Estudo da influência de substâncias cosmotrópicas e caotrópicas na interação de moléculas unitárias orgânicas com nanoporos individuais protéicos - Cota Machado, Dijanah (2010)
O biossensor baseado no nanoporo unitário formado pela -hemolisina (-HL) do Staphylococcus aureus incorporada em bicamada lipídica plana permite a detecção, identificação e quantificação de diferentes compostos em meio aquoso. 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 e caotrópicos. A mudança da estrutura da água por sua vez é capaz de influenciar na solubilidade e estrutura dos co-solutos. Então, a composição iônica da solução pode alterar a interação das moléculas solubilizadas. Este trabalho teve como objetivo investigar a influência de íons monovalentes na interação de moléculas unitárias orgânicas com nanoporos protéicos visando o entendimento dos mecanismos moleculares do processo e o aumento da sensibilidade do sensor. 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 realizados em condições de fixação de voltagem. No estudo da influência da concentração do eletrólito utilizamos as soluções de KCl em concentrações de 1M à 4M. A comparação dos efeitos dos ânions da família VIIA foi feita com sais de potássio em concentração de 4M e os efeitos dos cátions da família IA mais o NH4 + foram estudados utilizando sais de cloreto (4M). A ligação da molécula unitária (analito) ao nanoporo causa um bloqueio característico na corrente iônica que passa através do poro protéico. A análise desses eventos moleculares (bloqueios) permite determinar as constantes cinéticas da interação analito-nanoporo. Estabelecemos que aumentando a concentração do KCl na solução banhante de 1M para 4M ocorre um aumento na frequência, profundidade de bloqueio e tempo de residência do analito (polietilenoglicol 1294; PEG 1294). Analisando a mudança da frequência dos bloqueios com relação à concentração de KCl, estabelecemos que a concentração do analito detectável pelo sensor diminui com o aumento da concentração do sal de 1M para 4M cerca de cem vezes, indicando maior sensibilidade do sensor quando banhado por uma solução de KCl 4M. O forte aumento no tempo de residência do analito dentro do nanoporo ocorre devido ao aumento da energia de interação do complexo analito/nanoporo. A constante de associação do complexo PEG/nanoporo é cerca de cem vezes maior e a constante de dissociação é cerca de cem vezes menor em KCl 4M do que em KCl 1M. Essas mudanças melhoram a detecção e tornam viável a detecção da molécula unitária. Encontramos que a interação PEG/nanoporo é dependente de voltagem transmembrana indicando que o polímero nãoiônico (PEG) atua como uma molécula com carga elétrica em meio aquoso. Foi visto que a solubilidade do PEG é uma função da concentração do sal também. Uma forte correlação entre as mudanças das constantes e a solubilidade do PEG foi estabelecida. Provavelmente, o efeito salting-out é o responsável por mudanças estabelecidas na interação do analito com o nanoporo. Avaliando a influência dos íons da família IA e VIIA na interação do complexo PEG/nanoporo observamos que esta é muito dependente do tipo do sal. A sensibilidade do sensor depende fortemente do tipo de ânion da solução banhante e na solução de KF 4M é cerca de dez vezes maior e na solução de KI 4M é cerca de dez vezes menor quando comparada com a solução de KCl 4M. Estabelecemos que os valores das constantes de formação do complexo PEG/nanoporo diferem dependendo do tipo do cátion. A solução de KCl teve a maior constante de formação, enquanto que, as soluções de NH4Cl e LiCl tiveram as menores constantes, portanto, evidencia-se que o tipo de eletrólito influencia em todos os parâmetros da interação do analito com o nanoporo. Por isso, a escolha do eletrólito ótimo é uma etapa importante para sensores estocásticos baseados em um único nanoporo