, do composto Moyo12 (em
laranja) no SA da TR (visão 2)
67
Figura 33:
Modelo de interação, sem formação do aduto, do composto Moyo12 (em
laranja) no SA da TR (visão 3)
Figura 34:
Modelo de interação, sem formação do aduto, do composto Moyo12 (em
laranja) no SA da TR (visão 4)
68
A figura a seguir apresenta uma possível interação dipolar entre Glu 467 e o
grupamento metoxila bem como uma ligação de hidrogênio entre este e Glu 466.
Figura 35:
Possíveis interações entre Glu 467 com Glu 466 e MeO do composto Moyo12
O aminoácido Glu 467 interage por dipolos entre o oxigênio da hidroxila do ácido
carboxílico e o grupo metoxila do composto Moyo12, além de realizar uma ligação de
hidrogênio entre esta mesma hidroxila e o grupamento carboxilato de Glu 466. As
distâncias observadas estão assinaladas em verde na estrutura. Destacamos estas
interações, em particular, pois as mesmas não serão observadas quando modelamos a
estrutura com Glu 466 desprotonado.
Tais observações, associadas às outras que discutiremos adiante, nos levaram à
conclusão de que é, de fato, viável a possibilidade de inibição competitiva desta classe de
amidinas frente à tripanotiona redutase. Em outro tópico, mais adiante, demonstraremos os
modelos de interação envolvendo a ligação covalente entre o anion sulfeto de Cis 52 e o
anel epoxirânico.
69
A Figura 36 representa a estrutura do composto Moyo12 retirada do sítio ativo da
enzima. As regiões em destaque indicam os locais onde ocorreram as principais interações.
A numeração dos átomos corresponde à da matriz:
Figura 3
6
:
Regiões do composto Moyo12 que apresentaram interações com os
aminoácidos do SA da TR
•
Região A: apresentou interações importantes entre o anel e os aminoácidos Cis 52,
Val 53, Val 58, Tir 110, His 461;
•
Região B: apresentou interações importantes entre o anel e os aminoácidos Val 58
e Pro 462;
•
Região C: também apresentou interações com Pro 462, porém a mais relevante e
indicativa de uma provável correlação entre o grupamento R e as diferenciadas
atividades biológicas encontradas foi a interação entre R (na região C) e Glu 467
protonado.
•
O NH amidínico (também em destaque) realiza interação de ligação de hidrogênio
com a carbonila da ligação peptídica de Cis 52 e Val 53, que se intensificou após a
formação do aduto
Este padrão de interações foi comum aos quatorze sistemas estudados.
A
B
C
70
O aminoácido Fen 366, embora não apresente interações específicas com o
composto amidínico, desempenha uma função de manter estabilizada a posição da cadeia
lateral de Glu 467, protonado, possibilitando a este a interação com o substituinte R.
A Tabela 7 apresenta as variações de entalpia observadas para a formação do
complexo não covalente para as sete amidinas epoxidadas estudadas:
Tabela 7: Valores de DL
50
,
∆
H
f
das amidinas epoxidadas,
∆
H
f
do complexo SA X Ligante
e
∆
H
int
Embora estes resultados sinalizem uma viabilidade entálpica para a formação do
complexo, observa-se, no entanto, que não há correlação entre as variações de entalpia
calculadas e as atividades biológicas relatadas.
A etapa seguinte correspondeu ao estudo da adição nucleofílica.
A reação para adição do sulfeto foi modelada, passo a passo, aproximando-se o
nucleófilo do carbono epoxirânico calculando-se uma etapa de cada vez.
Uma quantidade elevada de arquivos foi gerada, sendo necessário, na maioria das
vezes, interferir indicando determinadas mudanças de diedros (dentre outras medidas) para
que o MOPAC direcionasse de forma correta o eixo da reação, pois etapas de equilíbrio
pouco usuais (porém calculadas como viáveis termodinamicamente), interromperam os
∆
∆∆
∆
H
f
do sítio ativo livre com 11 aminoácidos = -671.32
kcal.mol
-1
R
DL
50
(
µ
µµ
µ
M)
∆
∆∆
∆
H
f
(Kcal.mol
-
1
)
Amidina
epoxidada
∆
∆∆
∆
H
f
(Kcal.mol
-
1
)
Ligante / Sítio ativo
(Sem ligação com Cis 52)
∆
∆∆
∆
H
int(Kcal.mol
-1
)
Br
22 107,75 -582.46 -18,89
OMe
29 61,42 -629.96 -20,06
NO
2
44 92,22 -599.13 -20,03
Cl
55 93,21 -597.12 -19,01
CN
390 135,56 -555.82 -20,06
Me
444 90,19 -600.34 -19,21
H
772 99,67 -590.73 -19,08
71
cálculos sem o resultado esperado, que seria a abertura do anel epóxido pelo ataque do
sulfeto.
