Dinamica molecular de articaina em membranas POPC
Erica Teixeira Prates
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP P887d
[Molecular dynamics of articaine in POPC membranes]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
82p. : il.
Orientadores: Munir Salomão Skaf, Monica Andrea Pickholz
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica
Resumo: Neste trabalho foi feito o estudo das interações da articaína, um anestésico local de ampla aplicação médico-odontológica, com membranas modelo de POPC (palmitoil-oleil-fosfatidilcolina) em condições próximas às biologicamente relevan- tes empregando-se simulações computacionais de dinâmica...
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Resumo: Neste trabalho foi feito o estudo das interações da articaína, um anestésico local de ampla aplicação médico-odontológica, com membranas modelo de POPC (palmitoil-oleil-fosfatidilcolina) em condições próximas às biologicamente relevan- tes empregando-se simulações computacionais de dinâmica molecular. Em uma primeira etapa, empregamos métodos quânticos para modelar a articaína com base no campo de força CHARMM. Das simulações de equilíbrio da articaína em POPC, foi possível obter informações como o seu comportamento conformacional e sua posi- ção transversal na bicamada, assim como suas interações especícas com os lipídios. Os estudos foram realizados para os estados neutro e protonado da articaína, consi- derando também seus isômeros ópticos. Estas análises, em conjunto com resultados experimentais de H-RMN realizados pela Prof. Eneida de Paula (IB-UNICAMP) e pelo Prof. Leonardo F. Fraceto (Dpto. de Eng. Ambiental - UNESP, Sorocaba - SP), demonstram que a articaína, em sua forma neutra, posiciona-se preferencial- mente na interface membrana/água, onde interage frequentemente com os lipídios através de ligações de hidrogênio. Através de ferramentas como perfil de densidade eletrônica do sistema, da parte teórica, e perfil do tempo de relaxação longitudinal para diferentes regiões dos lipídios, da parte experimental, foi discutida a lipossolubilidade da articaína em relação a outros anestésicos. Também foram realizadas simulações de não equilíbrio, utilizando a técnica de Dinâmica Molecular de Caminho Induzido, em que uma molécula de articaína foi removida do interior da membrana para o meio aquoso, através de uma força aplicada em seu centro de massa. Com a aplicação da igualdade de Jarzynski a estas simulações, foi possível estimar a energia livre de partição da ATC neutra (forma mais potente) entre os estados em que encontra-se no seio aquoso e no interior da membrana POPC.
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Abstract: We studied the interactions of articaine - a local anesthetic widely used for me- dical and odontological applications - with model membranes of POPC (palmitoyl-oleyl-phosphatidylcholine) at biological relevant conditions. We have employed molecular dynamics technique, which allowed us to...
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Abstract: We studied the interactions of articaine - a local anesthetic widely used for me- dical and odontological applications - with model membranes of POPC (palmitoyl-oleyl-phosphatidylcholine) at biological relevant conditions. We have employed molecular dynamics technique, which allowed us to investigate the system at molecular level. Firstly, we applied quantum mechanical methods to parametrize articaine molecule based on CHARMM force field. We have done extensive molceular dynamics simulations, taking into account the different ionization states of the drug (neutral and protonated) as well as its optical isomers. From the equilibirum simulations of articaine in POPC membranes, we investigated the conformational behaviour of the drug, its tranversal position and its specific interactions with the lipids and water molecules. Our results show a preferential orientation of the articaine molecule within the membrane. Neutral articaine was mainly found at the lipid head/water interface, in very good agreement with H-RMN experimental results from Prof. Eneida de Paula (IB-UNICAMP) and Prof. Leonardo F. Fraceto (Dpto. de Eng. Ambiental - UNESP, Sorocaba - SP) and from literature (C. Song et al, 2008). By studying properties like electronic density prole and longitudi- nal time relaxation for different regions of the lipid molecules, we discussed the lipossolubility of articaine in comparison to other local anesthetics. We have also performed non-equilibrium simulations, using steered molecular dynamics (SMD) technique. A single articaine molecule was extracted from the membrane to the wa- ter phase, by applying an external force in its mass centre. Coupling the Jarzynski identity to the SMD simulations, we estimated the partition free energy of the neutral drug (the most potent specie) in POPC membranes.
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