Υπολογιστικές τεχνικές για την αναζήτηση νέων ενώσεων αναστολέων της ενζυμικής αμαύρωσης

Γκορτσά, Ελευθερία

Computational techniques for the discovery of novel compounds inhibitors of enzymatic browning

Πτυχιακή εργασία

Author

Γκορτσά, Ελευθερία

Date

2023-07-14

Advisor

Κρίτση, Ευτυχία

Πτυχιακή Εργασία (3.676Mb)

Keywords

Ενζυμική αμαύρωση ; Τυροσινάση ; In silico μελέτες ; Μοριακή πρόσδεση ; Αναστολείς ; Φυσικές ενώσεις ; Φρούτα-λαχανικά ; Tyrosinase ; Enzymatic browning ; Molecular docking ; Inhibitors ; Natural compounds ; Fruits and vegetables

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει αναπτυχθεί ραγδαία η αγορά φρούτων και λαχανικών λόγω της αλλαγής των διατροφικών συνηθειών των καταναλωτών, οι οποίοι υιοθετούν πιο υγιή πρότυπα. Τα φρούτα και τα λαχανικά είναι σημαντικά για την υγεία των καταναλωτών λόγω της υψηλής τους περιεκτικότητας σε φυτικές ίνες, βιταμίνες και αντιοξειδωτικές ουσίες. Ωστόσο, αλλοιώνονται πολύ γρήγορα μετά την επεξεργασία τους στο σπίτι ή στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις λόγω της ενζυμικής αμαύρωσης. Η αντιμετώπιση της ενζυμικής αμαύρωσης αποτελεί σημαντικό ζήτημα για τις βιομηχανίες τροφίμων και τους τεχνολόγους τροφίμων. Συγκεκριμένα, δύο είναι τα ένζυμα που ευθύνονται για την αμαύρωση, η πολυφαινόλη (PPO) και η υπεροξειδάση (POD). Στην παρούσα πτυχιακή εργασία εξετάζεται η ενζυμική αμαύρωση που προκαλείται μέσω των πολυφαινολών και συγκεκριμένα από το ένζυμο τυροσινάση (EC1.14.18.1). Συγκεκριμένα, στόχος της εργασίας είναι η εφαρμογή υπολογιστικών τεχνικών (in silico τεχνικές) για την εύρεση φυσικών ενώσεων πιθανών αναστολέων του εξεταζόμενου ενζύμου. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική έρευνα για τις λειτουργίες της τυροσινάσης. Μελετήθηκε η ενζυμική αμαύρωση και συγκεkριμένα ο ρόλος του ενζύμου φαινολάση σε αυτή. Ακολούθησε εκτενής περιγραφή του ενζύμου και των τεσσάρων οξειδωτικών καταστάσεων του καθώς και η μεταξύ τους αλληλεπίδραση. Στη συνέχεια, ακολούθησε μέσω εκτενούς ανασκόπησης επιστημονικών πηγών, η διερεύνηση των γνωστών φυσικών και συνθετικών αναστολέων της τυροσινάσης. Στο δεύτερο τμήμα της εργασίας, πραγματοποιήθηκε εφαρμογή υπολογιστικών τεχνικών, για την εύρεση νέων ενώσεων πιθανών αναστολέων του ενζύμου της τυροσινάσης του μανιταριού Agaricus bisporus. Συγκεκριμένα, πειράματα μοριακής πρόσδεσης (molecular docking) εφαρμόστηκαν σε βιβλιοθήκη φυσικών ενώσεων. Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι ενώσεις που ανήκουν στις ακόλουθες κατηγορίες α) οργανικά οξέα-εστέρες, β) κουμαρίνες, γ) λιγνάνες, δ) παράγωγα κινναμικού οξέος, ε) ανθρακινόνες και στ) κατεχίνες εμφάνισαν ενδιαφέρουσα ανασταλτική ικανότητα. Η ικανότητα αναστολής των προτεινόμενων ενώσεων θα εξεταστεί μελλοντικά με in vitro δοκιμές με απώτερο στόχο την εφαρμογή τους σε συσκευασμένα τρόφιμα.

Abstract

In recent decades, the fruit and vegetable market has grown rapidly due to the changing eating habits of consumers, who are adopting healthier patterns. Fruits and vegetables are important for consumer’s health due to their high fibre, vitamin and antioxidant content. However, they deteriorate very quickly after being processed at home or in industrial facilities due to enzymatic browning. Enzymatic browing is an important issue to be addressed from food industries and food technologists. Particularly, two enzymes are responsible for browning, polyphenol (PPO) and peroxidase (POD). In the present thesis, enzyme-induced browning by polyphenols and specifically by the enzyme tyrosinase (EC1.14.18.1) is discussed. The aim of the present thesis is the application of computational techniques (in silico techniques) to discover novel natural compounds that are potential inhibitors of the examined enzyme. For this scope, a literature review was carried out on the functions of tyrosinase. Also, enzymatic browning was studied and the role of the enzyme phenolase. An extensive description of the enzyme and its four oxidation states was followed, as well as the interaction between them. In continuation, through an extensive review of scientific sources, well-known natural and synthetic tyrosinase inhibitors were investigated. The second part of the study includes the application of computational techniques to reveal natural compounds as potential inhibitors of the tyrosinase enzyme of the mushroom Agaricus bisporus. In particular, molecular docking studies were performed to a library of natural compounds. The evaluation of the results indicated that compounds belonging to the following categories (a) organic acid - esters, (b) coumarins, (c) lignans, (d) quinamic acid derivatives, (e) anthraquinones and (f) catechins showed interesting predicted inhibitory capacity. The inhibitory activity of the proposed compounds will be investigated in the future through in vitro tests with the ultimate goal of their application in packaged foods.