A Figura a seguir ilustra uma das estruturas calculadas como estável, porém sem
validade para o modelo desejado.
Figura 37
:
Estrutura da amidina ligada covalentemente ao enxofre da Cis 52, sem a
abertura do anel epóxido. Obs.: a quebra ocorreu entre as ligações C-C e não C-O como
esperado.
O método utilizado para contornar este problema consistiu em fixar as posições dos
carbonos epoxirânicos, precedida do ataque nucleofílico. Esta estratégia apresentou
resultados satisfatórios, pois a reação ocorreu conforme esperado, ou seja, deu-se a quebra
da ligação C-O.
Uma vez otimizada a estrutura desta forma, procedemos a uma última otimização
liberando as coordenadas da ligação C-C fixada anteriormente. Desta forma, chegamos a
um modelo estável e favorável termodinamicamente. A variação de entalpia foi calculada
pela Equação
∆Η
r= (
∆Η
f
aduto) – (
∆Η
f
complexo não covalente)
72
A entalpia de reação foi obtida considerando-se como energia do produto o aducto
em sua geometria do modelo final e, como entalpia dos reagentes a de formação do
complexo entre o sítio ativo e o composto Moyo12 (complexo não covalente).
A variação de entalpia calculada foi de -2,57 kcal.mol
-1
.
O modelo desenvolvido permitiu-nos observar, claramente, algumas interações
fundamentais, destacando-se a estabilidade obtida, após a abertura do anel de epóxido,
através de ligação de entre a His 461 e o O
-
, conforme havíamos previsto anteriormente.
(Figura 38)
Figu
ra 3
8
:
Ligação de Hidrogênio entre O
-
da abertura do anel epóxido e NH de His 461
O grupamento metoxila faz interações dipolares com o grupamento ácido
carboxílico do GLU 467, indicando um outro provável mecanismo de interação que
justifica as diferentes atividades observadas entre esta classe de amidinas frente a TR, com
substituintes em R, conforme ilustrado na Figura 39.
73
Figura 39:
Interação dipolar entre o grupamento MeO e o ácido carboxílico de Glu 466
Glu 467 realiza uma interação dipolar estável com a metoxila e a fração da cadeia
hidrocarbônica, por sua vez, é estabilizada por Fen 366, auxiliando o posicionamento da
cadeia lateral de Glu 467, conforme iluatrado a seguir (Figura 40).
Figura 40:
Estabilização da posição de Glu 467 por Fen 366
Um outro estudo foi desenvolvido avaliando-se a energia envolvida na mudança de
conformação adotada pelo composto Moyo12, antes e após ocupação do sítio ativo.
74
Esta análise indicou que a estrutura é perfeitamente adaptável à cavidade, pois a
diferença de energia observada foi de 0,49 kcal.mol
-1
sendo admissível que a amidina
epoxidada forme interações estáveis com os aminoácidos do SA antes mesmo de ocorrer o
ataque nucleofílico. O procedimento adotado consistiu em se recortar a molécula do SA e
otimizá-la com os átomos fixados, calculando-se a diferença de entalpia através dos
valores da amidina livre menos o obtida como citado acima.
De fato, a variação de entalpia para a formação de um complexo enzima / inibidor
de caráter reversível, é mais viável do que a formação de uma ligação covalente. Tal
observação leva à hipótese de que o composto Moyo12 possa apresentar duas etapas e
mecanismos distintos de bloqueio. Um primeiro mecanismo baseado em interações
estáveis, porém de características reversíveis, e um segundo momento onde ocorre a adição
covalente do sulfeto da Cis 52 ao anel de epóxido, tornando o processo característico de
uma inibição irreversível.
A Figura 41 representa o modelo final, sendo indicadas algumas das principais
interações observadas.
