As interações e a forma como estas ocorrem no macroambiente celular dependem de diversos fatores físicos, químicos e biológicos. Primeiramente, as distâncias entre dois átomos talvez sejam as mais facilmente compreensíveis devido às propriedades físicas. Por exemplo, a atração e repulsão entre dois átomos carregados define que
forças de atração e repulsão são inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre dois átomos carregados (Lei de Coulomb) tanto positivamente (cátions) quanto negativamente (ânions).
Entretanto, muitas outras forças e propriedades estão relacionadas a esse pro- cesso o que, portanto, explica a complexidade envolvendo interações e reconhecimentos moleculares entre duas ou mais moléculas. Solvatação, polaridade de grupos quími- cos, pH do ambiente, se há íons participando da interação, hidrofobicidade e tipos dos átomos envolvidos na interação são passíveis de serem utilizados como objeto de estudo para explicar como ocorrem as interações entre moléculas. Porém, uma mod- elagem que é mais comumente utilizada é aquela em que são consideradas apenas os tipos de átomos e a distância que há entre eles. De certa forma, classificar um átomo de acordo com uma propriedade química também inclui adicionar informações como hidrofobicidade e polaridade presente nos átomos.
Assim, nesye trabalho utilizamos o mapeamento de interações utilizando critérios de distância e os tipos de cada átomo envolvido na interação. Ressalta-se que o cálculo de interações depende também dos contatos entre átomos gerados conforme descrito na Seção 2.6.
Dessa forma, as interações somente podem ser mapeadas caso os tipos de áto- mos estejam disponíveis. Para tanto, os átomos compondo aminoácidos e ligantes foram classificados pelas suas propriedades físico-químicas de acordo com o trabalho de Sobolev et al. [1999]. Os átomos foram classificados como sendo: aceptor, aromático, doador, hidrofóbico, negativo (ânion) ou positivo (cátion). Nessa abordagem, alguns átomos podem ser classificados com mais de uma propriedade. Por exemplo, o ni- trogênio NE2 de uma histidina foi classificado como sendo aromático, doador e posi- tivo.
A seguir serão descritas as metodologias utilizadas para classificar cada tipo de átomo de acordo com a molécula ao qual um átomo pertence.
2.7.1 Átomos do aminoácido
A classificação de cada átomo de um aminoácido foi feito manualmente em nossos trabalhos anteriores considerando um pH igual a 7 [de Melo et al., 2006, 2007b,a; Pires et al., 2011; da Silveira et al., 2009]. Nessa classificação considerou-se os vinte aminoácidos mais comuns (Tabela 1.1) e as propriedades físico-químicas dos átomos de acordo com o trabalho de Sobolev et al. [1999].
Tabela 2.2. Classificação de cada átomo de um aminoácido segundo suas pro-
priedades físico-químicas.
Tipo de átomo Átomos classificados em um certo tipo
Aceptores ALA (O), ARG (O), ASN (O, OD1), ASP (O, OD1, OD2), CYS (O), GLN (O, OE1), GLU (O, OE, OE2), GLY (O), HIS (O), ILE (O), LEU (O), LYS (O), MET (O), PHE (O), PRO (O), SER (O), THR (O), TRP (O), TYR (O), VAL (O)
Aromáticos HIS (CD2, CE1, CG, ND1, NE2), PHE (CD1, CD2, CE1, CE2, CG, CZ), TRP (CD1, CD2, CE2, CE3, CG, CH2, CZ2, CZ3, NE1), TYR (CD1, CD2, CE1, CE2, CG, CZ)
Doadores ALA (N), ARG (N, NE, NH1, NH2), ASN (N, ND2, OD1), ASP (N), CYS (N), GLN (N), GLU (N), GLY (N), HIS (N, ND1, NE2), ILE (N), LEU (N), LYS (N, NZ), MET (N), PHE (N), PRO (N), SER (N, OG), THR (N, OG1), TRP (N, NE1), TYR (N, OH), VAL (N)
Hidrofóbicos ALA (CB), ARG (CB, CD, CG, CZ), ASN (CB, CG), ASP (CB, CG), CYS (CB), GLN (CB, CD, CG), GLU (CB, CD, CG), HIS (CB, CD2, CE1, CG), ILE (CB, CD1, CG1, CG2), LEU (CB, CD1, CD2, CG), LYS (CB, CD, CE, CG), MET (CB, CE, CG, SD), PHE (CB, CD1, CD2, CE1, CE2, CG, CZ), PRO (CB, CD, CG), SER (CB), THR (CB, CG2), TRP (CB, CD1, CD2, CE2, CE3, CG, CH2, CZ2, CZ3), TYR (CB, CD1, CD2, CE1, CE2, CG, CZ), VAL (CB, CG1, CG2)
Negativos ASP (OD1, OD2), GLU (OE1, OE2)
Positivos ARG (NH1, NH2), HIS (ND1, NE2) e LYS (NZ)
2.7.2 Átomos do ligante
O mapeamento para os átomos do ligante foi realizado de acordo com os mesmos tipos de átomos utilizados para os aminoácidos, isto é, os átomos foram classificados como aceptor, aromático, doador, hidrofóbico, negativo (ânion) ou positivo (cátion) conforme o trabalho de Sobolev et al. [1999].
