Estudo teórico de mecanismos para a etapa de eliminação da síntese do 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato (EPSP) catalisada pela EPSP sintase de Oryza sativa

Abstract

Na sexta etapa de reação da via do chiquimato, catalisada pela enzima 5-enolpiruvilchiquimato-3-fostato sintase (EPSPS), o fosfoenolpiruvato (PEP) reage com o chiquimato-3-fosfato (S3P) formando o produto 5-enolpiruvilchiquimato-3-fostato (EPSP) com liberação de fosfato inorgânico. Como a rota do chiquimato está ausente em animais, mas é essencial para plantas e microorganismos, a enzima EPSPS tornou-se um alvo interessante para o desenvolvimento de herbicidas, fungicidas e bactericidas mais eficientes, ambientalmente mais seguros e econômicos. O herbicida mais usado no mundo, o glifosato, é um inibidor da EPSPS. Estudos indicam que o mecanismo da síntese do EPSP é composto de uma etapa de adição, que forma um intermediário tetraédrico (IT), seguida de uma etapa de eliminação. Contudo, apesar de muito estudado, o mecanismo enzimático ainda não está completamente esclarecido porque resultados experimentais obtidos por diferentes grupos levam a conclusões contraditórias. Neste trabalho foi estudado o mecanismo da síntese do EPSP por métodos teóricos. Inicialmente, foi realizada uma avaliação do método semi-empírico PM3 para a previsão do estado de protonação de resíduos de histidinas e lisinas em enzimas, por comparação com os estados de protonação obtidos por difração de nêutrons. O método foi então aplicado para prever os estados de protonação de lisinas e histidinas localizadas no sítio ativo da EPSPS. Foi construído um modelo da EPSPS de uma planta, Oryza sativa, aplicando o método de modelagem por homologia. Foram usadas a seqüência primária da EPSPS de O sativa e duas estruturas cristalográficas da enzima de Escherichia coli, como moldes. Após a construção do modelo, foram feitas simulações computacionais da etapa de eliminação da reação envolvendo todos os aminoácidos e moléculas de água do sítio ativo, incluindo o efeito do solvente. Os resultados permitem concluir que o mecanismo mais provável para essa reação envolve a participação de um resíduo de lisina (Lys432) como catalisador ácido e de um resíduo de aspartato (Asp334), como catalisador básico da etapa de eliminação. Estudos realizados com uma fosforilidrazona sintetizada por nosso grupo, e que apresentou atividade inibitória para o crescimento de sementes, indicam que esse composto interagiria de modo bastante favorável com o sítio ativo da EPSPS de O. sativa.