Study of the pesticide activity of two sets of compounds that act on photosystem II

Orientador: Márcia Miguel Castro FerreiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: A agricultura é uma das principais fontes de alimento para a população. O controle de pragas é importante para uma alta eficiência das plantações e, atualmente, é feito principalmente com aplicação de praguicidas sintéticos. Porém, o uso contínuo de praguicidas com o mesmo mecanismo de ação resulta na adaptação das pragas, que adquirem resistência. Além disso, a preocupação ambiental aumentou com os anos, culminando na regulação rigorosa do uso de praguicidas. Por isso, a pesquisa por novos praguicidas sintéticos é importante para a produção de alimentos. Estudo de QSAR é uma importante ferramenta na pesquisa de processos bioquímicos, como a ação de praguicidas. O objetivo desse trabalho pode ser separado em duas etapas: utilizar dados experimentais de atividade herbicida para dois conjuntos de compostos com ação no fotossistema II (1: análogos de nostoclídeos; e 2: trifluorometil arilamidas) para a construção de modelos QSAR; então, interpretar os modelos obtidos para compreender melhor as interações ligante-receptor envolvidas na atividade herbicida desses compostos. As estruturas moleculares dos dois conjuntos foram otimizadas e descritores dos tipos 2D e 3D (conjunto 1) e 4D (conjunto 2) foram calculados. Esses descritores foram selecionados separadamente utilizando ferramentas automáticas de seleção, como o filtro CDDA e o algoritmo OPS. Foram feitos modelos QSAR 2D, 3D e híbrido (2D + 3D) para o conjunto 1 e modelo QSAR-4D para o conjunto 2. Para o conjunto 1, os três modelos apresentaram boa previsão e robustez. A análise dos descritores moleculares indicou que os análogos de nostoclídeos interagem por ?-stacking com o resíduo His-215 e por ligação de hidrogênio com o mesmo resíduo ou com o resíduo Ser-264 do fotossistema II. Para o conjunto 2, o modelo QSAR-4D foi analisado simultaneamente com estudos de QSAR 2D e 3D realizados por colaboradores, para as mesmas moléculas. Os 3 modelos mostram que interações hidrofóbicas são importantes para a atividade herbicida desses compostos. Além disso, cada modelo contribuiu com informações complementares. A contribuição do estudo QSAR-4D foi a indicação da importância da presença do átomo de bromo e das interações hidrofóbicas entre os dois anéis das moléculas e os resíduos His-215 e Leu-271 para a atividade herbicida das trifluorometil arilamidasAbstract: Agriculture is one of the main sources of food for the population. Pest control is important for high crop efficiency and, nowadays, it is done mainly by the application of synthetic pesticides. However, continuous use of pesticides with the same mechanism of action induces the adaptation of pests, which acquire resistance. Moreover, environmental concern increased over the years, leading to stringent regulation of pesticide use. Therefore, the research for novel synthetic pesticides is important for food production. QSAR study is an important tool on the research of biochemical processes, such as pesticides¿ action. The objectives of this work can be separated in two steps: to use experimental data of herbicide activity for two sets of compounds that act into the photosystem II (1: nostoclides analogues; and 2: trifluoromethyl arylamides) to build QSAR models; then, to interpret the obtained models aiming to a better understanding of the ligand-receptor interactions involved in the herbicide activity of these compounds. The chemical structures of both sets were optimized and molecular descriptors of the types 2D and 3D (set 1) and 4D (set 2) were calculated. These descriptors were selected separately using selection automated tools, such as CDDA filter and OPS algorithm. 2D, 3D and hybrid (2D + 3D) QSAR models were built for the set 1 and a 4D-QSAR model were built for the set 2. For set 1, the three models presented good prediction and were robust. The molecular descriptors analysis indicated that the nostoclides analogues interact by ?-stacking with the His-215 residue and by hydrogen bond with the same residue or with the Ser-264 residue of the photosystem II. For the set 2, the 4D-QSAR model was simultaneously analyzed with the 2D and 3D QSAR models proposed by contributors, for the same molecules. The 3 models showed that hydrophobic interactions are important for the herbicide activity of these compounds. Besides, each model contributed with complementary information. The 4D-QSAR study contribution was the indication of the bromide atom¿s importance and the contribution of the hydrophobic interactions between the two molecules¿ rings and the His-215 and Leu-271 residues for the herbicides activity of the trifluoromethyl arylamidesMestradoFísico-QuímicaMestre em Química130915/2015-7CNP