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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.46.2006.tde-18102006-155234
Documento
Autor
Nome completo
Tereza Pereira de Souza
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2006
Orientador
Banca examinadora
Cuccovia, Iolanda Midea (Presidente)
Farah, João Pedro Simon
Itri, Rosângela
Luisi, Pier Luigi
Rabóczkay, Tibor
Título em português
Análise do comportamento iônico em sistemas constituídos por micelas aniônicas, zwitteriônicas ou vesículas catiônicas: uma abordagem teórica por aproximação de campo médio
Palavras-chave em português
Distribuiçao ionica
Lipossoma
Micelas
Micelas zwitterionicas
pH
pKa
Poisson-boltzmann
SDS
Vesiculas
Resumo em português
Membranas e organelas constituem estruturas presentes nas células dos organismos. Estas estruturas representam interfaces entre eletrólitos. Uma tentativa de descrever, interpretar e compreender a distribuição iônica nas vizinhanças destas estruturas é feita neste trabalho com a análise de resultados de experimentos obtidos na investigação de alguns sistemas: 1) Sistemas constituídos por micelas de SDS. Medidas do pH nas vizinhanças de superfícies das micelas por sondas derivadas do ácido salicílico mostra variações do pH em termos da concentração de SDS e da concentração de sal adicionado. O objetivo dos experimentos é inferir o comportamento do pH nas vizinhanças de membranas biológicas que, por dissociação de alguns fosfolipídios, podem apresentar segmentos da membrana com carga na superfície. 2) A natureza "zwitteriônica" das membranas biológicas motivou o estudo da "ligação iônica" em micelas "zwitteriônicas", imersas em soluções com eletrólito, em concentrações variadas de sais de Cl- e Br- com os cátions monovalentes, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ e tetrametil amônio (TMA+) e bivalentes Mg2+ e Ca2+. Os experimentos consistiram em determinar a concentração de haletos próximos a micela. A técnica de captura química mostra que há um grau de seletividade que não é determinado apenas pela carga iônica. 3) Resultados preliminares do grau de dissociação no interior de vesiculas de, cloreto de dimetildioctadecil amônio, DODAC, indicam que 8% dos monômeros estão dissociados em vesículas com o diâmetro médio em torno de 150 e 300 nm. As leis fundamentais usadas para compreender os resultados estão aliadas a hipótese de que os sistemas estudados estão em equilibrio termodinâmico, que a interação eletrostática é predominante e ao potencial eletrostático é conferido o papel do potencial da força média que atua nos íons. A simplificação adicional consistindo em admitir que os íons se comportam como cargas puntiformes no que se refere à interação eletrostática conduz o modelo teórico à equação de Poisson-Boltzmann que, linearizada, resulta na equação de Debye-Hückel. Hipóteses adicionais se fazem necessárias para formular o modelo como um problema matemático com condições de contorno. Para cada situação as hipóteses adicionais são discutidas. Sistemas hipotéticos são analizados com o intuito de comparar os resultados provenientes da equação de Poisson-Boltzmann e da equação de Debye-Hückel. A análise teórica dos sistemas conduz a resultados em acordo com os valores medidos. Entre as conclusões obtidas, neste trabalho, são mencionados: 1- As sondas derivadas do ácido salicílico mantêm os grupos dissociáveis próximos a superfície, a distância é da ordem de 0,1 nm, mesmo para sondas que apresentam cadeia longa entre o grupo nitrogênio e o grupo dissociável. 2- A especificidade iônica é bem descrita utilizando, além da carga elétrica, a massa do íon. Os íons na superfície de uma micela zwitteriônica têm liberdade translacional e portanto superfícies zwitteriônicas em solução de eletrólito apresentam condutividade elétrica na superfície. 3- As concentrações iônicas no interior de vesículas são uniformes em praticamente toda a região interna, apresentando variações apenas nas vizinhanças da superfície interna carregada eletricamente.
Título em inglês
The analysis of ionic properties in anionic and zwitterionic micelles or cationic vesicles systems: a mean field theoretical approach
Palavras-chave em inglês
Ionic distribution
Liposome
Micelles
pH
pKa
Poisson-boltzmann
SDS
Vesicles
Zwitterionic micelles
Resumo em inglês
Membranes and organelles are structures present in biological systems. Such structures are interfaces between electrolytes. Addressing to the description, interpretation and comprehension of the ionic distribution around the structures an attempt is done is this work analyzing experimental results from the investigation of the following systems: 1) SDS micelles. "pH" measurements in the micellar surface neighborhood using salicylic acid probes show the pH values dependence with the SDS and added salt concentrations. The experiments aimed to infer the pH behavior in biological membranes where same phospholipids may dissociate and portions of the surface can acquire electrical charges. 2) The zwitterionic nature of biological membranes leads to the investigation of ion binding in zwitterionic micelles in electrolyte solutions with varied concentrations of Cl- or Br salts with the cations Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ e tetramethylammonium (TMA+) and the bivalent cations Mg2+ e Ca2+. Halide concentration in the micellar vicinity was measured. Chemical trapping method shows there is a selectivity degree that does not depend only on the ionic charge. 3) Preliminary results in the determination of the inner dissociation degree of dioctadecyldimethylammonium chloride vesicles, DODAC, show that about 8% of the vesicle constituent monomers are dissociated in vesicles with 150 and 300 nm mean diameter. The theoretical description is based upon the thermodynamics equilibrium hypothesis about the systems and that the electrostatic interaction is the stronger interaction and also it is attributed to the mean electrostatic potential the role of the mean force potential acting on the ionic species. A further simplification in considering the ions as point charges with respect to the electrostatic interactions leads the model to the Poisson-Boltzmann equation and under linearization results in the Debye-Hückel alternative description. Additional hypothesis are necessary in order to have the model as a mathematical problem with boundary conditions and are discussed for each system. Hypothetical systems are analysed aiming the comparison between Poisson-Boltzmann and Debye- Hückel descriptions. Some conclusions derived in the analysis are: 1- The salicylic acid probes have the dissociable groups always near (~0,1nm) the micellar surface, even to the probes that have a long chain between the nitrogen group and the dissociable group. 2- In a zwitterionic micelle the ions on the surface have translational freedom and this is way the zwitterionic membranes in electrolyte solutions are conducting surfaces. 3- The ionic concentrations in the vesicle interior have uniformly value almost everywhere showing variations only in the vicinity of the electrically charged interior surface. The theoretical study of the three systems considered gives results in accord with experimental data.
 
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Tesecompleta.pdf (6.32 Mbytes)
Data de Publicação
2007-11-01
 
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