ESTUDO DO COMPLEXO DE INCLUSÃO DE L-TRIPTOFANO EM 2-HIDROXIPROPIL ß
CICLODEXTRINA POR ESPECTROSCOPIA DE U V – VISÍVEL E MODELAGEM COMPUTACIONAL DE
NANOESTRUTURAS
Claudia Grigolo Pinto¹, Julio Henrique Hartmann², Nadia Márcia Dumke³
1,2,3 Alunos do Programa de Pós-Graduação
em Nanociências – Curso de Mestrado - Centro Universitário Franciscano -
UNIFRA - Santa Maria – RS
RESUMO
Neste trabalho, através do método de
modelagem computacional e pela preparação e caracterização por espectroscopia
UV-visível realizou-se o estudo do complexo de inclusão do L-triptofano em
2-hidroxipropil ß Ciclodextrinas. Modelarmente a estrutura molecular do L-Trip
foi incluída graficamente na estrutura molecular da β-CD permitindo a
visualização e simulação em 3D. Os dados foram coletados e os cálculos
computacionais estão sendo feitos. Após, será realizada a comparação entre a
simulação computacional e o complexo de inclusão real.
ABSTRACT
O resumo na língua Inglesa
será feito na versão final do artigo.
O estudo da química supramolecular é
a parte que envolve todas as interações intermoleculares não covalentes
(Szejtli,1998).Complexos supramoleculares do tipo “hospedeiro-convidado” tem
sido descritos através da literatura, sendo o “convidado” a molécula incorporada
em lamelas, poros,ou cavidades do “hospedeiro” Comum a estes modelos é a
existência de forças não covalentes relativamente fracas, como ligações
hidrogênio e interações de Van der Waals (SAMORÌ, 2005).
Entre os sistemas supramoleculares do
tipo “hospedeiro-convidado” foram estudados, aqueles constituídos por
ciclodextrinas,com o seu relativo baixo custo a sua baixa toxicidade e a
possibilidade de formação de compostos de inclusão (SZEJTLI, 1998).
Ciclodextrinas representam a
possibilidade de complexação molecular por encapsulamento com moléculas
orgânicas, o que leva ao aumento de solubilidade em água de várias substâncias
com interesse bioquímico (Eastburn,1994).
Para tal, possuem estrutura toroidal,
composta por um ciclo de 7 unidades de d -glicose (a forma beta), com cavidade
hidrofóbica e grupos OH superficiais, tornando a sua superfície hidrofílica. A
forma 2 -hidroxipropil é obtida a partir da
hidroxialquilação de grupos OH na posição 2 de uma unidade de d -glicose e apresenta maior
solubilidade em água que a forma não modificada (Loftsson ,1996).
Normalmente, as ciclodextrinas são produzidas semi
sinteticamente a partir da degradação do amido catalisada pela enzima
cyclodextrin glucanotransferase (SZEJTLI, 1998). A geração de ciclodextrinas
originou três formas, α−, β−, e γ – ciclodextrinas, compostas respectivamente
por seis, sete e oito unidades de D-glicose, interligadas por ligações α−(1,4)
glicosídicas, (CONNORS, 1997).
Figura 1 - Ciclodextrina
A principal característica da estrutura da
ciclodextrina é a cavidade de caráter hidrofóbico, com superfície externa mais
hidrofílica (LOFTSSON, 1996). Assim, algumas propriedades daí são geradas como
a solubilização de biomoléculas em meio aquoso, maior biodisponibilidade e
diminuição de efeitos colaterais (SINGH, 2002).
Figura 2 – Cavidades polar e apolar
“O Triptofano é um aminoácido essencial usado pelo cérebro – junto com
a vitamina B6, niacina (ou niacinaminda) e magnésio – para produzir serotonina,
um neurotransmissor que leva as mensagens entre o cérebro e um dos mecanismos
bioquímicos do sono existentes no organismo” (MINDELL, 1986).
Os aminoácidos são as
estruturas fundamentais das proteínas, até se poderia dizer que ele é a matéria
prima da proteína. Os aminoácidos são ácidos orgânicos que encerram em sua
molécula um ou mais grupamentos Amina. Existem vários tipos de aminoácidos,
sendo os mais importantes os alfa-aminoácidos. Qualquer molécula de aminoácido
tem um grupo carboxila (COOH) e um grupo amina ligado a um átomo de carbono.
Nesses mesmos carbonos ficam ligados ainda um átomo de hidrogênio e um radical
(R). O radical (R) representa um radical orgânico, diferente em cada molécula
de aminoácido encontrado na matéria viva. Os aminoácidos possuem caráter
anfótero, ou seja, quando em solução podem funcionar como ácidos ou como bases.
Os aminoácidos são as estruturas fundamentais das proteínas.
