Diseño y montaje de una base de datos con cálculos de química computacional en moléculas con actividad biológica Octavio García (1), Ricardo Palma (2) (1)Instituto Tecnológico de Tijuana, Departamento de Química y Bioquímica Tijuana, México. (2) Instituto Tecnológico de Tijuana, Departamento de Sistemas y Computación, Tijuana, México

Introducción Los cálculos de química computacional permiten obtener datos sobre la estructura de las moléculas estudiadas con un costo y en un tiempo menor que las técnicas normales de elucidación estructural. Por otro lado, los resultados obtenidos se encuentran dispersos a través de una cantidad considerable de fuentes y no son fácilmente accesibles. Con el objetivo de obtener los datos necesarios para el diseño y montaje de una base de datos se realizaron cálculos de química computacional en ocho moléculas con actividad biológica comprobada. Estos datos después fueron incorporados a la base de datos relacional desarrollada.

Capsaicina

Efedrina

Mezcalina

Morfina

Nicotina

Quinina

Reserpina

Yohimbina

Mecánica molecular La mecánica molecular analiza las moléculas como un sistema de resortes y pesos, basándose en la mecánica clásica de Newton. Se consideran todas las fuerzas involucradas, utilizando una función especial denominada potencial. La función potencial es característica de cada método de análisis, denominado campo de fuerza. Dentro de estos los mas conocidos son los del tipo MMx, AMBER, OPLS, etc. Los métodos de mecánica molecular se desarrollan normalmente para un grupo especifico de moléculas, por lo que pueden no responder bien para un amplio rango de moléculas. Los valores de energía que se obtienen se presentan en kcal/mol.Å y corresponden a la energía estérica (valor de energía asociado con una conformación particular en el espacio).

Métodos semiempiricos Los métodos semiempiricos utilizan cálculos derivados de mecánica cuántica, los cuales son complementados con un ajuste en forma de parámetros para grupos o átomos particulares. Los mas conocidos son los métodos conocidos como AM1, PM3, MNDO, MNDO-d y MINDO3 Los resultados obtenidos normalmente se presentan en kJ/mol y corresponden a la energía de formación de una molécula gaseosa a 298°K.

Métodos ab initio Los métodos ab initio deben su nombre a la locución latina “desde los principios”. La versión mas simple de estos métodos son los métodos denominados Hartree-Fock (por los científicos D.R Hartree y V.A. Fock, quienes los desarrollaron). Estos métodos utilizan una serie de aproximaciones para resolver la ecuación de Schrödinger y para su calculo se basan en expresiones matemáticas que describen las orbitas electrónicas con funciones matemáticas especiales denominadas orbitales de Slater (STOs). En base al número de funciones base utilizadas, se utiliza el termino nivel de teoría. En este caso se utilizó el nivel de teoría STO-3G. Las energías obtenidas en este caso se obtienen en Hartrees y corresponden a un valor de energía electrónica para la molécula a 0º°K.

Formatos utilizados (MOL) El formato MOL de MDL esta definido en el articulo “Description of Several Chemical Structure File Formats Used by Computer Programs Developed at Molecular Design Limited “que se encuentra en el Journal of Chemical Information and Computer Science, Volumen 32, Número 3, 1992, paginas 244–255.  

Formatos utilizados (PDB) El formato PDB fue desarrollado en 1976 como un archivo de lectura humano que permitiera a investigadores compartir coordenadas de proteínas a través de un sistema de base de datos. El formato Protein Data Bank (PDB) esta definido en las paginas 3, 14–15, y 17–18 del documento “Protein Data Bank Atomic coordinate and Bibliographic Entry Format Description” fechado en Enero de 1985.

Optimización I Figura # 1: Una grafica de energía con un solo mínimo (mínimo global)

Optimización II Figura # 2: Una grafica de energía con varios mínimos locales

Agradecimientos Un agradecimiento para el personal del PIIPA/UNI, en particular para el Dr. Rafael Gamero, Coordinador del Programa y Decano de la FIQ, extensivo a los Ingenieros Juan Alonso y Francisco Canelo por su valiosa ayuda y sugerencias. A los departamentos de Química y Bioquímica y Sistemas y Computación en el Tecnológico de Tijuana y al Dr. Armando Reyes Serrato en el CN y N del CICESE, UNAM. A las compañías Cambridge Software, Schrodinger LLC, Wavefunction LLC e Hypercube, por su ayuda y habernos suministrado los demos para nuestros cálculos.