Explorando metodologias teóricas clássicas e quânticas para modelagem e simulação molecular de compostos empregados como agentes de contrastes em MRI
| Autor: | Oliveira, Maria Weruska Pereira de |
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| Přispěvatelé: | Rocha, Gerd Bruno da, Santana, Sidney Ramos de |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2020 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB Universidade Federal da Paraíba (UFPB) instacron:UFPB |
| Popis: | Magnetic resonance imaging (MRI) has become one of the most powerful diagnostic methods used in medicine. The impressive growth of this technique is because of the use of substances that are known as contrast agents (CAs). Due to their paramagnetic properties, these substances intensify the contrast of the images obtained by increasing the relaxation rate of water protons in the tissues in which they are distributed and, increasing relaxation. The vast majority of ACs used today are coordination complexes containing the Gd(III) ion, since this ion has a high magnetic moment. This work aimed to carry out the conformational mapping of Gd(III) and Mn(II) complexes with macrocyclic ligands through classical and quantum molecular dynamics and matronymics simulations considering explicit and implicit solvent, to determine their performance in finding its conformational isomers that the literature points out that exist in solution. The molecular systems chosen for this study were derived from the macrocyclic ligands 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (abbreviated by DOTA) and ethylenediamine tetra-acetic acid (EDTA). Based on our results, we could conclude that: (i) because of the high computational cost associated with molecular dynamics with quantum potentials, it was not possible to fully explore the conformational space of these compounds and, therefore, when these strategies were applied, not all conformational isomers were found; (ii) the molecular dynamics using potential derivatives of the QMDFF technique proved to be efficient in the conformational search to a certain extent because despite having low computational cost, it also did not find all the conformational isomers predicted for these systems, finally (iii) we were successful in applying the strategy that featured a combination of short molecular dynamics at randomly obtained temperatures, over a wide range of values, with geometry optimizations using the RM1 semi-empirical method. With this strategy, the four stable conformers for the complex Gd(DOTA)(H2O)-, (A1, IA1, A2, and IA2) were found, through the detailed analysis of geometric data (connection distances, dihedrals, the distance between planes, etc. .,) and energetic (Hfand Gibbs energy). Thus, the most important contribution of this work is to present the community with a simple computational procedure of conformational search for coordination complexes containing macrocyclic ligands, taking explicitly into account the effect of the solvent. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A técnica de imagem por ressonância magnética (MRI) tem se tornado um dos métodos de diagnósticos mais poderosos utilizados na medicina. O grande crescimento desta técnica se deve ao uso de substâncias que são conhecidas como agentes de contrastes (ACs). Devido às suas propriedades paramagnéticas estas substâncias intensificam o contraste das imagens obtidas através do aumento da taxa de relaxação dos prótons da água nos tecidos em que estão distribuídos e, consequente, aumento da relaxatividade. A grande maioria dos ACs usados atualmente são complexos de coordenação contendo o íon de Gd(III), pelo fato de que este íon tem um elevado momento magnético. O objetivo desse trabalho foi o de realizar o mapeamento conformacional de complexos de Gd(III) e Mn(II) com ligantes macrocíclicos através de simulações de dinâmica molecular e metadinâmica clássicas e quânticas considerando solvente explícito e implícito, de forma a determinar suas performances em encontrar seus isômeros conformacionais que a literatura aponta que existem em solução. Os sistemas moleculares escolhidos para esse estudo foram derivados dos ligantes macrocíclicos ácido1,4,7,10-tetraazaciclododecano- 1,4,7,10-tetraacético (abreviados por DOTA) e ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA). Com base nos resultados que obtivemos pudemos concluir que: (i) devido ao alto custo computacional associado a dinâmicas moleculares com potenciais quânticos não foi possível explorar plenamente o espaço conformacional desses compostos e por isso quando essas estratégias foram aplicada nem todos os isômeros conformacionais foram encontrados; (ii) a dinâmica molecular usando potenciais derivados da técnica QMDFF se mostrou eficiente na busca conformacional até um certo ponto, pois apesar de ter baixo custo computacional, a mesma também não encontrou todos os isômeros conformacionais previstos para esses sistemas, por fim (iii) obtivemos sucesso em aplicar a estratégia que contou com uma combinação de dinâmicas moleculares curtas em temperaturas sorteadas aleatoriamente, numa faixa ampla de valores, com otimizações de geometria usando o método semiempírico RM1. Com essa estratégia foram encontrados os quatro confórmeros estáveis para o complexo Gd(DOTA)(H2O)-, (A1, IA1, A2 e IA2), através da análise detalhada de dados geométricos (distâncias de ligação, diedros, distância entre planos, etc.,) e energéticos (Hf e energia de Gibbs). Assim, a contribuição mais importante desse trabalho é a de apresentar para a comunidade um procedimento computacional simples de busca conformacional de complexos de coordenação contendo ligantes macrocíclicos levando em consideração explicitamente o efeito do solvente. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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