Parametrization and validation of chitosan in the OPLS-AA field of force to characterize the removal of phosphate ions

The present work consists of the parametrization and validation of chitosan in the OPLS-AA (Optimized Potentials for Liquid Simulations all atoms) force field of force to characterize the removal of phosphate ions. The reparametrization of the chitosan in the OPLS-AA was adjusted according to parameters already validated in the literature for the GROMOS53a6 (Groningen Molecular Simulation) force field. The RESP loads were obtained using the HF (Hartree-Fock) methodology and the 6-31G * base function using the NWCHEM 5.1 program. After insertion of the topology parameters (chemical bonds, angles, dihedral angles and charges) were added in the OPLS-AA simulations were performed with chitosan in vacuum and in aqueous solution for the validation of the new topological parameters. Thus, chitosan was validated based on the energy and structural results obtained in the two systems. Then the phosphate adsorption by chitosan was modeled using molecular dynamics calculations to elucidate the interactions of the biopolymer with the ion (s). Molecular dynamics calculations showed the occurrence of dipole ion interactions of the phosphate with the hydroxyl group of chitosan. Afterwards the data were out of balance for the specific interaction between the phosphate and the interacting groups of chitosan through the medium force potential (PMF) using the Umbrella Sampling method in aqueous solution containing 1 phosphate, 1 chitosan decaner and sodium chloride In order to analyze possible molecular events ignored by molecular dynamics. The results of the application of this methodology showed that in addition to the interaction with hydroxyl (results obtained by molecular dynamics), the protonated amino groups of chitosan also formed ion-dipole interactions with the phosphate ion. Therefore, the interactions between chitosan and phosphate were characterized in the OPLS-AA force field and its potential as a phosphate ion chelator for the treatment of hyperphosphatemia was confirmed.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDissertação (Mestrado)O presente trabalho consiste na Parametrização e validação da quitosana no campo de força OPLS-AA (do inglês, Optimized Potentials for Liquid Simulations All Atoms) para caracterizar a remoção de íons fosfato. A reparametrização da quitosana no OPLS-AA foi ajustada de acordo com os parâmetros já validados na literatura para o campo de força GROMOS53a6. As cargas RESP foram obtidas usando a metodologia HF (Hartree-Fock) e função de base 6-31G* usando o programa NWCHEM 5.1. Após a inserção dos parâmetros de topologia (ligações químicas, ângulos, ângulos diedrais e cargas) terem sido adicionados no OPLS-AA foram realizados simulações com a quitosana no vácuo e em solução aquosa para a validação dos novos parâmetros topológicos. Assim sendo, a quitosana foi validada com base nos resultados energéticos e estruturais obtidos nos 2 sistemas. Em seguida foi modelado a adsorção de fosfato por quitosana utilizando os cálculos de dinâmica molecular para elucidar as interações do biopolímero com o(s) íon(s). Os cálculos por dinâmica molecular mostraram a ocorrência de interações íon dipolo do fosfato com o grupo hidroxila da quitosana. Em seguida foram obtidos dados fora do equilíbrio para a interação específica entre o fosfato e os grupos interagentes da quitosana através do potencial de força média (PMF) utilizando a metodologia Umbrella Sampling em solução aquosa contendo 1 fosfato, 1 decâmero de quitosana e cloreto de sódio Afim de analisar possíveis eventos moleculares ignorados pela Dinâmica molecular . Os resultados da aplicação desta metodologia mostraram que além da interação com a hidroxila (resultados obtidos por dinâmica molecular), os grupos amino protonados da quitosana também formaram interações íon-dipolo com o íon fosfato. Sendo assim, as interações entre a quitosana e o fosfato foram caracterizadas no campo de força OPLS-AA e o seu potencial como quelante de íons fosfato para o tratamento da hiperfosfatemia foi confirmado