75
Figura 4
1
:
Principais interações observadas na interação da metoxi-amidina epoxidada
com o sitio ativo da TR
•
(1) – Formação da ligação covalente entre Cis 52 e a amidina epoxidada (em
verde);
•
(2) – Formação da ligação de hidrogênio entre O
-
e NH da His 461;
•
(3) – Interação por forças de dispersão entre o anel Y e Pro 336;
•
(4) – Transferência do próton de Glu 467 para His 461, auxiliando na estabilidade
da ligação de hidrogênio citada;
•
(5) – Interação de Glu 466 com o grupamento R, neste caso MeO;
•
(6) – Auxílio na conformação de Glu 466 por Fen 366, facilitando a interação deste
com a metoxila (ou outros grupamentos substituintes na mesma posição)
Também destacamos, na Figura 42, a ligação de hidrogênio entre o NH amidínico e
a carbonila da ligação peptídica de Cis 52 com Val 53:
76
Figura 42:
Formação da ligação de hidrogênio entre o NH amidínico e C=O da ligfação
pepetídica entre Cis 52 e Val 53 (distância de 2,89 Å)
O conjunto de interações observadas, bem como a natureza das mesmas, indicou ser
plenamente viável a formação do complexo amidina/SA, seguido da reação para formação
do aduto.
Uma vez definido o modelo, realizamos cálculos envolvendo as sete amidinas que
obtiveram atividade biológica contra
Leishmania
, procedendo a mudança, na própria
matriz de cálculo, dos grupamentos substituintes.
A viabilidade entálpica da reação de adição do sulfeto ao anel epoxirânico, foi
estimada pela diferença entre a entalpia de formação do aduto menos a entalpia de
formação do complexo não ligado covalentemente.
A tabela a seguir apresenta os valores de
∆
H
r
para os sete modelos de interação
possíveis, calculados a partir da
∆
H
f
final -
∆
H
int
.
77
Tabela 8: Valores de
∆
H
f
do complexo SA X Ligante,
∆
H
f
do complexo amidina X Cis 52
e
∆
H
r
Muito embora estes valores de
∆
Hr não indiquem correlação direta entre as
atividades observadas (DL
50
) e a estabilidade termodinâmica do complexo Enzima /
Inibidor, eles apontam para a comprovação de que é mesmo viável a adição de um
derivado epoxidado das N,N’-difenil-4-R-benzamidinas estudadas ao sulfeto da Cis 52
encontrada no Sítio Ativo da TR.
Embora as variações sejam mínimas e dentro de prováveis erros experimentais, vale
destacar o valor encontrado para o nitro derivado.
A presença do grupamento nitro no anel X, em função de sua forte polaridade,
indica uma possível interação dipolar entre este e o aminoácido Glu 467, mais eficiente
que a encontrada no grupamento MeO.
Além dos modelos teóricos de interação enzima / inibidor, procuramos, pelo
método de regressões múltiplas, encontrar correlações entre parâmetros teóricos, DL
50
e as
diversas variações de entalpia calculadas.
Obtivemos, através do programa PC Spartan Pro, os volumes moleculares, as
energias de solvatação e áreas de contato para as sete amidinas e respectivos derivados
epoxidados.
As tabelas 9 e 10 apresentam os parâmetros que foram submetidos à analise de
correlações múltiplas para as amidinas e derivados epoxidados, respectivamente:
R
DL
50
(M
µ
µµ
µ
)
H
f
(Kcal.mol
-
1
)
Sítio ativo
Sem ligação com Cis 52
H
f
(Kcal.mol
-
1
)
Complexo covalente
Amidina x Cis 52
∆
∆∆
∆
H
r
(Kcal.mol
-1
)
Reação
Br
22 -582.46 -586.34 -3,88
OMe
29 -629.96 -632.53 -2,57
NO
2
44 -599.13 -605.02 -5,89
Cl
55 -597.12 -600.75 -3,63
CN
390 -555.82 -560.27 -4,45
Me
444 -600.34 -603.36 -2,66
H
772 -590.73 -594.00 -3,27
78
Tabela 9: Valores de H
f
, Energias de solvatação, valores de DL
50
, volumes moleculares e
áreas das superfícies de contato das amidinas sem epoxidação
Tabela 10: Valores de
∆
H
f
, Energias de solvatação, valores de DL
50
, volumes moleculares
