Novos complexos de Ga III/M II com efeitos de segunda esfera de coordenação como modelos biomiméticos para fosfatases ácidas púrpuras

Abstract

Neste trabalho, foram sintetizados e caracterizados dois novos modelos biomiméticos heterobinucleares de GaIII/MII de fosfatases ácidas púrpuras substituídas, a partir do ligante derivatizado com um grupo aminoálcool na cadeia lateral para o estudo de efeitos de segunda esfera de coordenação na catálise da hidrólise de ésteres de fosfato. A caracterização dos complexos foi realizada por técnicas de espectroscopia nas regiões do IR e UV, espectrometria de massas, análise elementar de CHN e titulações espectrofotométricas. Estudos cinéticos revelaram que os complexos contendo grupos aminoálcool são capazes de aumentar os valores da constante catalítica (kcat) da reação de hidrólise do substrato modelo 2,4-BDNPP e diminuir os valores da constante de Michaelis (KM), elevando a eficiência catalítica em relação aos seus análogos que possuem apenas a primeira esfera de coordenação. Ensaios de efeito isotópico de deutério e de inibição de atividade pelo ânion fluoreto permitiram a proposta de um mecanismo de reação diferente dos observados até então para modelos biomiméticos de PAPs, onde um grupo OH presente na segunda esfera de coordenação atua como nucleófilo. Os complexos sintetizados realizam a reação de hidrólise através de dois caminhos mecanísticos distintos que atuam em conjunto contribuindo para o aumento da velocidade de reação. A modificação da segunda esfera de coordenação com a inclusão de um aminoálcool possibilitou a existência de uma segunda espécie nucleofílica, que demonstrou ser relevante na atividade dos complexos estudados. Os efeitos de segunda esfera de coordenação observados vão além daqueles já propostos que contemplam apenas o aumento da interação do substrato com o catalisador através de interações eletrostáticas ou ligações de hidrogênio.

Abstract: This work consists on the synthesis, characterization and kinetic studies of second coordination sphere effects of two new biomimetic models for substituted purple acid phosphatases that are heterobinuclear GaIII/MII complexes containing one aminoalcohol side chain. The characterization of the complexes was performed using both UV and IR spectroscopy, mass spectrometry, CHN elemental analysis and spectrophotometric titrations. Kinetic studies revealed that complexes containing aminoalcohol groups are capable of increasing the catalytic constant (kcat) values of the hydrolysis reaction of the 2,4-BDNPP substrate and decreasing the Michaelis constant (KM) values, thus increasing the catalytic efficiency in relation to its analogues which have only the first sphere of coordination approach. Deuterium isotope effect and fluoride inhibition assays allowed the proposal of a different reaction mechanism from those observed until then for biomimetic models of PAPs, with te OH group present on the second coordination sphere acting as a nucleophile. The synthesized complexes perform the hydrolysis reaction through two distinct mechanistic paths that act together contributing to the increase of the reaction rate. The inclusion of an aminoalcohol on the second coordination sphere allowed the existence of a second nucleophilic specie, which proved to be relevant in the activity of the studied complexes. The second coordination sphere effects herein presented go beyond those already proposed who contemplate only the increase of the substrate-complex interactions through hydrogen bonding and electrostatic interactions.