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Tipo: TCC
Título: Biologia computacional e bioquímica quântica dos opioides: descrição comparativa das interações intermoleculares do Fentanil e da Morfina ligados ao receptor μ-opioide
Autor(es): Silva, Francisco Ronaldo Alves da
Orientador: Freire, Valder Nogueira
Palavras-chave em português: Receptor μ-opioide;Morfina;Fentanil;Nocicepção;Bioquímica quântica
Palavras-chave em inglês: μ-opioid receptor;Morphine;Fentanyl;Nociception;Quantum biochemistry
Data do documento: 2024
Citação: SILVA, F. R. A. da. Biologia computacional e bioquímica quântica dos opioides: descrição comparativa das interações intermoleculares do Fentanil e da Morfina ligados ao receptor μ-opioide. 2024. 106 f. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: O receptor μ-opioide (μOR) é um dos quatro subtipos de receptores opioides conhecidos (μ, δ, κ e NOP) e desempenha um papel fundamental na sinalização dos efeitos analgésicos dos opioides endógenos e sintéticos. Clinicamente, a administração de opioides como morfina (MOR) e fentanil (FEN) visa o controle da dor em pacientes com doenças crônicas, câncer e outras enfermidades. No entanto, esses medicamentos apresentam efeitos colaterais graves, como depressão respiratória e risco de dependência, limitando seu uso terapêutico. Diante disso, este projeto visa estudar, a nível molecular, utilizando ferramentas de biologia computacional e bioquímica quântica, o mecanismo e a energia de interação de dois principais opioides, morfina e fentanil ao μOR e com isso, fornecer informações que possam contribuir para o desenvolvimento de novos fármacos que apresentem alta eficiência analgésica aliada a poucos efeitos colaterais. Para tanto, preparou-se as estruturas dos complexos μOR::MOR e μOR::FEN presentes nos cristais com PDB (Protein Data Bank) IDs 8EF6 e 8EF5, respectivamente. Após, os complexos foram inseridos dentro de uma bicamada fosfolipídica (POPC). Posteriormente, foram realizadas simulações independentes de minimização de energia, equilíbrio e dinâmica molecular (DM) em triplicata dos dois sistemas utilizando o GROMACS. Por fim, foram realizados cálculos de bioquímica quântica para quantificar as energias de interação entre as drogas e o receptor através da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Como resultado, identificou-se fortes interações energéticas dos resíduos do μOR com ambos os ligantes, alcançando valores de energia de interação de −74,21 kcal · mol−1 (dinâmica 3) e −69,43 kcal · mol−1 (dinâmica 1) para fentanil e morfina, respectivamente. Para a morfina, foram localizados resíduos críticos em TM3 (MET153, ASP149, TYR150), TM6 (HIS299, ILE298, TYR328, VAL302) e TM7 (ILE324, TRP295). Para o fentanil, os resíduos mais interativos foram encontrados em TM3 (ASP149, MET153, ILE146, CYS142, TYR150), TM6 (ILE298, TRP295, HIS299), TM7 (ILE324, GLY327, TYR328, TRP320), TM5 (LYS235, VAL238) e TM2 (GLN126). Além disso, a média da interação de energia para a morfina foi de −65,34 kcal ·mol−1 e para o fentanil foi de −63,80 kcal · mol−1, sugerindo que a primeira possui menor energia de interação, interagindo mais fortemente com o μOR. Os resultados obtidos neste trabalho podem contribuir para a concepção de novos fármacos com maior especificidade pelos receptores μ-opioides.
Abstract: The μ-opioid receptor (μOR) is one of the four known subtypes of opioid receptors (μ, δ, κ, and NOP) and plays a fundamental role in signaling the analgesic effects of both endogenous and synthetic opioids. Clinically, the administration of opioids such as morphine (MOR) and fentanyl (FEN) aims to control pain in patients with chronic diseases, cancer, and other illnesses. However, these medications present serious side effects, such as respiratory depression and the risk of dependence, limiting their therapeutic use. Given this, this project aims to study, at the molecular level, using computational biology and quantum biochemistry tools, the mechanism and interaction energy of two major opioids, morphine and fentanyl, with μOR and, with this, provide information that may contribute to the development of new drugs that offer high analgesic efficiency with few side effects. To this end, the structures of the μOR::MOR and μOR::FEN complexes present in the crystals with PDB IDs 8EF6 and 8EF5, respectively, were prepared. Afterward, the complexes were inserted into a phospholipid bilayer (POPC). Subsequently, independent simulations of energy minimization, equilibrium, and molecular dynamics (MD) were performed in triplicate for the two systems using GROMACS. Finally, quantum biochemistry calculations were performed to quantify the interaction energies between the drugs and the receptor through Density Functional Theory (DFT). As a result, strong energetic interactions of the μOR residues with both ligands were identified, achieving interaction energy values of −74, 21; kcal · mol−1 (dynamics 3) and −69, 43; kcal · mol−1 (dynamics 1) for fentanyl and morphine, respectively. For morphine, critical residues were located in TM3 (MET153, ASP149, TYR150), TM6 (HIS299, ILE298, TYR328, VAL302), and TM7 (ILE324, TRP295). For fentanyl, the most interactive residues were found in TM3 (ASP149, MET153, ILE146, CYS142, TYR150), TM6 (ILE298, TRP295, HIS299), TM7 (ILE324, GLY327, TYR328, TRP320), TM5 (LYS235, VAL238), and TM2 (GLN126). Furthermore, the average interaction energy for morphine was −65,34 kcal · mol−1, and for fentanyl, it was −63,80 kcal · mol−1, suggesting that the former has a lower interaction energy with μOR. The results obtained in this work may contribute to the design of new drugs with greater specificity for μ-opioid receptors.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78287
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:FÍSICA-BACHARELADO - Monografias

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