Interações de líquidos iônicos baseados no cátion imidazol em modelo de membrana fosfolipídica POPC obtidas por simulações de dinâmica molecular

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Perini, Leandro Segat
• Orientador(a): Santos, Luis Alberto dos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Líquidos iônicos; Dinâmica molecular; Membranas (Biologia)
• Palavras-chave em Inglês: Molecular dymanics; Ionic liquids; Biomembranes; AMBER force field; Toxicity
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/300620

Líquidos iônicos são utilizados em diversas aplicações tecnológicas e científicas há mais de um século e são caracterizados pela combinação de um cátion e um ânion que se apresentam majoritariamente na forma líquida à temperatura ambiente. Apresentam diversas propriedades físicas e químicas modificáveis como ponto de fusão, volatilidade, estabilidade térmica e química que são de interesse tecnológico para diversas áreas de aplicação. Esses compostos são divididos em três gerações com aplicações distintas em que as duas primeiras se concentram em áreas industriais, diferindo em aprimoramento estrutural e especificidade de aplicação entre as gerações, e a terceira tem seu principal foco de interesse em áreas biológicas, médicas e farmacológicas. Para uma utilização segura dos líquidos iônicos em meio biológico, principalmente os com cátions derivados do anel imidazol, o seu comportamento frente a seres vivos precisa ser compreendido principalmente sua interação em meio celular relativo a sua toxicidade. A interação específica entre líquidos iônicos e membranas celulares é alvo de diversos estudos, porém os mecanismos envolvidos nesse fenômeno ainda carecem de maior compreensão, principalmente em nível atômico e molecular. Para elucidar essa etapa determinante na interação desses compostos com membranas celulares, técnicas teóricas computacionais vêm sendo utilizadas e se mostram grandes aliadas pela sua capacidade de observação de fenômenos na escala atômica. O trabalho investiga diferentes líquidos iônicos baseados no cátion imidazól e sua interação com um modelo de membrana abundante em células de mamíferos com objetivo de avaliar mudanças estruturais ocasionadas na membrana pela presença de líquidos iônicos em meio biológico. Ainda buscou-se avaliar como mudanças estruturais nos modelos de cátions afetam a magnitude dos efeitos promovidos na bicamada. Seis modelos diferentes de cátions, 4MI, 8MI, 12MI, 16MI, HBI e HOI, foram estudados em um meio aquoso contendo uma bicamada fosfolipídica do tipo POPC através da dinâmica molecular clássica. Utilizou-se o software GROMACS com o campo de força AMBER gaff para investigar a inserção do líquido iônico na membrana e os efeitos estruturais promovidos na mesma pela inserção dos cátions. Os resultados revelaram uma dependência estrutural de tamanho de cadeia lateral presente no cátion para sua inserção efetiva na membrana onde com exceção dos cátions 4MI todo os demais são inseridos de maneira efetiva e estável na bicamada. Ainda, foram exploradas as interações cátion-cátion presentes nos sistemas, promovendo a formação de aglomerados capazes de reduzir o efeito hidrofóbico sobre os cátions e dificultar o fenômeno de inserção na membrana. Cátions dialquilados podem apresentar dupla inserção a depender do tamanho suficiente do segundo substituinte, onde o substituinte de HBI com quatro carbonos não é capaz de se inserir junto com o substituinte principal permanecendo na região superficial da membrana, promovendo desestabilização das interações polares na região, enquanto o cátion HOI com segundo substituinte de oito carbonos é capaz de inserir-se duplamente promovendo uma inserção estável. Nenhum modelo de cátion não promoveu perturbações significativas nos parâmetros estruturais da membrana, e não foi observada uma relação direta e linear entre estrutura do cátion e perturbação da bicamada, além de não haver relação linear entre o número de cátions inseridos e a magnitude da perturbação promovida.