Figura 3 –
Estrutura dos aminoácidos
Cada aminoácido
consiste de um grupo amino (-NH2) básico (alcalino), um grupo carboxí1lico
(-COOH) ácido e uma cadeia lateral (grupo R) que é diferente para cada um dos
20 diferentes aminoácidos. Cada variação no número ou na sequência de
aminoácidos produz uma proteína diferente, sendo que uma grande variedade de
proteínas é possível. A situação é semelhante à utilização de um alfabeto de 20
letras para formar palavras. Cada letra seria equivalente a um aminoácido, e
cada palavra seria uma proteína diferente.
Existem,
aproximadamente, 500 tipos de aminoácidos na natureza. No entanto, somente 20
atuam como constituintes das proteínas do nosso organismo. Combinações
complexas destes 20 tipos resultam em mais de 100 mil tipos de proteínas.
E o
Triptofano é a matéria prima da serotonina que é o neurotransmissor
essencial responsável pelo bom humor, pela alegria e antidepressão. Porém, não
sendo a serotonina capaz de atravessar a barreira hematoencefálica quando os
seus níveis são insuficientes, apenas uma toma de suplemento em triptofano ou
em 5-HTP, os seus dois precursores, permite elevar esses níveis de forma
eficaz.
O
L-triptofano e o 5-HTP são metabolizados em serotonina seguindo a mesma via metabólica.
Apesar disso, algumas pessoas reagem melhor a um suplemento de L-triptofano do
que de 5-HTP.
Algumas das fontes naturais
do Triptofano são: germe de trigo, castanhas, requeijão, leite, carne, peixe,
peru, banana, tâmara, amendoim, linhaça, todos os alimentos ricos em proteínas.
Figura 4 -
Triptofano
Figura 5 -
Serotonina
O triptofano é comum em
plantas como constituinte de proteínas e precursor intermediário da biossíntese
de várias substâncias indólicas, entre elas o ácido indolacético (HAGGQUIST et al., 1988). Segundo Gordon & Paleg
(1961), os fenóis, em condição de oxidação, reagem com o triptofano para formar
a auxina (ácido indolacético). Schneider & Wightman (1974) e Shingh (1981)
também citam o triptofano como precursor na formação do ácido indolacético
(AIA). O nível de triptofano nas células das plantas é controlado pela sua
própria concentração e que existe uma concentração normal deste aminoácido nas
células que será provavelmente transformado em auxinas (WILDHOLM, 1971).
A
presença de triptofano no nosso organismo contribui para:
-
Induzir o sono de forma natural.
-
Reduzir a sensibilidade à dor;
-
Atuar como um antidepressivo natural;
-
Aliviar as enxaquecas ou dores de cabeça;
-
Contribuir para a redução da ansiedade e da tensão;
-
Ajudar a aliviar alguns sintomas dos distúrbios bioquímicos relacionados com a
ingestão de álcool e no controle do alcoolismo.
Existe
uma teoria que diz que o consumo de carboidratos eleva a quantidade de
triptofano no cérebro. Mesmo após uma refeição rica em alimentos que são fontes
naturais de triptofano, pouco triptofano atinge o cérebro devido à competição
com outros aminoácidos. Contudo, depois de uma refeição rica em carboidratos, a
insulina atua mais intensamente sobre os aminoácidos, realizando uma melhor
distribuição dos mesmos. Deste modo, uma quantidade maior de triptofano é
direcionada para o cérebro.
Os
carboidratos podem também ter efeito sobre a fadiga central por adiar o aumento
da concentração plasmática de triptofano livre. A ingestão de carboidratos
antes ou durante o exercício proporciona redução do aumento da concentração de
ácidos graxos livres no plasma, provavelmente por estimular a secreção de
insulina e inibir a lipólise (WRIGHT et
al., 1991; WIDRICK et al.,
1993; MCCONELL et al.,1999),
além de retardar também o aumento da concentração de triptofano livre durante o
exercício prolongado. (DAVIS et
al., 1992).
O
triptofano livre compete com BCAA (Branch Chain Amino Acids - Aminoácidos de Cadeia Ramificada)
pela entrada através dos sistemas L de transporte da barreira hematoencefálica
(sistema de transportadores específicos de aminoácidos neutros que transportam,
além do triptofano, outros cinco aminoácidos: tirosina, fenilalanina e os
aminoácidos de cadeia ramificada leucina, isoleucina e valina através da
barreira hematoencefálica). Uma das funções deste sistema de transporte é
suprir o encéfalo de grandes aminoácidos neutros.
