Estudo teórico da solvatação aquosa da norepinefrina e das propiedades fotofísicas da epinefrina utilizando a Dinâmica Molecular de Car-Parrinello

Abstract

Neurotransmissores atuam como mensageiros químicos entre células nervosas e sua estimulação prepara o organismo para uma situação de luta ou fuga. Tanto a epinefrina quanto a norepinefrina, também conhecidas como estimulantes adrenérgicos, são neurotransmissores pertencente à classe das catecolaminas e possuem vários usos farmacológicos. Sabendo da importância da interação entre fármacos e água para um melhor entendimento da absorção, transporte e ação biológica e tendo em mente que apenas nos anos 90 estudos teóricos aonde se inclui o efeito do solvente teve um crescente considerável, este trabalho tem como objetivo estudar o efeito da solvatação aquosa sob os parâmetros geométricos da molécula de norepinefrina e o efeito da solvatação aquosa na obtenção do espectro teórico de UV-vis da epinefrina, ambos levando em conta o tratamento explícito do solvente. A dinâmica de solvatação para estes neurotransmissores foi estudada através da Dinâmica Molecular de Car-Parrinello com funcional de troca e correlação PBE. As funções de onda foram expandidas em termos de ondas planas com uma energia de corte de 25 Ry, massa fictícia de 400 a.u. e uma energia de corte de 100 Ry para a expansão da densidade de carga. A temperatura do sistema de estudo foi controlada à 300 K com o uso do termostato de Nosé-Hoover. Para a obtenção do espectro eletrônico da epinefrina, combinou-se a dinâmica feita para esse neurotransmissor com uma aproximação da mecânica quântica no âmbito da teoria do funcional da densidade dependente do tempo (TD-DFT). Após a seleção de 52 frames não correlacionados, os modos de excitação foram calculados no nível de teoria LC-𝜔PBE/6-31+G(d) fazendo uso do parâmetro de separação de intervalos otimizado (𝜔) determinado por meio do esquema de ajuste de gap na presença das moléculas do solvente. Com os resultados da função de distribuição radial, tempo médio de residência e com os resultados dos comprimentos de ligação e angulações entre os sítios da epinefrina e das moléculas de água pode-se constatar a presença de ligações de hidrogênio neste sistema. Ao se comparar esses resultados com abordagens estáticas (epinefrina no vácuo e sob solvatação implícita), demonstrou-se neste trabalho que o tratamento explícito da solvatação melhora drasticamente as propriedades fotofísicas da epinefrina, principalmente devido á descrição dinâmica mais realista da geometria molecular. A concordância entre os espectros simulados e o experimental é demonstrado quando os cálculos de TDDFT são realizados com funcionais híbridos com separação de intervalos ajustado, não apenas melhorando as intensidades relativas das bandas de absorção como também a posição do comprimento de onda máximo (𝜆𝑚𝑎𝑥). Neste trabalho, retratou-se a importância dos efeitos da solvatação explícita tanto para a descrição das interações entre as moléculas de água e a norepinefrina quanto para a obtenção da fotofísica da epinefrina, alcançando um melhor desempenho quando as simulações são realizadas em base em dinâmicas moleculares ab initio, como o CPMD.