Propriedades eletrônicas e de reatividade de aminoácidos e sequências peptídicas curtas: estudo de modelagem molecular para identificação de compostos bioativos
Data
2021-09-02
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Peptídeos bioativos são compostos capazes de promover efeitos bioquímicos e fisiológicos no organismo humano, incluindo efeitos antioxidantes. Tais sequências curtas de aminoácidos apresentam uma alta versatilidade química, e podem ser obtidas a partir da hidrolização de proteínas, sendo encontradas em alimentos e animais. Apesar da ampla gama de aplicações possíveis destes compostos, ainda há uma grande demanda por conhecimentos básicos acerca de suas propriedades eletrônicas, que faz com que a obtenção de sequências otimizadas baseie-se em um grande número de atividades experimentais exploratórias, comumente guiadas por tentativa e erro. Neste trabalho, técnicas de modelagem molecular foram empregadas na investigação de propriedades eletrônicas e de reatividade química, no sentido de se melhor compreender propriedades antioxidantes de aminoácidos e estruturas peptídicas curtas. Para tanto, cálculos de estrutura eletrônica baseados na teoria do funcional da densidade foram empregados na análise de níveis eletrônicos de fronteira, índices de reatividade local e mapas de doador-aceitador de 20 aminoácidos essenciais e alguns di- e tripeptídeos. Os resultados sugerem que propriedades eletrônicas dos aminoácidos isolados podem ser empregadas na análise da reatividade de sequências peptídicas maiores. Em especial, aminoácidos aromáticos, carregados, e Metionina (M) apresentam um papel relevante na definição de sistemas reativos. Os resultados obtidos para pequenas sequências de aminoácidos aqui apresentados permitem identificar a influência da posição relativa das unidades constituintes e das terminações na reatividade das sequências, as quais podem guiar estudos experimentais e proposição de novos compostos e mecanismos de ação. Os dados obtidos evidenciam o potencial preditivo de atividades antioxidantes de polipeptídeos por meio de suas unidades constituintes, o que define uma interessante estratégia de síntese e bioprospecção de novos compostos otimizados.
Bioactive peptides are compounds that can promote biochemical and physiological effects on the human body, including antioxidant effects. Such short sequences of amino acids have a high chemical versatility, and can be obtained from protein hydrolysis, being found in food and animals. Despite the wide range of possible applications of these compounds, there is still a great demand for basic knowledge about their electronic properties, so that the search of optimized sequences is commonly based exploratory experimental activities, commonly guided by trial and error. In this monograph, molecular modeling techniques were employed to investigate electronic and chemical reactivity properties of isolated amino acids and some short peptide sequences to better understand their antioxidant properties. For this purpose, density functional theory based calculations were conducted to evaluate frontier electronic levels, local reactivity indexes and donor-acceptor maps of 20 essential amino acids and some di and tripeptides. The results suggest that electronic properties of the isolated amino acids can be used to interpret the reactivity of larger peptide sequences. In particular, it was noticed that aromatic, charged and methionine amino acids play a key role for the definition of peptides reactivity. The results obtained for small sequences allow us to identify the influence of the relative position of amino acids and terminations on the reactivity of the sequences, which can guide experimental studies and the proposal of new compounds, as well as mechanisms of action. Our data evidences the potential of predicting the antioxidant activities of polypeptides via short sequences, which defines an interesting strategy for the synthesis and bioprospecting of new optimized compounds.
Bioactive peptides are compounds that can promote biochemical and physiological effects on the human body, including antioxidant effects. Such short sequences of amino acids have a high chemical versatility, and can be obtained from protein hydrolysis, being found in food and animals. Despite the wide range of possible applications of these compounds, there is still a great demand for basic knowledge about their electronic properties, so that the search of optimized sequences is commonly based exploratory experimental activities, commonly guided by trial and error. In this monograph, molecular modeling techniques were employed to investigate electronic and chemical reactivity properties of isolated amino acids and some short peptide sequences to better understand their antioxidant properties. For this purpose, density functional theory based calculations were conducted to evaluate frontier electronic levels, local reactivity indexes and donor-acceptor maps of 20 essential amino acids and some di and tripeptides. The results suggest that electronic properties of the isolated amino acids can be used to interpret the reactivity of larger peptide sequences. In particular, it was noticed that aromatic, charged and methionine amino acids play a key role for the definition of peptides reactivity. The results obtained for small sequences allow us to identify the influence of the relative position of amino acids and terminations on the reactivity of the sequences, which can guide experimental studies and the proposal of new compounds, as well as mechanisms of action. Our data evidences the potential of predicting the antioxidant activities of polypeptides via short sequences, which defines an interesting strategy for the synthesis and bioprospecting of new optimized compounds.
Descrição
Palavras-chave
aminoácidos, peptídeos bioativos, antioxidantes, reatividade química, cálculos DFT, mapas doador-aceitador, índices de Fukui