Durante
a recuperação pós-operatória em pacientes ocorre um aumento na razão
triptofano/BCAA (YAMAMOTO et al., 1997), fato também observado em animais com
quadro de fadiga após exercício (BLOMSTRAND et al., 1989). O alto nível de
triptofano plasmático livre em comparação com BCAAs pode resultar em aumento da
entrada de triptofano no cérebro em várias regiões além de sinaptossomos
estriatais (YAMAMOTO et al.,
1997). Uma vez que o triptofano é o precursor para 5-HT, isto poderia resultar
em um aumento dos níveis de 5-HT no cérebro, consequentemente, podendo levar ao
quadro de fadiga, o que causa um decréscimo na força muscular. Este é um efeito
colateral do triptofano no organismo humano.
Potencial zeta
Muitas técnicas têm
sido desenvolvidas e utilizadas para estudar a modificação de superfície de
nanopartículas poliméricas (Soppimath et al., 2001). Um método eficiente
para avaliar este parâmetro é a determinação do potencial zeta (ζ) de
superfícies aquosas contendo nanopartículas (Legrand et al., 1999).
O
objetivo deste trabalho é determinar a constante de formação do complexo de
inclusão entre a beta-ciclodextrina e o aminoácido L-triptofano, visando obter
indicativos de inclusão para permitir o desenvolvimento de novas formas de
entrega de triptofano.
A
aplicação da química computacional na simulação molecular ao nível atômico
(modelagem molecular) está bastante desenvolvida e possui várias aplicações em
química farmacêutica no desenho de fármacos e nos estudos in silico.
Esta
aproximação teórica permite racionalizar e complementar a observação
experimental com um enfoque molecular. Sua aplicação no estudo dos fenômenos de
inclusão
F-CD é relativamente recente e está limitada devido ao tamanho e flexibilidade
das moléculas de CD e da multiplicidade de interações em meio aquoso, o que
obriga
a
introduzir um grande número de restrições aos modelos matemáticos utilizados
pelos programas de computador (Lipkowitz, 1998).
2 MATERIAIS
2.1 MATERIAS PARA A PARTE EXPERIMENTAL
Os
reagentes : 2-hidroxopropil ß Ciclodextrina e l-triptofano foram adquiridos de
Sigma do Brasil, água MilliQ e etanol formecidos pelo Laboratório de
nanociências do Centro universitário franciscano.
Os equipamentos
utilizados foram: rota-evaporador, agitador magnético, ESPECTOFOTÔMETRO UV-VIS
1650 e o ZETASIZER NANOSIZER NANOSEDIC/AUVERN, todos do laboratório de
Nanociências da UNIFRA. Para a secagem do complexo foi utilizada a Câmara de
vácuo do Laboratório de Química Orgânica do centro universitário Franciscano.
3 METODOLOGIA
3.1
METODOLOGIA PARA PARTE EXPERIMENTAL
A
obtenção dos complexos entre l- triptofano e HP-ß-CD em solução foi através da
solubilização de CD0,251gramas de HP-ß-Cs em 4mL de água Milli Q®, agitados por
5 minutos em plataforma de agitação magnética e
mais 5 minutos em ultassom, após a completa solubilização foi adicionado
a solução 0,037 gramas
de L-triptofano e o volume completado até 5mL.A mistura aquosa foi agitada por
mais 5 minutos em plataforma de agitação.desta forma foram constituídas mistura
com as composições estequiométricas nominais 1:1 de HP-ß-CD e L- triptofano.
Para
a varredura em espectroscopia de UV-Visível foi retirado 2,5 mL das solução do
complexo formado, do qual 1mL foi diluído em 1mL de água Milli Q ® e
acondicionado em cubeta de quartzo já calibrado para análise de absorvância.
Para análise da absorvância em
UV-visível também foi diluído 1mL da solução do complexo em 1mL de etanol.Para
a produção do complexo em pó 3ml do complexo foi colocado em rota evaporador
por 15 minutos e após este período o complexo foi encaminhado para a câmara de
vácuo para secagem. O complexo em pó será utilizado para estudos
complementares.
3.2 METODOLOGIA
DA MODELAGEM
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Espectros em Uv-visível obtidos da análise da
solução do complexo em estudo tendo como solvente água:
4.2
Espectros em Uv-visível obtidos da análise da solução do L-triptofano em estudo
tendo como solvente água:
A
análise dos espectros de absorvância do complexo de HP-ß-CD e L-triptofano; e
L-triptofano puro, tanto com o uso do solvente água ou etanol permitem perceber
que o L-triptofano absorve a luz em torno de 280 nm.
4.5
RESULTADOS DA MODELAGEM
Até
o momento foram feitas as modelagens das estruturas moleculares do L-Triptofano
e da β-Ciclodextrina, sendo que o L-Trip foi encapsulado graficamente dentro da
β-CD e os cálculos computacionais estão sendo otimizados no software Siesta para posterior avaliação
dos dados.
5 DISCUSSÃO:
Até
o momento, nesta versão prévia do artigo não podemos citar nenhum resultado
conclusivo.
6 AGRADECIMENTOS
Agradecemos,
por enquanto, a Deus, se é que existe.
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