Previsão e interpretação de propriedades vibracionais do monômero da insulina humana: um método computacional de fragmentação em nível quântico

Tendo em vista os números alarmantes das mortes causadas pelo Diabetes, decorrentes tanto de fatores genéticos como principalmente de uma má alimentação e do sedentarismo, torna-se de grande interesse social e econômico o entendimento aprofundado da estrutura e funcionamento da insulina. Diante disso, o presente trabalho versa sobre simulações computacionais, com implementação de cálculos de primeiros princípios, aplicadas ao monômero da proteína de insulina humana e apresentando como objetivo a interpretação de suas propriedades vibracionais. Para esse estudo, a estrutura do monômero (previamente escolhida de um banco de dados experimental) foi fragmentada e cada parte foi submetida separadamente a cálculos usando DFT, para obtenção dos modos normais e intensidades IR e Raman. Os resultados dos cálculos dos fragmentos foram então recombinados para gerar os espectros vibracionais da estrutura completa da insulina. Esse processo de fragmentação se deu em quatro níveis: por aminoácido, onde apenas um cálculo de cada tipo de resíduo presente no monômero da insulina foi calculado e na recombinação dos resultados o fator de multiplicidade foi considerado; por estrutura secundária, os fragmentos variaram de acordo com a conformação estrutural da proteína; pontes dissulfeto, nesta fragmentação o monômero foi quebrado de modo que levasse em consideração a influência das pontes dissulfeto; e por cadeia, em que como a proteína estuda apresenta duas cadeias, cada uma desta, foi submetida a cálculos com um nível de precisão mais baixo, devido ao elevado custo computacional requerido. A partir da análise dos resultados, foi possível verificarmos a influência das pontes dissulfeto nos espectros vibracionais e associar alguns picos a presença específica de determinados resíduos, estrutura secundária ou cadeia. Ao confrontar as quatro formas de fragmentação para o monômero da insulina, modos vibracionais característicos de determinados aminoácidos foram verificados nas outras metodologias, no entanto, com um deslocamento das frequências. Este fato pode ser explicado devido a adição do PCM, forças intermoleculares e a massa do sistema analisado. A metodologia descrita neste trabalho constitui uma ferramenta importante de auxílio na interpretação de espectros vibracionais obtidos experimentalmente.