Síntese, caracterização e avaliação da promiscuidade catalítica de complexos binucleares bioinspirados

Abstract

Desde a descoberta da atuação de íons metálicos para o correto funcionamento de inúmeras enzimas, os químicos de coordenação têm sintetizado e caracterizado compostos que possam mimetizar tanto a estrutura quanto a função dessas enzimas. Neste trabalho foram sintetizados dois novos complexos binucleares com o ligante 2-[N-bis-(2-piridilmetil) aminometil]-4-metil-6-[N-(2-hidroxi-3-formil-5-metilbenzil)(2-piridilmetil)aminometil]fenol (H2py3mff), [(H2O)FeIII(u-OH)ZnII(py3mff)](ClO4)2 (1) e [(H2O)FeIII(u-OH)ZnII(py3mff)](ClO4)2 (2). O novo ligante foi caracterizado por espectroscopias na região do infravermelho e de ressonância magnética nuclear de hidrogênio. Os complexos 1 e 2 foram caracterizados por várias técnicas incluindo, espectroscopia no infravermelho, espectroscopia eletrônica, eletroquímica, titulação potenciométrica e difração de raios X em monocristal. Os dados estruturais levaram a considerar os complexos 1 como modelo estrutural para o sítio ativo da fosfatase ácida púrpura de feijão vermelho, com a unidade [(H2O)FeIII(u-OH)ZnII]. Os complexos também foram testados na atividade de fosfatase, frente à hidrólise do substrato bis(2,4-dinitrofenil)fosfato (2,4-bdnpp). Estes estudos revelaram que os complexos podem ser considerados como modelos funcionais das fosfatases com fatores catalíticos de cerca de 5 mil e 10 mil vezes a reação não catalisada, respectivamente. Destaca-se ainda que o ligante H2py3mff possui um grupo aldeído como substituinte, o que permite o ancoramento em suportes sólidos ou ainda em peptídeos.Uma propriedade importante que algumas enzimas apresentam é a promiscuidade catalítica, que é a capacidade de catalisar mais de um tipo de reação química. A promiscuidade catalítica apresenta um papel fundamental na evolução e acredita-se que esteja envolvida na biosíntese de metabólitos secundários.Devido a dificuldade em se obter grandes quantidades e cristais adequados dessas metaloenzimas e metaloproteínas, o uso de compostos modelos de baixa massa molar que sejam miméticos estruturais e/ou funcionais para estas biomoléculas tem contribuído na elucidação das suas propriedades físico-químicas e mecanismos de reação.Tendo em vista que o conteúdo metálico dos complexos é muito mais exposto que o das enzimas acredita-se que os mesmos possam apresentar promiscuidade catalítica, podendo então ter seu uso de particularmente aumentado.Assim, foi testada a promiscuidade catalítica de compostos já sintetizados e caracterizados [FeIII(?-OAc)2FeII(bpbpmp)](ClO4)2 (3), [FeIII(u-OAc)2FeIII(bpbpmp)](ClO4)3 (4), que mostraram ser promíscuos na catálise de hidrólise do substrato bis(2,4-dinitrofenil)fosfato e na oxidação do substrato 3,5-di-tercbutilcatecol. Foi testada ainda a promiscuidade dos complexos [(H2O)FeIII(u-OH)CuII(bpbpmp)](ClO4)2 (5) e [(H2O)FeIII(u-OH)CuII(bpbpmp-CH3)](ClO4)2 (6). Estes dois últimos complexos já haviam sido testados na hidrólise do substrato bis(2,4-dinitrofenil)fosfato e no presente trabalho foi testada a atividade de oxidação do substrato 3,5-di-tercbutilcatecol. O complexo 6 foi mais reativo que o complexo 5, mostrando que quanto menor a diferença entre os potenciais redox dos dois centros metálicos maior a atividade catalítica do mesmo.São abertas, através do presente trabalho, novas perspectivas de pesquisa, que a partir da derivatização de ligantes pode possibilitar outras aplicações, seja pelo ancoramento de compostos em sílica, nanopartículas magnéticas e nanopartículas de ouro, seja pela utilização de compostos previamente desenhados para certo tipo de atividade catalítica em outras reações, frente a outros substratos de interesse. <br>

Abstract : Enzymes are protein molecules with a three-dimensional globular shape. Their main functions are to accelerate chemical reactions in cells, and for that reason are often called biological catalysts. About a third of the enzymes and proteins with known structure have at least one metal ion in its constitution. An important property is that some enzymes show catalytic promiscuity, which is the ability to catalyze more than one type of chemical reaction. Promiscuity has a catalytic role in the evolution and is believed to be involved in the biosynthesis of secondary metabolites. Due to difficulty in obtaining suitable crystals and large amounts of these metalloenzymes and metalloproteins, the use of model complexes of low molecular weight that are structural and / or functional mimetics for these biomolecules has contributed to the elucidation of their physical-chemical properties and reaction mechanisms . Moreover, these compounds can be used as bioinspired catalysts of great interest in Medicine and Biotechnology. This work describes the synthesis, characterization and study of catalytic promiscuity bioinspired complex in hydrolytic enzymes. Thus, we synthesized two new complexes with the ligand H2py3mff (2-[N-bis-(2-piridilmetil)aminomethyl]-4-methyl-6-[N-(2- hydroxy-3-formyl-5-methylbenzyl) (2-piridilmetil) aminomethyl] phenol) FeIII(µ-OH)ZnII(py3mff) (H2O)] (ClO4)2 - complex 1 and FeIII(µ-OH)CuII(py3mff)(H2O)](ClO4)2 - complex 2. Both complexes had their X-ray structure determined showing that they are isostructural. The new complexes were characterized by electrochemical and spectroscopic techniques. pKa values for the coordinated water molecules were obtained by potentiometric titration. Trying to evaluate the catalytic promiscuity of binuclear complexes, the phosphatase and catecholase activities of complexes 1 and 2, and other complexes described in the literature FeIIIFeIIbpbpmp (complex 3), FeIIIFeIIIbpbpmp (complex 4), FeIII(µ-OH)CuII bpbpmp (complex 5), FeIII(µ-OH)CuII bpbpmp-CH3 (complex 6) were studied using the substrates 2,4-bdnpp and 3,5-dtbc.