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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.46.2015.tde-23092015-143832
Documento
Autor
Nome completo
Greice Kelle Viegas Saraiva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Cuccovia, Iolanda Midea (Presidente)
Feitosa, Eloi da Silva
Machini, Maria Teresa
Paula, Eneida de
Ribeiro, Ana Maria Carmona
Título em português
Caracterização de copolímeros e efeito da estrutura em sistemas biomiméticos
Palavras-chave em português
Biomiméticos
Copolímero
PMMA-b-PDMAEMA
Polímeros sintéticos
Vesículas
Resumo em português
Copolímeros, macromoléculas orgânicas ou inorgânicas com alta massa molar, consistem de unidades monômericas repetidas, unidas por ligações covalentes e que apresentam mais de um tipo de monômero. Neste trabalho estudamos três copolímeros constituídos por dois blocos distintos, isto é copolímeros dibloco, onde um dos blocos é constituído pelo polimetacrilato de metila, PMMA e o outro pelo polimetacrilato de N,N dimetilamino, PDMAEMA, e o homopolímero de PDMAEMA. A fórmula geral dos copolímeros dibloco estudados é PMMAm-b-PDMAEMAn onde o número de monômeros de cada bloco é representado pelos índices m e n. Os copolímeros PMMA1-b-PDMAEMA6,3 (MM, 54.200), PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558), o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555) e o homopolímero PDMAEMA (MM 41.614,9) tiveram suas massas molares e a razão entre os monômeros de cada bloco caracterizados por cromatografia de gel permeação, GPC, e NMR. Determinamos a concentração micelar crítica (CMC) dos copolímeros e verificamos, por RMN e fluorescência, o efeito da concentração e do pH na sua agregação. A interação dos copolímeros com vesículas unilamelares grandes, LUVs, preparadas com misturas de fosfatidilcolina, PC, e fosfatidilglicerol, PG, foi estudada em diferentes condições de pH e força iônica. A interação dos polímeros com as LUVs também foi estudada medindo-se o diâmetro hidrodinâmico e potencial zeta das LUVs na presença dos polímeros. Observou-se que, quando a razão polímero/lipídio é alta, os polímeros se ligam às LUVs, neutralizando completamente a carga das vesículas. Quando a concentração de LUVs é próxima à dos polímeros, forma-se uma rede que conduz à agregação e precipitação dos complexos. Estudamos o efeito dos polímeros na permeabilização de LUVs e vesículas unilamelares gigantes (GUVs) preparadas com misturas de PC:PG. Os copolímeros permeabilizaram as LUVs, dependendo da razão polímero/lipídio, do pH, força iônica e das características hidrofóbicas e hidrofílicas de cada copolímero. Quanto maior a porcentagem de PG nas LUVs maior a interação com os copolímeros. A ligação dos copolímeros às LUVs deve produzir segregação dos fosfolipídios negativos na bicamada das LUVs (i.e., separação lateral de fases) facilitando a permeabilização das vesículas. Demonstramos que os copolímeros se ligam à superfície das GUVs modificando a sua forma e levando ao rompimento das vesículas. Estes efeitos foram modulados pelo pH e a força iônica do meio. O efeito de permeabilização dos copolímeros foi correlacionado com as razões entre os blocos hidrofóbicos e hidrofílicos. Quando o copolímero tem uma maior fração de PDMAEMA, o bloco mais hidrofílico do copolímero, este efeito é mais evidente. A porcentagem de permeabilização, após um tempo definido, para copolímeros de mesma massa molar, como o PMMA1-b-PDMAEMA3,0 (MM 27.558) e o PMMA1-b-PDMAEMA1,1 (MM 25.555), é muito maior com o copolímero com maior porção hidrofílica, o PMMA1-b-PDMAEMA3,0. O homopolímero DMAEMA também se mostrou eficiente na interação com as LUVs, porém menos que o PMMA1-b-PDMAEMA6,3.que possui maior numero de unidades DMAEMA e uma sequencia de monômeros de MMA. Demonstramos, nesta Tese, que o efeito de copolímeros sintéticos contendo regiões hidrofóbicas e hidrofílicas são bons modelos de peptídeos e proteínas permitindo avaliar quantitativamente o efeito dessas interações em modelos de membranas.
Título em inglês
Copolymers characterization and effect on the structure of biomimetic systems
Palavras-chave em inglês
Biomimetic
Copolymer
PMMA-b-PDMAEMA
Polymers
Vesicles
Resumo em inglês
Copolymers are organic or inorganic macromolecules with high molecular weight, consisting of repeated monomer units joined by covalent bonds and exhibit more than one type of monomer. Here, we studied three copolymers consisting of two different blocks, i.e. diblock copolymers, where one block is constituted by methyl polymethacrylate, PMMA and other by polymethacrylate N, N-dimethylamino, PDMAEMA and a homopolymer PDMAEMA. The general formula of the diblock copolymers studied was PMMAm-b-PDMAEMAn where the number of monomers of each block is represented by indexes m and n. The PMMA1-b-PDMAEMA6,3 copolymers (MW, 54,200), PMMA1 PDMAEMA3,0-b (MW 27,558), the PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555) and PDMAEMA homopolymer (MW 41614.9) had their molecular weights and the ratio between the monomers of each block characterized by gel permeation chromatography, GPC, and NMR. The critical micelle concentration (CMC) of the copolymers was determined by fluorescence and the aggregation of the copolymers verified by NMR. The effect pH on the copolymers CMC was also determined. The interaction of copolymers with large unilamellar vesicles, LUV, prepared with mixtures of phosphatidylcholine, PC, and phosphatidylglycerol, PG, was studied under different conditions of pH and ionic strength. The interaction of the polymers with the LUVs was also studied measuring the hydrodynamic diameter and zeta potential of the LUVs in the presence of the polymers. It was observed that when the ratios polymer / lipid are high, the polymers bind to the LUVs, completely neutralizing the charge of the vesicles. When the concentration of LUVs is close to that of the polymers, it forms a network that leads to aggregation and precipitation of the complexes. We studied the effect of polymers in permeabilization LUVs and giant unilamellar vesicles (GUVs) prepared with PC:PG. The copolymers permeabilized the LUVs, depending on the ratio polymer / lipid, pH, ionic strength and the hydrophobic and hydrophilic characteristics of each copolymer. The higher the percentage PG LUVs lead to greater interaction with the copolymers. The binding of the copolymers to the LUVs with negative charge induced phase separation of phospholipids in the bilayer of LUVs (ie, lateral phase separation) facilitating the permeability of the vesicles. We demonstrate that copolymers bind to the surface of GUVs changing its shape and leading to rupture of vesicles. These effects are modulated by pH and ionic strength of the media. The permeabilization effect of the copolymers was correlated with the ratios of the hydrophobic and hydrophilic blocks. When the copolymer has a larger fraction of PDMAEMA, the more hydrophilic block copolymer, this effect is more evident. The percentage of permeabilization, after a set time, for the same molar mass copolymers such as b-PDMAEMA3,0 PMMA1 (MW 27,558) and PMMA1 PDMAEMA1,1-b (MW 25,555), is much more efficient with copolymer with greater hydrophilic portion, the b-PMMA1 PDMAEMA3,0. The DMAEMA homopolymer also proved efficient in interacting with the LUVs. We demonstrated that synthetic copolymers containing hydrophobic and hydrophilic regions are good models of peptides and proteins allowing quantitatively evaluate the effects of these interactions on model membranes
 
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Data de Publicação
2015-11-06
 
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