e áreas das superfícies de contato das amidinas epoxidadas
A melhor correlação obtida envolveu os valores de DL
50
, e os parâmetros teóricos
volume molecular, e áreas de contato, apresentando valor de R = 0,96 (R = coeficiente de
correlação múltipla), segundo a Equação:
R
DL
50
(
µ
µµ
µ
M)
H
f
(kcal.mol
-1
)
Energia de
solvatação
(kcal.mol
-1
)
Volume
(Å
3
)
Área
superficial
(Å
2
)
Br
22 104,37 -6,102 352,37 366,82
CH
3
O
29 59,2 -6,891 359,05 372,26
NO
2
44 86,71 -7,407 359,39 374,35
Cl
55 90,04 -5,216 345,69 358,14
CN
390 131,45 -6,405 352,26 366,86
CH
3
444 87,63 -5,399 348 361,94
H
772 96,94 -5,642 327,82 340,26
R
DL
50
(
µ
µµ
µ
M)
H
f
(kcal.mol
-1
)
Energia de
solvatação
(kcal.mol
-1
)
Volume
(Å
3
)
Área
superficial
(Å
2
)
Br
22 107,75 -11,289 361,81 372,89
OMe
29 61,42 -12,299 369,04 381,92
NO
2
44 92,22 -12,729 369,92 380,78
Cl
55 93,21 -10,833 355,63 367,51
CN
390 135,56 -11,908 361,9 374,56
Me
444 90,19 -10,703 357,86 371,11
H
772 99,67 -11,005 337,69 349,37
79
DL
50
= 6643,02 (
±
158,22) + 158,22 (
±
40,82) B + 179,26 (
±
47,11) C – 372,77 (
±
75,33) D
R=0,96
Onde:
B= Área do derivado epoxidado
C= Área da amidina não epoxidada
D= Volume da amidina não epoxidada
Nenhuma outra correlação apresentou um valor para R tão satisfatório, mesmo
algumas com mais variáveis.
Qualquer outra combinação de três variáveis apresentou valores de R sempre
inferiores a 0,80.
Esta correlação, associada à viabilidade termodinâmica do modelo proposto, nos
leva a crer que a atividade observada para esta classe de
N,N
’-difenil-4-R-benzamidinas, é
resultante de fatores múltiplos que estão associados a parâmetros estéricos, bem como sua
metabolização a um derivado epoxidado e subseqüente inibição deste frente à TR.
Novos estudos deverão ser desenvolvidos visando a síntese de novos compostos
pertencentes à classe das
N,N
´-difenilbenzamidinas com estruturas otimizadas segundo o
modelo proposto para consolidar sua validade.
80
6 CONCLUSÕES
•
A classe das N,N’-DIFENIL-4-R-BENZAMIDINAS estudadas apresentou
um potencial a ser explorado na busca de substâncias com atividade anti-
tripanossomatídeos;
•
O modelo teórico da enzima Tripanotiona Redutase da
Leishmania
mostrou
uma interação entalpicamente favorável entre o derivados epoxidados e o
sítio ativo da enzima
•
Há uma maior probabilidade de que o mecanismo de inibição da TR pelas
N,N’-DIFENIL-4-R-BENZAMIDINAS estudadas ocorra após a bio-
transformação das mesmas, através dos mecanismos clássicos de
destoxificação utilizados pelo parasita, envolvendo, como proposto, a
peroxidação via Cit P
450
epoxidase presente no microorganismo, do que
uma adição direta do sulfeto ao carbono amidínico;
•
As principais interações observadas, entre os aminoácidos presentes no SA
da TR e o aduto, após a adição nucleofílica do sulfeto da Cis 52 ao anel
epoxirânico, se mostraram altamente estáveis;
•
O melhor Hamiltoniano para estudos envolvendo mecanismos de adição de
sulfeto a anéis epoxirânicos é o PM3;
•
Não foi observada correlação direta entre efeitos eletrônicos das N,N’-
DIFENIL-4-R-BENZAMIDINAS estudadas e as atividades biológicas
observadas;
•
Houve correlação satisfatória envolvendo a área do derivado epoxidado e a
área mais o volume da amidina não metabolizada;
•
Os fatores que determinam a atividade desta classe de N,N’-DIFENIL-4-R-
BENZAMIDINAS, frente a tripanossomatídeos são complexos e não
podem ser resumidos, unicamente a inibição direta da enzima TR;
•
Compostos da classe das N,N’-DIFENIL-4-R-BENZAMIDINAS
contendo grupamentos polares e de dimensões específicas na posição para
do anel X, deverão ser considerados como promissores para o
desenvolvimento de fármacos que visem a inibição da TR.
