Estudo por simulação computacional da interação entre polieletrólitos fracos e macroíons esféricos

Abstract

A interação entre polieletrólitos e macro ons de carga oposta é uma area de pesquisa ativa em campos como química, física, biologia, medicina e nanotecnologia. Desse modo, e fundamental conhecer os fatores que determinam a estabilidade de complexos formados por essas macromoléculas. Um aspecto interessante neste sistema e a mudança abrupta de certas propriedades da solução sens veis a formacão do complexo, como a turbidez, quando há variação na concentração de sal ou no pH da solução. Este comportamento e característico de uma transição de fase e pode ter uma grande importância na regulacão do metabolismo celular. O conhecimento dos aspectos termodinâmicos deste comportamento ainda não est a muito claro. Neste trabalho nos investigamos o efeito da concentração de sal, carga da macromolécula e pH na trasição entre o estado adsorvido e livre de polieletrólitos fracos, sujeitos a regulação de carga, e macroíons esféricos de carga oposta. Para tanto, n os usamos simulações de Monte Carlo associadas ao algoritmo de Metropolis e o método de análise de multiplos histogramas. Usando médias da energia livre e do raio de giro nós identicamos transições de fase do tipo de primeira ordem entre o dois estados (complexado e livre). Também analisamos diagramas de estado em função da força iônica e do pH para diferentes valores de carga do macro on e a conformação da cadeia adsorvida foi caracterizada pela m édia do raio de giro e pelo perfil da distribuição dos monômeros

The knowledge of factors that determine the stability of biomolecular com-plexes is utmost importance for understanding various biological processes and for many technological applications. An important class of complex are the ones formed by macroions and oppositely charged polyelectrolytes. An interesting aspect here is the abrupt change of certain properties of the solution sensitive to complex formation, as the turbidity, when varying the salt concentration and pH. This behavior characteristic of phase transition may have great importance in the regulation of cellular metabo-lism. The understanding of the thermodynamic aspects of this phase-transition-like behaviour is still not very clear. In this work we investigate the e ect of salt concen-tration, charge of the macromolecule and pH on the adsorption-desorption transition of these polyelectrolytes onto oppositely charged spherical macroions by means of Me-tropolis Monte Carlo simulations and the weighted histogram analysis method. Using the mean binding energy and the radius of gyration as order parameters we identify a rst-order-like transitions between adsorbed and desorbed states. The states diagrams as a function of ionic strenght and pH of are provided for di erent values of macroion charge, and the conformation of the adsorbed chain is characterized by means of radius of gyration and monomer distribution profile