Simulação computacional de biomiméticos de interesse biomédico e nanotecnológico: peptóides e catecóis

CNPQMateriais bionspirados em peptídeos e proteínas possuem ampla diversidade de aplicações científicas e tecnológicas. Este trabalho se concentrou na descrição de propriedades dinâmicas e conformacionais de dois biomiméticos: peptóides e catecóis. Peptóides são oligômeros de glicinas N-substituídas de interesse biológico devido à resistência a proteases, maior estabilidade térmica, ambiental e facilidade de síntese, em comparação a peptídeos. Todavia, os desafios à aplicação de peptóides são devidos a flexibilidade ocasionada pela perda das ligações de hidrogênio intra-cadeia principal e interconversão cis/trans à temperatura ambiente. A simulação molecular clássica de peptóides tem sido limitada pelos campos de força existentes que não permitem a rotação interna da ligação amida sem o uso de técnicas para melhorar a amostragem. Neste trabalho foi desenvolvido um conjunto de parâmetros para a simulação de peptóides que permitiu descrever corretamente as populações conformacionais cis/trans de unidades monomêricas, em comparação a dados de RMN. As simulações de oligômeros mostraram estruturas bastantes flexíveis, não condizentes com conclusões propostas a partir de espectros de dicroísmo circular, que tem atribuído estruturas helicoidais a estes oligômeros. Os resultados sugerem que as transições eletrônicas favorecidas pelas conformações cis são as principais responsáveis pelos espectros obtidos. Adicionalmente, simulações por dinâmica molecular foram utilizadas para caracterizar a adsorção de moléculas catecóis em superfícies minerais. Proteínas de pés de mexilhões inspiraram nossos colaboradores na síntese de dois tipos de moléculas: iniciadores acrilatos para aplicação em resinas odontológicas e surfactantes zwiteriônicos para transistores orgânicos de efeito de campo (OFETs). Dentre as moléculas sintetizadas, os catecóis apresentaram melhores resultados nas aplicações propostas e forte adesão a superfícies minerais. A modelagem molecular permitiu elucidar como mudanças na estrutura molecular de catecóis acrilatos e da superfície mineral afetaram a adsorção. Os nossos resultados mostraram ainda que a automontagem de monocamadas de catecóis zwiteriônicos é governada pelo balanço entre ligações de hidrogênio, interações entre anéis aromáticos e dessolvatação da superfície mineral.Peptides and proteins bioinspired materials have wide range of scientific and technological applications. This work has focused on the description of dynamic and conformational properties of two biomimetics: peptoids and catechols. Peptoids are N-substituted glycine oligomers of biological interest due proteases resistance, higher thermal and environmental stability and easier synthesis, when compared to peptides. However, the flexibility caused by the lack of intra-backbone hydrogen bonds and cis/trans interconversion at room temperature represents the main challenge for applications based on structure-function relationship. Classical molecular simulation of peptoids has been limited by the existing force fields, which do not allow amide bond internal rotation without the use of enhanced sampling techniques. In this work, the development of a set of parameters for peptoids simulation allowed the correctly description of cis/trans conformational populations in monomeric units, when compared to NMR data. The oligomers simulations showed flexible structures and that are not consistent with the withdrawn conclusions from circular dichroism spectra that has attributed helical structures to these oligomers. The results suggested that electronic transitions favored by cis conformations are mainly responsible by the obtained spectra. In addition, molecular dynamics simulations were used to characterize the adsorption of catechol molecules on mineral surfaces. Mussel foot proteins inspired our coworkers to synthesize two types of molecules: acrylic primers for dental resins and zwitterionic surfactants for organic field effect transistors (OFETs). Among the synthesized molecules, catechols showed best results for the proposed applications and strongest adhesion on mineral surfaces. Molecular modeling allowed elucidating how changes in molecular structure of acrylic catechols and on mineral surface affected adsorption. Our results also showed that the self-assembling of zwiterionic catechol monolayers is governed by the balance between hydrogen bonds, interactions between aromatic rings and desolvation of the mineral surface