Conforme especificado na Seção 2.7.1, o mapeamento manual foi realizado ape- nas para aminoácidos. Dessa forma, para mapear os tipos de átomos para o ligante utilizamos o software Pmapper (GenerateMD 5.3.8, 2010, ChemAxon 12). Além disso,
conforme foi feito para os aminoácidos, o mapeamento para os átomos do ligante tam- bém foi realizado considerando um pH igual a 7. O Pmapper tem a capacidade de encontrar propriedades farmacofóricas de átomos para uma estrutura molecular de acordo com diversas propriedades químicas e estruturais como carga e hidrofobicidade [Chemaxon, 2014].
Previamente, deve-se realizar um pré-processamento dos arquivos contendo a es- trutura dos ligantes. O primeiro passo é extrair do arquivo PDB todas as informações dos átomos do ligante alvo e também as informações de outras moléculas que estejam ligados covalentemente a essa molécula alvo. Isso é importante porque essas ligações covalentes podem influenciar no resultado obtido pelo Pmapper.
Para ilustrar esse procedimento, tomemos como o exemplo o ligante BMA1455 encontrado na cadeia A do PDB 1H4P. Esse ligante, apesar de não estar localizado em um sítio de ligação para essa proteína, e apesar de não termos encontrado interação direta dele com a proteína, ainda assim pode ser utilizado para ilustrar o efeito que as ligações covalentes podem gerar no resultado obtido.
A Figura 2.7(a) mostra o ligante BMA1455 ao centro da imagem colorido de acordo com o esquema de cores CPK e os demais ligantes que se ligam covalentemente a ele em amarelo. Os átomos do ligante BMA1455 que estão ligados covalentemente são mostrados em esferas (O3, O6 e C1). Quando esse ligante está isolado (sem nenhuma outra molécula ligada a ele)(Figura 2.7(b)) os dois átomos de oxigênio estão ligados a um hidrogênio, o que faz com que estes átomos sejam classificados pelo Pmapper como aceptor e doador de hidrogênios. Porém, quando estes oxigênios se ligam cova- lentemente a outra molécula, como mostrado em (a), não há mais a presença desses hidrogênios, então, eles passam a ser classificados apenas como aceptores. Por sua vez, o oxigênio O4 (também representado por uma esfera em (a)), é classificado como aceptor e doador em ambos os casos, pois não apresenta ligações covalentes com outras moléculas. Quanto ao carbono C1, em ambos os casos é classificado como hidrofóbico. Todas estas constatações estão de acordo com o trabalho de Sobolev et al. [1999].
Vale ressaltar que, nesse tipo de situação, as ligações covalentes existem com a finalidade de unir todos os ligantes e, assim, formar um único ligante maior, isto é, um ligante formado por diversas componentes (ligantes). Por exemplo, os dissacarídeos po- dem ser considerados ligantes maiores formados a partir de ligações covalentes (ligações glicosídicas) entre dois monossacarídeos [Nelson e Cox, 2014]. Assim, ligantes covalen- temente ligados devem ser analisados como se fossem um único ligante tal como é feito por de Beer et al. [2014]. Contudo, na atual versão do nAPOLI consideramos as lig- ações covalentes apenas durante a classificação dos átomos dos ligantes. A análise das interações proteína-ligante, porém, é feita para cada uma das componentes separada- mente. Portanto, em versões futuras planejamos realizar essas análises considerando ligantes covalentemente ligados como se fossem um único ligante.
Assim, após extrair as informações dos átomos, utiliza-se o software Open Babel [O’Boyle et al., 2011; Open Babel, 2012] para converter o arquivo do formato PDB para o formato Molfile (.mol). Finalmente, os arquivos estão prontos para que o Pmapper
Figura 2.7. Efeito de ligações covalentes na classificação dos tipos de átomo.
Em (a), os átomos O3 e O6 do ligante BMA1455 são classificados como aceptores devido às ligações covalentes entre eles e dois outros ligantes. Quando o BMA1455 está isolado (b), estes mesmos átomos são classificados como aceptores e doadores.
possa caracterizar cada átomo quanto aos seus tipos. A conversão do formato PDB para o formato Molfile se faz necessária, pois conforme a própria Chemaxon13, arquivos
PDBs podem ser analisados de forma incorreta.