[pt] A RECONCILIAÇÃO ENTRE O COEFICIENTE DE PARTIÇÃO OCTANOL-ÁGUA EXPERIMENTAL E CALCULADO DO 1,2- DIPALMITOIL-SN-GLICERO-3-FOSFATIDILCOLINA USANDO DINÂMICA MOLECULAR ATOMÍSTICA: UMA QUESTÃO EM ABERTO

[en] THE RECONCILIATION BETWEEN THE EXPERIMENTAL AND CALCULATED OCTANOL-WATER PARTITION COEFFICIENT OF 1,2-DIPALMITOYL-SNGLYCERO-3-PHOSPHATIDYLCHOLINE USING ATOMISTIC MOLECULAR DYNAMICS: AN OPEN QUESTION

[pt] RAYLA KELLY MAGALHAES COSTA

[pt] AMOSTRAGEM GUARDA-CHUVA

[pt] MOLECULAS ANFIFILICAS

[pt] COEFICIENTES DE PARTICAO

[pt] CALCULOS DE ENERGIA LIVRE

[pt] METODOS ALQUIMICOS

[en] UMBRELLA SAMPLING

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[en] FREE ENERGY CALCULATIONS

[en] ALCHEMICAL METHODS

[pt] O coeficiente de partição octanol-água do composto 1,2-dipalmitoilsn-glicero-3-fosfatidilcolina (DPPC) foi investigado utilizando os métodos de integração termodinâmica e amostragem guarda-chuva através de simulações de dinâmica molecular atomística. Os campos de força AMBER/GAFF e CHARMM/CGenFF foram usados com seis modelos de água (SPC, TIP3P, TIP4P, TIP5P, OPC3 e OPC4) amplamente utilizados em simulações de dinâmica molecular. Dentre os modelos utilizados, o modelo de água OPC4 com os dois campos de força em estudo forneceu a melhor concordância com o coeficiente de partição experimental octanol-água do DPPC. No entanto, ainda existe muito espaço para melhorias nos modelos de água que estimam a tensão superficial de forma apropriada. Usando o modelo de água OPC4, a energia livre de Gibbs de transferência do DPPC do octanol para a fase aquosa foi calculada em 19,8(mais ou menos)0,3 e 20,2(mais ou menos)0,3 kcal mol-1 , estimando um coeficiente de partição octanol-água de 14,5(mais ou menos)0,4 e 14,8(mais ou menos)0,3 para os campos de força AMBER/GAFF e CHARMM/CGenFF, respectivamente. A amostragem guarda-chuva apresentou problemas de arrastes de moléculas de uma fase para outra, gerando artefatos e consequentemente subestimando os valores de energia livre e de coeficiente de partição octanol-água. Este estudo mostra a importância do desenvolvimento de novos modelos de água que reproduzam com precisão todas as suas características experimentais. A conciliação entre medições experimentais e cálculos teóricos do coeficiente de partição de moléculas anfifílicas poderia ser resolvida através do ajuste dos parâmetros do modelo de água. Este estudo possui grande importância na simulação de propriedades moleculares de importância em muitas áreas de aplicações científicas e industriais, tais como biofísica, surfactante, coloides, membranas, medicina, nanotecnologia, e indústrias alimentícias e farmacêuticas.

[en] The octanol-water partition coefficient of the compost 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (DPPC) molecule wasinvestigated using the methods of thermodynamic integration and umbrellasampling through atomistic molecular dynamics simulations. TheAMBER/GAFF and CHARMM/CGenFF force fields were used with sixwater models (SPC, TIP3P, TIP4P, TIP5P, OPC3, and OPC4) widely usedin molecular dynamics simulations. Among the models used, the OPC4water model with the two force fields provided the best agreement with theexperimental octanol-water partition coefficient of the DPPC. However,there is still much room for improvement in water models that correctlyestimate the surface tension. Using the OPC4 water model, the Gibbs freeenergy of transferring DPPC from octanol to the aqueous phase wascalculated to be 19.8(plus minus)0.3 and 20.2(plus minus)0.3 kcal mol-1, estimating an octanolwater partition coefficient of 14.5(plus minus)0.4 and 14.8(plus minus)0.3 for the AMBER/GAFFand CHARMM/CGenFF force fields, respectively. Umbrella samplingpresented issues of molecules being dragged between the two phases,generating artifacts, and consequently underestimating the values of freeenergy and octanol-water partition coefficient. This study shows theimportance of developing new models of water that accurately reproduceall its experimental characteristics. The reconciliation betweenexperimental measurements and theoretical calculations of partitioncoefficients of amphiphilic molecules. This study may have greatimportance in many areas of scientific and industrial applications, such asbiophysics, surfactant, colloids, membranes, medicine, nanotechnology,and food and pharmaceutical industries.

ANDRE SILVA PIMENTEL

ANDRE SILVA PIMENTEL

THEREZA AMELIA SOARES DA SILVA

IOLANDA MIDEA CUCCOVIA

2023-05-18

2023-03-01

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