81
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Z
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AILEY
,
S.;
N
AISMITH
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H.;
B
OND
,
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S.;
H
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CLAUGHLIN
,
P.;
P
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,
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97
8 ANEXOS
ANEXO 1a – Leishmaniose tegumentar americana – Distribuição de casos confirmados
por Unidade Federada Brasil, 1980-2005
ANEXO 1b – Leishmaniose visceral americana – Distribuição de casos confirmados por
Unidade Federada Brasil, 1980-2005
ANEXO 2 - Principais aminoácidos de ocorrência natural – Símbolos, abreviaturas e
valores de pk
a
ANEXO 3 - Estruturas das
N,N’
-difenil-4-R-benzamidinas
ANEXO 4 - Códigos de descrição das estruturas; Padrões de identificação dos anéis,
epoxidação e adição de sulfeto; Exemplos de denominação dos derivados epoxidados após
a adição de sulfeto
ANEXO 5 - Valores de
∆
Hr para a reação de adição de sulfeto aos derivados epoxidados
98
ANEXO 1
a
99
ANEXO 1b
100
PRINCIPAIS AMINOÁCIDOS DE OCORRÊNCIA NATURAL
R NOME ABREVIAT.
pK
a1
α
αα
α-CO
2
22
2
H
PK
a2
α
αα
α-NH
3
+
PK
a3
R
H
Glicina G ou Gli 2,3 9,6 -
CH
3
Alanina A ou Ala 2,3 9,7 -
Valina V ou Val 2,3 9,6 -
Leucina L ou Leu 2,4 9,6 -
Isoleucina I ou Ile 2,4 9,7 -
Fenilalanina
F ou Fen ou
Phe
1,8 9,1 -
NH
2
O
Asparagina N ou Asn 2,0 8,8 -
NH
2
O
Glutamina Q ou Gln 2,2 9,1 -
N
H
Triptofano
W ou Tri ou
Trp
2,4 9,4 -
N
HO
O
H
(ESTRUTURA COMPLETA)
Prolina P ou Pro 2,0 10,6 -
OH
Serina S ou Ser 2,2 9,2 -
OH
O
N
H
2
ANEXO 2
101
OH
Treonina
T ou Tre ou
Thr
2,6 10,4 -
OH
Tirosina
Y ou Tir ou
Tyr
2,2 9,1 10,1
N
HO
O
H
OH
(ESTRUTURA COMPLETA)
Hidroxiprolina
(abundante em proteínas
estruturais)
Hyp ou Hipro 1,9 9,7 -
SH
Cisteína
C ou Cis ou
Cys
1,7 10,8 8,3
S
S
Cistina
Cis-Cis
1,6
2,3
7,9
9,9
-
S
Metionina M ou Met 2,3 9,2 -
OH
O
Ácido aspártico
D ou Asp 2,1 9,8 3,9
OH
O
Ácido glutâmico
E ou Glu 2,2 9,7 4,3
NH
2
Lisina
K ou Lis ou
Lys
2,2 9,0 10,5
N NH
2
NH
H
Arginina R ou Arg 2,2 9,0 12,5
N
N
H
Histidina H ou His 1,8 9,2 6,0
102
Estruturas das N,N’-difenil-4-R-benzamidinas
R= H, Me, MeO, NO
2
, Br, Cl e CN
N
NH
H
N,N’-difenilbenzamidina
N
NH
Br
N,N’-difenil-4-bromobenzamidina
N
NH
NC
N,N’-difenil-4-cianobenzamidina
N
NH
Cl
N,N’-difenil-4-clorobenzamidina
N
NH
CH
3
N,N’-difenil-4-metilbenzamidina
N
NH
MeO
N,N’-difenil-4-metóxibenzamidina
N
NH
O
2
N
N,N’-difenil-4-nitrobenzamidina
ANEXO 3
103
Códigos de descrição das estruturas
Substituinte R Código
Br Br
MeO Mo
NO
2
Ni
Cl Cl
CN Cn
Me Met
H A
Padrões de identificação dos anéis, epoxidação e adição de sulfeto
N
N
H
R
X
Y
Z
O
O
N
N
H
O
R
o
m
p
N
N
H
S
O
S
O
R
X
Y
z
1
2
3
4
1
2
3
4
Abertura para o carbono 3,
do anel Y, na posição p
Padrão p14
( )
Abertura para o carbono 4,
do anel Z, na posição p
Padrão p13
( )
ANEXO 4
104
Exemplos de denominação dos derivados epoxidados após a adição de sulfeto:
O
NH
N
CH
3
S
CH
3
X
NH
N
O
2
N
-O
S
CH
3
Y
Amidina epoxidada no anel X com abertura
do epóxido no padrão p para o carbono3
R=Me
Amidina epoxidada no anel Y com abertura
do epóxido no padrão p para o carbono3
R=NO
2
Metxp13 Niyp13
O
N
S
CH
3
N
MeO
H
Y
N
N
Br
H
OCH
3
S
X
Amidina epoxidada no anel Y com abertura
do epóxido no padrão o para o carbono2
R=MeO
Amidina epoxidada no anel X com abertura
do epóxido no padrão m para o carbono2
R=Br
Moyo12 Brxm12
105
As variações de entalpia da reação (∆H
r
) foram calculadas a partir da entalpia de formação das amidinas epoxidadas, do metilsulfeto
(H
f
= -22,14), e do produto de adição deste ao anel epoxirânico, através da equação 12. Destacadas em negrito as estruturas que são citadas
diretamente no texto.
