Ligantes funcionalizados com guanidina e purina: os efeitos na hidrólise de ésteres de fosfato catalisados por complexos de FeIIIZnII

Abstract

A importância do estudo do comportamento de compostos que mimetizam a ação de enzimas quando submetidos a alterações estruturais como o aumento do tamanho do anel do ligante e a inserção de compostos que simulam a segunda esfera de coordenação é indiscutível, trazendo importantes informações mecanisticas e estruturais. Neste trabalho, os efeitos catalíticos dos grupos aminoguanidina e aminopurina na segunda esfera de um complexo FeIIIZnII que mimetiza o sítio ativo da metalo-hidrolase fosfatase ácida púrpura (PAP) são investigados e os resultados obtidos foram extremamente relevantes para essa área da ciência. O ligante 3-(((3-((bis(2-(piridin-2-il)etil)amino)metil)-2-hidroxi-5-metilbenzil)(piridin-2 ilmetil)amino)metil-il)-2-hidroxi-5-metilbenzaldeído-(H2L1bpea) foi sintetizado e o complexo [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea)](ClO4) foi usado como base para comparação com complexos similares, previamente reportados na literatura. Modificações subsequentes foram conduzidas no grupo aldeído, onde aminoguanidina (amig) e aminopurina (apur) foram usadas como derivados da cadeia lateral. Os complexos [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea)](ClO4) (1), [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea-amig)](ClO4) (2) e [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea-apur)](ClO4) (3) foram caracterizados por métodos espectrocópicos (infravermelho, UV-Vis) e espectrometria de massa ESI-MS. A teoria funcional da densidade (DFT) também foi utilizada para compreender melhor a estrutura dos complexos. A atividade hidrolítica dos complexos 1, 2 e 3 foi analisada usando tanto o substrato modelo 2,4-BDNPP (bis- (2,4-dinitrofenil) fosfato) quanto o DNA. Os complexos 2 e 3, contendo os ligantes derivatizados, apresentaram uma constante de associação significativamente maior (Kassoc ?1/KM) para o substrato ativado 2,4-BDNPP em relação ao complexo 1. A eficiência catalítica (kcat/KM) também é maior devido a ligações de hidrogênio e/ou interações ?-stacking entre o substrato e os grupos aminoguanidina e aminopurina presentes em 2 e 3, respectivamente. Cada um dos complexos também é capaz de hidrolisar o DNA, embora com taxa reduzida. Enquanto o complexo 3 é mais eficaz contra o 2,4-BDNPP, é o catalisador menos ativo na hidrólise do DNA. No geral, os resultados aqui relatados demonstram o significativo efeito de segunda esfera na catálise de substratos diéster com a elucidação de um mecanismo inédito observado para esses tipos de compostos.

Abstract: The importance of studying the behavior of compounds that mimic the action of enzymes when subjected to structural changes such as increasing the size of the ligand ring and the insertion of compounds that simulate the second sphere coordination is unquestionable, providing important mechanistic and structural information.In this work, the catalytic effects of aminoguanidine and aminopurine groups in the second sphere of a FeIIIZnII complex that mimics the active site of the metallohydrolase purple acid phosphatase (PAP) are investigated, with a particular view on DNA as substrate. The ligand 3-(((3-((bis(2-(pyridin-2-yl)ethyl)amino)methyl)-2-hydroxy-5-methylbenzyl)(pyridin-2-ylmethyl)amino)meth-yl)-2-hydroxy-5methylbenzaldehyde (H2L1bpea) was synthesized and its complex [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea)](ClO4) used as a base for comparison with similar complexes previously published in the literature. Subsequent modifications were conducted in the aldehyde group, where aminoguanidine (amig) and aminopurine (apur) were used as side chain derivatives. The complexes [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea)](ClO4) (1), [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea?amig)](ClO4) (2) and [(OH)FeIII(µ-OH)ZnII(H2O)(L1bpea?apur)](ClO4) (3) were characterized by spectroscopic methods (infrared, UV-Vis) and ESI-MS spectrometry. Density functional theory (DFT) was also used to better understand the structure of the complexes. The hydrolytic activity of complexes 1, 2 and 3 was analyzed using both the model substrate 2,4-BDNPP (bis-(2,4-dinitrophenyl)phosphate) and DNA. Complexes 2 and 3, containing the derivatized ligands, have a significantly higher association constant (Kassoc?1/KM) for the activated substrate 2,4-BDNPP compared to complex 1. The catalytic efficiency (kcat/KM) is also higher due to hydrogen bonds and/or ?-stacking interactions between the substrate and the aminoguanidine and aminopurine groups present in 2 and 3, respectively. Each of the complexes is also capable of hydrolyzing DNA, albeit with reduced rate. While complex 3 is most effective against 2,4-BDNPP it is the least active catalyst against DNA. Overall, the results reported herein demonstrate the significance of second-sphere effects in the catalysis of diester substrates with the elucidation of an unprecedented mechanism observed for these types of compounds.