Estudo dos efeitos específicos dos íons da série de Hofmeister na interação de moléculas unitárias com nanoporos individuais protéicos

• Autor(a) principal: MACHADO, Dijanah Cota
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
• Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/26561
• topic: Bioquímica; Estrutura molecular

A interação de moléculas unitárias com nanoporos individuais é relevante em diversos processos biológicos, químicos e físicos, uma vez que pode proporcionar o desenvolvimento de dispositivos analíticos, dentre os quais, podemos destacar: sensores, biossensores, espectrômetros de massa e sequenciadores moleculares. Nesse contexto, o nanoporo formado pela α-hemolisina (α-HL) de Staphylococcus aureus é de especial interesse no desenvolvimento de dispositivos sensores devido às suas características estruturais e funcionais. Várias estratégias são utilizadas para melhorar a sua capacidade de detecção pelo uso de adaptadores moleculares ou pela modificação química do nanoporo. O diferencial deste trabalho deve-se a modificação das condições físicos-químicas da solução banhante do elemento de reconhecimento molecular ou seja, o nanoporo unitário. Os íons em meio aquoso podem causar efeitos específicos conhecidos como efeitos de Hofmeister. De acordo com a sua atuação na estrutura da água, os íons podem ser classificados como cosmotrópicos ou caotrópicos. A mudança da estrutura da água por sua vez é capaz de influenciar na solubilidade e estrutura dos co-solutos. Igualmente a composição iônica da solução pode alterar a interação das moléculas solubilizadas. Deste modo neste estudo investigamos os efeitos específicos induzidos pelos cátions e ânions da Série de Hofmeister na interação de moléculas unitárias orgânicas com nanoporos proteicos individuais. A confecção da bicamada lipídica plana e a inserção do nanoporo unitário na membrana, bem como os registros de correntes iônicas através dos poros foram obtidos em condições de fixação de voltagem. Na solução banhante do nanoporo utilizou-se os ânions da família VIIA, formando sais com o K⁺, ou, os cátions da família IA e o íon amônio, formando sais com o Cl⁻, todos na concentração de 4M. A interação da molécula unitária (analito) com o nanoporo causa um bloqueio característico na corrente iônica que passa através dele. A análise desses eventos permite determinar as constantes cinéticas da interação analito-nanoporo. Avaliando a influência do íon amônio e dos íons da família IA e VIIA na interação do analito (polietilenoglicol 1294; PEG 1294) com o nanoporo observamos que esta é muito dependente do tipo do sal. Todos os íons utilizados nesse trabalho induziram efeitos específicos em sistema confinado. Com relação à influência na constante de associação, todos os ânions seguiram a típica série de Hofmeister: F⁻ > Cl⁻ > Br⁻ > I⁻. Já para a constante de dissociação e a solubilidade do PEG, encontramos uma sequência de Hofmeister inversa: F⁻ < Cl⁻ < B⁻ < I⁻. Ao contrário do observado com os ânions, a influência dos cátions sobre as constantes de interação não seguiu a série de Hofmeister. Para a constante de associação, obtivemos a seguinte sequência: Cs⁺ > K⁺ ≥ Rb⁺> Na⁺ > NH⁺ > Li⁺. Para a constante de dissociação obtivemos: K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < Li⁺. Uma forte correlação entre as mudanças das constantes cinéticas e a solubilidade do PEG também foi estabelecida. Demonstramos que o efeito salting-out é o responsável por mudanças estabelecidas na interação do analito com o nanoporo. Adicionalmente as constantes de interação PEG/nanoporo são dependentes do potencial transmembrana indicando que o polímero não iônico (PEG) atua como uma molécula com carga elétrica em meio aquoso iônico. Estabelecemos também que a sensibilidade do sensor ao PEG depende fortemente do tipo de íon presente na solução banhante do nanoporo.