3.3 Computational aspects of subspace approximation
3.4.4 Visualization
Capítulo 2: Complejos de Inclusión
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Cuando se analizó el modo de unión de la forma mono-ionizada de la HCT (figura 2.20b), el gráfico de RMSD en función del tiempo muestra que el complejo correspondiente a la pose-1 se mantiene relativamente estable después de ser calentado y de la fase de equilibrio, mientras que la pose-2 exhibe mayor variación estructural que la pose-1 (figura 2.18). Después de realizar los análisis de descomposición energética (5000 – 55000 pasos), se encontró que la pose-2 mostró mayor afinidad que la pose-1 (-15,2 y -11,8 kcal/mol, respectivamente). En ambos casos, la especie mono-ionizada exhibió menor afinidad que la especie neutra. A partir de un análisis de
clustering
sobre la trayectoria de DM correspondiente a la pose-2, se obtuvo la conformación más poblada (figura 2.19b), la cual fue significativamente diferente a la obtenida para la HCT neutra (figura 2.19a), donde la mitad sulfonamida se encuentra ahora orientada hacia el borde más angosto de la βCD, estableciéndose interacciones de puente hidrógeno estables entre el grupo amino y el oxígeno del puente 1,4 glicosídico. La proximidad del grupo amino a H3 y H5, a lo largo con la inserción del anilloaromático dentro de la cavidad hidrofóbica, es consistente con el efecto de apantallamiento observado por 1H NMR para ambos átomos (tabla 2.5).
Con respecto a las especies di-ionizadas de la HCT, el gráfico de RMSD en función del tiempo (figura 2.18) nuevamente demostró un rearreglo significativo del complejo inicial, alcanzado el equilibrio después de los 6 ns (30000 pasos) de simulación. El análisis de descomposición energética se realizó entre los 3 y los 6 ns de simulación (tabla 2.10), lo cual revela que la pose-1 mostró mayor afinidad que la pose-2 (-12,8 y -9,2 kcal/mol, respectivamente), con estas especies exhibiendo una menor afinidad que cualquiera de las especies mono- ionizada o neutra de la HCT. La estructura obtenida a partir del análisis de
clustering
de la pose-1 (figura 2.19c) muestra que la HCT se insertó profundamente dentro de la cavidad de la βCD, estableciendo interacciones por puente de hidrógeno con ambos bordes, el ancho y el angosto, de la molécula receptora. El gran efecto de apantallamiento en H3 y H5, observado en losespectros de 1H NMR, se atribuyó a la disposición perpendicular del anillo
aromático, rico en electrones, con respecto a los protones interiores de la βCD. De los resultados anteriores, se puede observar que las predicciones de afinidad para los tres estados de ionización de la HCT analizados, están de
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acuerdo con las observaciones experimentales obtenidas por ITC y DSF (tabla 2.6). Es notable que la energía de estabilización derivada de las interacciones de van der Waals permanecen sin cambios para los distintos estados de ionización de HCT. En línea con estas observaciones, la idea de que la energía de solvatación puede limitar la afinidad general observada en los complejos de inclusión de βCD, ya han sido reportadas por nuestro grupo de investigación
(Zoppi y col., 2010; Zoppi y col., 2008).
2.3.2.3 Afinidad en Función de la Temperatura
Se estudió el efecto de la temperatura en la afinidad de HCT hacia la βCD por ambos métodos, experimental y teórico. Como una visión conjunta general, la afinidad observada fue altamente dependiente del estado de ionización de la HCT. Para la HCT neutra, ocurre un marcado decrecimiento en la afinidad por la cavidad de la βCD a medida que aumenta la temperatura, mientras que para cualquiera de las especies mono-ionizadas o di-ionizadas de la HCT, no se observaron cambios significativos (tabla 2.6). El valor de la constante de estabilidad calculada experimentalmente, está directamente relacionada con la afinidad de la HCT por la cavidad de la βCD, es decir, que a mayor valor de la constante de estabilidad, mayor es la afinidad entre ambos componentes.
Estos resultados sugieren que la dependencia de la afinidad con la temperatura origina diferencias en los modos de inclusión de la HCT dentro de la cavidad de la βCD. La tabla 2.6 muestra las constantes de estabilidad obtenidas por los análisis de DSF y por ITC. La tabla 2.10 presenta los componentes energéticos correspondientes como los determinados por la trayectoria de dinámica molecular, usando diferentes temperaturas para el modo de inclusión más estable de la HCT. Se pudo observar que, para la HCT neutra, los componentes electrostáticos fueron altamente dependientes de la temperatura, con un marcado decrecimiento cuando se incrementó la temperatura (-18,1; -14,0 y -10,9 kcal/mol a 25, 37 y 45 °C, respectivamente), lo cual tiene consistencia con el decrecimiento de los valores de ∆H determinados por ITC (tabla 2.3).Lo encontrado también sugiere que, cuando la temperatura se elevó, la HCT permaneció incluida en la cavidad de la βCD, como se
Capítulo 2: Complejos de Inclusión
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demuestra por el hecho de que la componente de van der Waals se mantuvo sin cambios significativos (-24,5; -27,9 y -26,3 kcal/mol a 25, 37 y 45 °C, respectivamente).
El análisis de los enlaces de puente de hidrógeno demuestran que, existe un cambio significativo en el modelo de enlaces de hidrógeno formados a diferentes temperaturas para este complejo, con la interacción principal de puentes de hidrógeno que se establece entre el oxígeno (O2) del grupo sulfonamida y el
C3OH del el borde ancho de la βCD a 25 °C (ocupación del 27,7 %) (figura 2.20a).
Esta “ocupación” que se define, hace referencia a la interacción por puente de hidrógeno, lo cual significa que del 100% del tiempo de trayectoria simulado, el 27,7% del tiempo se encuentra establecido el enlace por puente hidrógeno.
A 37 °C, la HCT neutra se introdujo profundamente en la cavidad de la βCD, y en ese caso, el contacto principal de puente de hidrógeno se estableció entre los grupos N-H del anillo benzotiadiazina de la HCT y H6 de la βCD (figura 2.20b).
La ocupación calculada fue significativamente menor (16,7%), la cual a su vez llevó a un decrecimiento en la componente electrostática comparado al obtenido a 25 °C (-14,0 y -18,1 kcal/mol, respectivamente). A la mayor temperatura ensayada (45 °C), la interacción de puentes de hidrógeno, entre la mitad sulfonamida de la HCT y el O-H del borde ancho de la βCD, fue nuevamente identificado como el principal contacto de estabilización del complejo de inclusión (figura 2.20c). Esta interpretación mostró la menor ocupación de las tres temperaturas estudiadas (8,2%), lo cual es consistente con la significativa baja en la afinidad de la HCT por la cavidad de la βCD.
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