Desenho de Fármacos baseado em estrutura de proteínas M. Cristina Nonato Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica + Química - Estérica + - + - Estrutura Função Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Estrutura de Proteínas: Primária C sequência de aminoácidos Ligação peptídica Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Os 20 L-aminoácidos G A V R I M R H L C K F Y E N W P D Q S Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

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Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Geometria de uma cadeia polipeptítica   Rígida e planar - ângulo torsional entre os planos definidos pelos átomos C-C- N e C- N-C Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Estrutura de Proteínas: Secundária Hélices Mão direita Repetição dos ângulos  e  Ala, Leu, Glu Hélice -  ( ABUNDANTE)  = - 57o e =- 47o número de resíduos/volta = 3.6 Estabilizada por pontes de hidrogênio entre os grupos NH e CO da cadeia principal. O grupo CO interage com o NH 4 resíduos a frente ( sequencialmente) Hélice – 310 ( PEQUENAS QUANTIDADES)  = - 49o e =- 26o número de resíduos/volta = 3.0 Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Estrutura de Proteínas: Secundária Folhas  Val, Ile, Cys, Phe Até seis fitas Estabilizada por pontes de hidrogênio entre os grupos NH e CO de diferentes fitas Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Estrutura de Proteínas : Turns e loops Gly (flexibilidade estérica), Asp, Pro Responsáveis pela reversão da direção da cadeia polipeptídica Superfície da proteína Resíduos com carga Sítios de reconhecimento dos anticorpos, da fosforilação, glicosilação e da hidroxilação Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Estrutura de Proteínas: Terciária Interações entre cadeia principal e cadeia lateral Ligações covalentes – pontes dissulfeto Ligãções de Hidrogênio entre: NH´s e C=O´s grupos amida e cadeias laterais doador grupos OH, NH and SH e receptor C=0, O-, N, S and O groups Interações de Van der Waals, não polares e entre anéis aromáticos Ligação Iônica : Lys, Arg e His (+) e Asp, Glu(-) Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Estrutura de Proteínas: Quaternária Oligomerização- subunidades Interações Hidrofóbicas , polares, covalentes,... HIV-Protease Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Genoma Estrutural Cristalografia de raios-X NMR – alinhamento do spin nuclear SAXS ( baixo ângulo ) – máscara Dicroísmo circular – absorção de luz - elementos de estrutura secundária Fluorescência – absorção Triptofanos , Tirosinas EPR – alinhamento dos spins eletrônicos Modelagem Molecular Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica RELAÇÃO Fármaco X receptor RECEPTOR - + + + + Fármaco - - - + + “BONS INIBIDORES DEVEM APRESENTAR COMPLEMENTARIDADE QUÍMICA E ESTRUTURAL” Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Desenho de fármacos baseado em estrutura de proteínas Abordagem racional Doenças estão associadas a eventos moleculares Validação Estrutura tridimensional Seletividade ALVO (S) Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Desenho de fármacos baseado em estrutura de proteínas Sítio ativo Sítio de ligação do cofator Superfície da proteína (loop) ... SÍTIO(S) PARA INIBIÇÃO Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Desenho de fármacos baseado em estrutura de proteínas Métodos experimentais Produtos naturais Química Combinatorial Banco de compostos (Indústria) Ensaios biológicos “High-Throughput screening” Composto (S) de partida ( inibidor ) Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Desenho de fármacos baseado em estrutura de proteínas Métodos Computacionais “Docking” ( banco de estruturas ) QSAR ... selecionar e predizer conformação dos ligantes Composto (S) de partida ( inibidor ) Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica DOCKING Reconhecimento molecular ( químico e estérico) Campo de Força (Ex: Amber) Função de pontuação (energia) GRID Flexibilidade Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

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Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Química sintética Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica XK-263 inhibitor binding to HIV-1 Protease (1hvr) Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Sialic acid binding to Hemagglutinin (4hmg) Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Alvo Estrutura 3D do alvo Produtos naturais Screening de compostos de partida Docking Ab initio Química combinatorial Estrutura alvo + inibidor Banco de dados de compostos Sítios e modo de ligação Química sintética Alterações no inibidor Modelagem teórica Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Fármaco Testes clínicos Testes pré-clínicos Veiculação Propriedades Farmacocinéticas Toxicidade Inibidor Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP

Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica Agradecimentos Laboratório de Cristalografia de Proteínas Grupo de Física Biológica FCFRP-USP