Investigação teórica da reação de Pictet-Spengler entre a dopamina e o (S)-citronelal catalisada pela enzima (S)-norcoclaurina sintase
| Autor: | Aline de Souza Bozzi |
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| Přispěvatelé: | Willian Ricardo Rocha, Adolfo Henrique de Moraes Silva, Gabriel Heerdt, João Paulo Ataide Martins |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: |
Simulação de dinâmica molecular clássica
Enzimas Físico-química Dopamine Mecanismo de reação Dopamina Dinâmica molecular Reaction Mechanism Molecular Dynamics (S) citronelal Norcoclaurine Synthase Molecular Docking Aldeídos Mecanismos de reação (Química) (S)citronellal Teoria do funcional da densidade Funcionais de densidade Norcoclaurina sintase Cetonas Density Functional Theory Ancoramento molecular |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UFMG Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) instacron:UFMG |
| Popis: | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The Norcoclaurine Synthase enzyme is known to be the Pictet-Spenglerase responsible for catalyzing the condensation of dopamine and 4-hydroxyphenylacetaldehyde, leading to the formation of s-norcoclaurine, the first metabolite in the biosynthesis of benzylisoquinoline alkaloids. Recently, the Norcoclaurine Synthase has shown great promiscuity towards many aldehyde and ketone substrates, raising great interest in further understandings. In this work, we computationally investigate the structural aspects of this enzyme regarded to the substrate (S)-citronellal, a long-chain aliphatic aldehyde that contrasts with the natural aldehyde, 4-hydroxyphenylacetaldehyde. Furthermore, we also investigated the mechanism of a condensation reaction between dopamine and (S)citronellal catalyzed by the Norcoclaurina Synthase. For that, we employed molecular docking methodologies, classical molecular dynamics simulation, and density functional theory. We demonstrate through molecular docking and molecular dynamics simulations that the preferential enzyme-substrate binding mode presents the dopamine more deeply anchored in the active site, interacting with the amino acid LYS122 in a conformation considered active, meaning it will favor the occurrence of the reaction. Also, the (S)citronellal occupies the cavity entrance, having part of its chain solvent-exposed, which may be indicative of the promiscuity of the enzyme concerning the carbonylated compounds. From a mechanistic aspect, through density functional theory and cluster methodology, we showed that the reaction path has three fewer intermediates than the previously published one. Furthermore, we also found that the conformational constraints experienced by the substrates considerably alter the activation energy barrier for the cyclization step. A enzima Norcoclaurina Sintase é conhecida por ser a Pictet-Spenglerase responsável por catalisar a condensação da dopamina e do 4-hidroxifenilacetaldeído, levando à formação da s-norcoclaurina, o primeiro metabólito na biossíntese dos alcalóides benzilisoquinolínicos. Recentemente, estudos mostraram que a Norcoclaurina Sintase possui alta promiscuidade frente a muitos aldeídos e cetonas, despertando grande interesse para seu uso. Neste trabalho, investigamos computacionalmente os aspectos estruturais dessa enzima em relação ao substrato (S)citronelal, um aldeído alifático de cadeia longa que contrasta com o aldeído natural, o 4-hidroxifenilacetaldeído. Além disso, investigamos também o mecanismo de reação de condensação entre a dopamina e o (S)citronelal catalisado pela Norcoclaurina Sintase. Para tanto, empregamos metodologias de ancoramento molecular, simulação de dinâmica molecular clássica e teoria do funcional da densidade. Demonstramos através do ancoramento molecular e de simulações de dinâmica molecular que o modo de ligação preferencial enzima-substrato apresenta a dopamina mais profundamente ancorada no sítio ativo, interagindo com o amino ácido LYS122 em uma conformação considerada ativa, o que significa que irá favorecer a ocorrência da reação, enquanto que o (S)citronelal ocupa a entrada da cavidade, tendo uma parte de sua cadeia exposta ao solvente, o que pode ser um indicativo da promiscuidade da enzima em relação aos compostos carbonilados. Do ponto de vista mecanístico, utilizando a teoria do funcional da densidade e a metodologia de cluster, mostramos que o caminho da reação possui três intermediários a menos em relação ao previamente publicado. Além disso, também descobrimos que as restrições conformacionais experimentadas pelos substratos alteram consideravelmente a barreira de energia de ativação para a etapa de ciclização. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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