Efeito de sais em agregados de surfactantes zwiteriônicos com região polar variável e surfactantes catiônicos derivados de guanidina

• Processo: 24/20537-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Pesquisador responsável: Iolanda Midea Cuccovia
• Beneficiário: Matheus Pires Cortez Favoreto
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Micelas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dodecilguanidina | micelas | surfactantes zwitteriônicos | Biofísica de sistemas de membranas e interfaces

Resumo

Interfaces são fronteiras comuns entre dois sistemas independentes e adjacentes que separam e comunicam corpos, substancias ou fases. A grande parte das reações química em biologia ocorre em interfaces entre, por exemplo, proteínas/solução ou membranas/meio. O foco de nossos projetos é o estudo de interface biologicamente relevantes usando modelos adequados para compreender aspectos distintos de interfaces em reatividade química e biológica. O nosso grupo de pesquisa vem contribuindo para a compreensão destas relações usando micelas e vesículas.Membranas são componentes essenciais nas células porque separam o conteúdo, de células e organelas, das soluções circundantes. Ao mesmo tempo, as membranas desempenham um papel ativo na regulação do tráfego entre estes sistemas abertos e regulam a comunicação entre compartimentos externos e internos. Recentemente, descrevemos, experimental e teoricamente, que a ligação de ânions hidrotrópicos às micelas positivas depende majoritariamente da contribuição da parte apolar do íon. A distribuição de íons dentro e fora das células representa outra acentuada assimetria mantida por um complexo sistema de bombas de íons responsáveis por uma parte significativa da energia produzida no metabolismo. Simulações e experiências recentes mostram que a ligação de íon a membranas e modelos contendo exclusivamente lipídeos ou surfactantes zwitteriônicos é seletiva. Efeitos específicos de íons e efeito hidrofóbico determinam propriedades de sistemas complexos, porém estão longe de serem completamente entendidos com detalhe molecular. Efeitos específicos de íons determinam uma ampla variedade de fenômenos em sistemas físico-químicos e biológicos, desde a estabilidade das suspensões coloidais até a atividade enzimática ou ligação ligante-receptor. Estabelecer uma interpretação científica rigorosa dos efeitos tem mantido os cientistas ocupados por mais de um século e, apesar disso a descrição completa da complexa rede de interação entre íons, água e a superfície do soluto ainda representa um desafio. O efeito hidrofóbico (na formação de agregados) depende, quase exclusivamente, da diferença de energia livre das áreas expostas das cadeias hidrocarbônicas do surfactante (natural como nos lipídios ou sintético) em solução e no agregado. Contudo, a estrutura detalhada, o grau de ordem e a viscosidade da parte apolar do agregado depende criticamente da estrutura molecular detalhada do surfactante. A termodinâmica de micelização de detergentes zwitteriônicos será analisada usando calorimetria na presença de íons distintos. Pretendemos, portanto, estudar os seguintes sistemas: micelas zwiteriônicas e catiônicas (com grupo guanidina na cabeça polar) sob o efeito de íons com porções hidrofóbicas nessa superfície, utilizando dinâmica molecular, calorimetria, e tensão superficial, variando a hidrofobicidade da cabeça polar desses surfactantes zwiteriônicos visando entender o efeito hidrofóbico na formação desses agregados, e o efeito da cabeça polar na interação com os íons no caso do surfactante de guanidina, dada a interação com os sais não apenas de forma iônica (cargas opostas se atraindo), mas também com as interações de hidrogênio que podem ser realizadas por esse grupo específico. A partir dessas informações, será possível uma maior compreensão acerca do efeito hidrofóbico e extrapolar as informações adquiridas para sistemas biológicos mais complexos.O estudo da seletividade na associação de íons a micelas zwitteriônicas é conhecida, mas, recentemente, demostramos que a água interfacial não é particularmente sensível a natureza destes íons. Esta particular e aparente contradição poderá ser compreendida pela proposta deste projeto que inclui a análise termodinâmica da associação de íons bem como a descrição completa da associação destes íons usando dinâmica molecular. (AU)