Estudo dos aspectos eletrostáticos da interação entre polieletrólitos e macroíons

Abstract

O entendimento da formação de complexos compostos por polieletrólitos e macroíons é fundamental para o estudo de vários processos biológicos e tecnológicos. Neste trabalho foram investigados os aspectos eletrostásticos da complexação, verificando os efeitos da força iônica, da carga macromolecular e do grau de polimerização do políımero na estabilidade do complexo e nas características conformacionais da cadeia. Com o objetivo de obter conclusões gerais para este tipo de sistema, um modelo simplificado foi utilizado. O políımero foi representado por um conjunto de esferas ríıgidas carregadas conectadas por um potencial harmônico, enquanto o macroíıon seguiu um modelo esférico com distribuição de carga homogênea. A interação entre as espécies carregadas foi tratada de acordo com a aproximação de Debye-H¨uckel. Utilizando simulaçãoes Monte Carlo no ensemble canônico, verificou-se que a dissociação do complexo possui características de transição de fase. Condições críticas foram obtidas em concordância com o comportamento observado empiricamente. Resultados da interação de polieletrólitos com proteínas no seu ponto isoelétrico mostraram que a contribuição devido apenas a regulação de carga é suficiente para estabilizar o complexo e pode ser aumentada através de mutações que diminuam a heterogeneidade de carga da proteína.

The understanding of macroíon–polielectrolyte complex formation is fundamental for the biological and technological process studies. In this work the electrostatic issues on the complexation were investigated, verifying the effects of ionic strenght, macromolecular charge, and degree of polimerization on the complex stability and the chain conformational features. With the purpose of obtain general conclusions for this system, a simplified model was adopted. The polymer was represented by a set of rigid charged spheres connected by a harmonic potential, and the macroion was represented by a rigid sphere with homogeneous charge distribution. The interaction among macromolecules was described by the Debye-H¨uckel theory. Using Monte Carlo simulations within the canonical ensemble, it was verified that complex dissociation has phase–like transition behaviour. Numerical values for critical conditions were obtained in agreement with the ones experimentally observed. Results of interaction among polyeletrolyte and proteins on their isoelectric point showed that the charge regulation contribuition only is sufficient to make the complex stable. Is is also shown that charge regulation contribution is increased by mutations which promote a lower protein charge density heterogenity. 14