R = Br R = MeO R = NO
2
R = Br
R = CN R = Me R = H
Composto
∆H
r
Composto
∆H
r
Composto
∆H
r
Composto
∆H
r
Composto
∆H
r
Composto
∆H
r
Composto
∆H
r
Brxm12
-29,27 Moxm12 -23,20 Nixm12 -33,65 Clxm12 -28,85 Cnxm12 -30,73 Metxm12
-21,74
Axm12 -22,63
Brxm13
-36,74 Moxm13 -18,45 Nixm13 -30,45 Clxm13 -34,27 Cnxm13 -38,34 Metxm13
-34,81
Axm13 -35,43
Brxo11
-30,52 Moxo11 -25,34 Nixo11 -38,40 Clxo11 -30,55 Cnxo11 -34,82 Metxo11 -25,65
Axo11 -25,50
Brxo12
-30,98 Moxo12 -27,10 Nixo12 -34,96 Clxo12 -27,74 Cnxo12 -23,03 Metxo12 -26,16
Axo12 -23,12
Brxp13
-89,55 Moxp13 -25,96 Nixp13 -44,39 Clxp13 -75,33 Cnxp13 -35,63
Metxp13
-16,17
Axp13 -24,64
Brxp14
-28,43 Moxp14 -16,48 Nixp14 -59,95 Clxp14 -23,27 Cnxp14 -52,6 Metxp14 -18,12
Axp14 -25,25
Brym12
-21,19 Moym12 -28,40 Niym12 -35,23 Clym12 -19,57 Cnym12 -38,16 Metym12
-19,92
Aym12 -29,63
Brym13
-25,24 Moym13 -37,25 Niym13 -43,57 Clym13 -26,82 Cnym13 -43,70 Metym13
-23,17
Aym13 -35,20
Bryo11
-28,85 Moyo11 -21,55 Niyo11 -28,41 Clyo11 -27,19 Cnyo11 -28,89 Metyo11 -27,25
Ayo11 -55,61
Bryo12
-34,32
Moyo12 -43,32
Niyo12 -38,37 Clyo12 -33,8 Cnyo12 -34,83 Metyo12 -32,54
Ayo12 -33,79
Bryp13
-26,76 Moyp13 -25,6 Niyp13 -35,25 Clyp13 -27,58 Cnyp13 -29,88 Metyp13 -27,67
Ayp13 -30,00
Bryp14
-30,96 Moyp14 -29,93 Niyp14 -35,56 Clyp14 -30,51 Cnyp14 -32,46 Metyp14 -28,79
Ayp14 -27,97
Brzm12
-29,56 Mozm12 -32,43 Nizm12 -39,88 Clzm12 -29,16 Cnzm12 -46,01 Metzm12
-22,03
Azm12 -23,58
Brzm13
-36,33 Mozm13 -35,44 Nizm13 -42,18 Clzm13 -38,52 Cnzm13 -39,27 Metzm13
-27,45
Azm13 -35,51
Brzo11
-22,63 Mozo11 -26,17 Nizo11 -26,86 Clzo11 -24,19 Cnzo11 -29,63 Metzo11 -23,86
Azo11 -23,50
Brzo12
-36,18 Mozo12 -33,21 Nizo12 -41,51 Clzo12 -34,79 Cnzo12 -36,56 Metzo12 -30,40
Azo12 -30,06
Brzp13
-28,39 Mozp13 -24,39 Nizp13 -118,49
Clzp13 -25,70 Cnzp13 -25,46 Metzp13 -24,39
Azp13 -25,21
Brzp14
-31,55 Mozp14 -22,56
Nizp14 -126,48
Clzp14 -19,96 Cnzp14 -30,27 Metzp14 -22,56
Azp14 -30,17
ANEXO
5
Valores de
∆
∆
∆
∆
Hr para a reação de adição de sulfeto aos derivados epoxidados
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