Análise da estrutura e conformação de ácidos siálicos

Abstract

Descobertos nos Deuterostômios, os ácidos siálicos (Sias) constituem uma família de carboidra- tos estruturalmente diversa, podendo ser encontrados frequentemente ligados por meio de seu carbono anomérico (C2) na configuração α às posições C3 ou C6 da galactose ou a outro Sia aos carbonos 8 ou 9. A diversidade estrutural dos Sias é o que torna essas moléculas capazes de desempenhar importantes papéis biológicos modulatórios e estruturais. O estudo estrutural dos Sias e de seu papel biológico pode ser feito por meio da modelagem molecular dessas estruturas. Devido à sua flexibilidade, os carboidratos complexos adotam diferentes conformações em solução, sendo desafiadora a descrição de sua estrutura 3D através de métodos computacionais. A dinâmica molecular (DM) é um método computacional que descreve a variação do comporta- mento molecular em função do tempo. Enquanto a MD configura um exemplo de método não enviesado, a metadinâmica envolve a aplicação de um viés que pode forçar o sistema a deixar mínimos locais e explorar diferentes estados amostrais. No presente trabalho, metodologias de mecânica molecular foram aplicadas na parametrização do equilíbrio pseudo-rotacional de Sias. A validação dos parâmetros aplicados aos monossacarídeos pôde ser feita com cálculos de J de acoplamento vicinal para os monômeros que constituem a base estrutural dos ácidos siálicos, os quais demonstraram valores próximos a dados experimentais. A variação conformacional das ligações glicosídicas entre dissacarídeos foi delineada por simulações de metadinâmica. Além disso, as conformações preferenciais adotadas pelos torcionais que compõem as glicosídicas de um poliácido siálico foram determinadas através da análise de trajetórias de dinâmica molecular. Dessa forma, a partir dos resultados obtidos, pôde-se estabelecer parâmetros que possibilitem o estudo e a modelagem de carboidratos de diferentes níveis de complexidade estrutural da família dos ácidos siálicos através do GROMOS, juntamente aos parâmetros do campo de força GROMOS 53AGLYC.

Discovered in the Deuterostomes, sialic acids (Sias) constitute a structurally diverse family of carbohydrates, often found linked through their anomeric carbon (C2) in the α configuration at the C3 or C6 positions of the galactose or another sialic acid at the carbons 8 or 9. The structural diversity of Sias is what makes these molecules capable of playing important biological modulatory and structural roles. The structural study of sialic acids and their biological role can be done through the molecular modeling of these structures. Because of their flexibility, complex carbohydrates adopt different conformations in solution, representing a challenging class of molecules in terms of describing their 3D structure with computational methods. Molecular dynamics (DM) is a computational method that describes the variation in molecular behavior as a function of time. While MD sets up an example of an unbiased method, metadynamics involves the application of a bias that can force the system to leave local minima and sample states that represent lower probabilities. In the present work, molecular mechanics methodologies were applied in the parameterization of the pseudo-rotational equilibrium of sialic acids. The validation of the parameters applied to the monosaccharides could be done with J calculations of vicinal coupling for the monomers that constitute the structural basis of the sialic acids, which showed values close to experimental data. The conformational variation of glycosidic bonds between disaccharides was delineated by metadynamic simulations. Furthermore, the preferred conformations adopted by the torsionals that compose the glycosidics of a polysialic acid were determined through the analysis of molecular dynamics trajectories. Therefore, from the results obtained, it was possible to establish parameters that enable the study and modeling of carbohydrates of different levels of structural complexity of the sialic acid family through GROMOS, with the GROMOS 53A6GLYC force field parameters set.