Estudo computacional das energias de ligação da Yersiniabactina com cátions de metais de transição

Abstract

É um fato bastante conhecido que as atuais classes de antibióticos tornar-se-ão obsoletas e perderão a eficácia à medida que as bactérias se adaptarem. Tomar conhecimento de rotas metabólicas, bem como os metabólitos e suas reações, se torna fundamental para que sejam desenvolvidos diferentes métodos de tratamento para as infecções. Este trabalho de conclusão de curso tem como objetivo determinar as estruturas e as energias de ligação entre o sideróforo bacteriano Yersiniabactina (Ybt) e íons metálicos. A Yersiniabactina é um sideróforo responsável pela captura de íons importantes para o metabolismo do microrganismo e que se encontram presentes no corpo do hospedeiro. Uma comparação entre a energia de ligação da Yersiniabactina com o cátion Fe3+ [Ybt-Fe(III)] e a energia de ligação de outros complexos metálicos [Ybt-M(III)] e [Ybt-M(II)] fornece informações importantes a respeito da atuação de sideróforos bacterianos em organismos vivos, sugerindo um caminho para o desenvolvimento de uma nova classe de antibióticos. Neste trabalho foi utilizada a Teoria do Funcional de Densidade (DFT), para determinar as estruturas moleculares e energias fazendo uso de quatro funcionais de densidade, B3LYP, M06, PBE0 e ωb97xD com função de base 6-31G(d.p) como pré-otimização da estrutura seguido de uma otimização com o conjunto de base 6-311G(d,p) para cada funcional com a inclusão de correções de dispersão de longa distâncias de terceira ordem de Grimme (D3), exceto para o funcional ωb97xD que já inclui tais correções intrinsecamente. Todos os cálculos necessários foram realizados utilizando o software Gaussian 16 Revisão A.03 no sistema Jabba alocado no Grupo de Química Teórica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (GQT- UFRGS). Foi possível concluir, segundo os parâmetros observados, que as ligações com o centro metálico são mais estáveis para os complexos envolvendo metais M3+ do que os M2+, além disso a formação do complexo [Ybt-Mn(III)] se mostrou mais favorável que o [Ybt-Fe(III)].

It is a well-known fact that current classes of antibiotics will become obsolete and ineffective as bacteria adapt themselves. It is essential to understand the metabolic pathways, the metabolites, and their reactions to develop different treatment methods for infections. Thus, this work aims to determine the structures and binding energies of the bacterial siderophore Yersiniabactin (Ybt) with metal ions. Yersiniabactin is a siderophore responsible for capturing important ions for the metabolism of the microorganism which are present in the host's body. A comparison between the binding energy of Yersiniabactin with the Fe3+ cation [Ybt-Fe(III)] and the binding energy of other metal complexes such as [Ybt-M(III)] and [Ybt-M(II)] provides important information regarding the performance of bacterial siderophores in living organisms, suggesting a path for the development of a new class of antibiotics. In this work, the Density Functional Theory (DFT) was used to determine the molecular structures and energies using four density functionals, namely B3LYP, M06, PBE0, and ωb97xD with a 6-31G(d.p) basis set as pre-optimization of the structure followed by an optimization with a 6-311G(d,p) basis set for each functional, with the inclusion of third-order Grimme long-distance dispersion corrections (D3), except for the functional ωb97xD which already includes such corrections intrinsically. All calculations were performed using the Gaussian 16 Revision A.03 software in the Jabba system allocated in the Theoretical Chemistry Group at the Federal University of Rio Grande do Sul (GQT-UFRGS). It was possible to conclude, according to the observed parameters, that the bonds with the metallic center are more stable for complexes involving metals M3+ than M2+, in addition, the formation of the complex [Ybt-Mn(III)] was more favorable than the complex [Ybt-Mn(III)]. [Ybt-Fe(III)].