Hidantoínas e tioidantoínas: síntese, avaliação antiureolítica e estudo de interações por ressonância magnética nuclear e docking molecular

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dc.contributor.advisorMacedo Junior, Fernando Cesar de
dc.contributor.authorCarvalho, Priscila Goes Camargo de
dc.contributor.bancaButera, Anna Paola
dc.contributor.bancaLima, Camilo Henrique da Silva
dc.contributor.bancaCabeça, Luiz Fernando
dc.contributor.bancaViana, Renato Márcio Ribeiro
dc.contributor.coadvisorBispo, Marcelle de Lima Ferreira
dc.coverage.extent131 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-08-16T11:24:37Z
dc.date.available2024-08-16T11:24:37Z
dc.date.issued2021-07-06
dc.description.abstractAs ureases são metaloenzimas produzidas por plantas, fungos e bactérias, com a função catalítica da hidrólise da ureia em amônia e carbamato. Bem reconhecidas como fator de virulência de microrganismos ureolíticos, devido à produção de amônia que favorece a colonização, as ureases receberam considerável atenção devido a seus impactos na saúde dos organismos vivos. No contexto agroindustrial, as ureases exercem efeitos inseticidas e estão relacionadas à perda de nitrogênio disponível no solo devido à hidrólise da ureia, seu substrato natural e o fertilizante mais utilizado atualmente. Desta maneira o desenvolvimento de inibidores de urease se torna necessário. Nesse contexto, hidantoínas e tioidantoínas possuem uma diversidade de propriedades biológicas, mas no presente momento não são relatadas na literatura como inibidores de ureases. Além disso, essas substâncias apresentam semelhança estrutural à ureia e à tioureia, substrato natural e inibidor dessa enzima, respectivamente. Portanto, neste trabalho, descrevemos a síntese e avaliação de hidantoínas e tioidantoínas derivadas de L e D-aminoácidos e a avaliação do seu potencial inibitório in vitro contra a enzima urease de Canavalia ensiformis (UCE). Descrevemos também a avaliação das interações ligante-enzima de compostos selecionados na triagem da atividade in vitro através da técnica de STD (Saturation Transfer Difference). As hidantoínas ou tioidantoína foram facilmente obtidas em rendimentos que variaram de 30 a 81%, através da reação de condensação da tioureia/ureia e um aminoácido sem a necessidade de procedimentos complexos de purificação. As reações de L-aminoácidos com cianato de sódio em solução aquosa, com posterior ciclização em meio ácido, forneceram hidantoínas em rendimentos variando de 13 a 94%. O ensaio in vitro contra urease de UCE revelou que as tioidantoínas apresentaram maior potencial inibitório do que hidantoínas, além de serem duas vezes mais potentes do que o inibidor de referência tioureia, provando que a classe é promissora para desenvolvimento de inibidores de ureases. Estudos de cinética enzimática demonstraram um perfil de inibição misto e incompetitivo para os compostos avaliados e foram determinadas as suas constantes de inibição (0,42 a 1,13 mM). Esses valores indicaram que a tioidantoína derivada do aminoácido L-valina é o inibidor mais promissor da série. A técnica de STD forneceu o mapeamento de epítopos dos inibidores, além de dados quantitativos de constante de dissociação para o complexo com a urease. Os resultados obtidos indicaram que a STD pode ser explorada como uma ferramenta poderosa, para a obtenção de parâmetros cinéticos e estudos de interação entre urease e os derivados aqui testados. Os resultados da docagem molecular indicam que os compostos possuem afinidade tanto pelo sítio ativo quanto para sítio alostérico da enzima UCE, sendo que a tioidantoína derivada da L-valina (2b) e a hidantoína derivada da L-metionina (1d) apresentam similaridade no modo de ligação quanto à conformação e orientação adotada. Além disso os anéis tioidantoínico e hidantoínico podem atuar como um grupo farmacofórico devido à sua afinidade de ligação por interações de ligação de hidrogênio com resíduos de aminoácidos importantes no sítio ativo e/ou alostérico da enzima.
dc.description.abstractother1Ureases are metalloenzymes produced by plants, fungi and bacteria which catalyzes the urea into ammonium and carbamate. Ureases have been received considerable attention due to its impacts on the health of living organism since they were recognized as a virulence factor of ureolytic microorganisms related on the production of ammonia that supports their colonization. In the agro-industrial context, ureases have insecticidal effects, and are also related to loss of available nitrogen to the plants due to the hydrolysis of urea, its natural substrate, and currently the most widely used fertilizer. In this way, the development of urease inhibitors is necessary. In this context, hydantoins and thiohydantoins have a diversity of biological properties, but in the present moment does not report in the literature by inhibitory effect against ureases.. In addition, these substances have a structural similarity to urea and thiourea, a natural substrate and inhibitor of this enzyme, respectively. Therefore, in this work, we describe the synthesis and evaluation of hydantoins and thiohydantoins derived from L and D-amino acids and the evaluation of their inhibitory potential in vitro against the Canavalia ensiformis urease (CEU). We also describe the evaluation of the ligand-enzyme interactions of the selected compounds in the screening using the STD (Saturation Transfer difference) technique. The hydantoins or thiohydantoin were easily obtained in yields ranging from 30 to 81%, through the condensation reaction of thiourea or urea and an amino acid without complex purification procedures. The reactions of amino acids with sodium cyanate in aqueous solution, with subsequent cyclization in the acidic medium, provided hydantoins in yields ranging from 13 to 94%. The in vitro assay against urease revealed that thiohydantoins were more active than hydantoins as inhibitors, in addition, the former showed a potential approximately twice as high as the reference thiourea inhibitor, proving that this class of compounds has great potential for the development of urease inhibitors. Enzymatic kinetics studies demonstrated a mixed inhibition and uncompetitive profile for the evaluated compounds and their inhibition constants (0,42 to 1,13 mM) were determined. These data indicated that the thiohydantoin derived from L-valine amino acid is the most promising inhibitor in the series. The use of the STD technique provided the mapping of epitopes of the inhibitors and quantitative dissociation constant data for the complex between the tested inhibitors and the urease . The results indicated that the STD is a powerful tool to study binding of urease and the tittle derivatives. The results of the molecular docking indicate that the compounds have affinity both for the active site and for the allosteric site of the UCE enzyme, which the thiohydantoin derived from L-valine (2b) and the hydantoin derived from L-methionine (1d) showed similarity in the binding mode concerning to the conformation and orientation adopted. Furthermore, thiohydantoin and hydantoin rings can act as a pharmacophoric group due to their binding affinity by hydrogen bonding interactions with important amino acid residues in the active and/or allosteric site of the enzyme.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17211
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Química
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Química
dc.subjectUreases
dc.subjectInibidores
dc.subjectTioidantoínas
dc.subjectHidantoínas
dc.subjectRMN
dc.subjectSTD
dc.subjectCanavalia ensiformis
dc.subjectQuímica
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.keywordsUreases
dc.subject.keywordsInhibitors
dc.subject.keywordsThiohydantoins
dc.subject.keywordsHydantoins
dc.subject.keywordsNMR
dc.subject.keywordsSTD
dc.subject.keywordsCanavalia ensiformis
dc.subject.keywordsChemistry
dc.titleHidantoínas e tioidantoínas: síntese, avaliação antiureolítica e estudo de interações por ressonância magnética nuclear e docking molecular
dc.title.alternativeHydantoins and thiohydantoins: synthesis, antiureolytic evaluation and interactions studies by nuclear magnetic resonance and molecular docking
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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