Location and dynamics of fluorescent probes in model membranes: study by Molecular Dynamics and Time-resolved Fluorescence Anisotropy.

As moléculas AHBA (2-Amino-N-hexadecil-benzamida) e DPH (1,6-Difenil-1,3,5- hexatrieno) são sondas fluorescentes com características particulares, comumente utilizadas para monitorar diferentes regiões das bicamadas lipídicas, no entanto, pouco se sabe sobre a mobilidade e dinâmica destas sondas em membranas e quais os principais fatores que influenciam as suas interações com solventes polares e apolares. Esta tese teve por objetivo estudar essas sondas em diferentes ambientes, para ampliar o entendimento de suas estruturas, mobilidade e dinâmicas rotacionais em diferentes solventes e em bicamadas lipídicas. Utilizou-se a técnica de Dinâmica Molecular (DM) para obter as trajetórias das sondas em caixas com diferentes proporções de água e 1,4-dioxano e também nas membranas de POPC (1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicerol-3-fosfocolina) e DMPC (1,2-dimiristoil-sn-glicerol-3-fosfocolina). Com as trajetórias geradas, foram analisadas a estrutura, a solvatação e a dinâmica rotacional das sondas em misturas de solventes e membranas modelo. Para as DM em solventes, os resultados indicaram um comportamento atípico das duas moléculas, com a diminuição da interação com a água a medida que diminuía-se a proporção de 1,4-dioxano na caixa. Em membranas, a localização e mobilidade da sonda AHBA apresentaram comportamento semelhante em POPC e DMPC, com os tempos obtidos a partir da curva de autocorrelação rotacional do seu dipolo comparáveis aos medidos pelo experimento de anisotropia de fluorescência resolvida no tempo. Já para o DPH, os resultados em POPC indicaram que a sonda alinha-se paralelamente à superfície da membrana e apresenta muito mais liberdade para se movimentar quando comparada às aos resultados de DM em DMPC, onde a sonda se alinhou paralelamente às caudas dos fosfolipídios e teve uma restrição bem maior para seus movimentos. Os tempos de correlação rotacional do seu dipolo em POPC apresentaram boa concordância com os obtidos experimentalmente. Em contrapartida, os resultados em DMPC mostraram que é preciso mais tempo de DM para comparação entre a correlação rotacional teórica e a experimental, por ser um sistema mais compactado. De qualquer forma, os resultados indicam que a DM é uma técnica promissora para modelagem da dinâmica rotacional de moléculas em membranas.AHBA (2-Amino-N-hexadecyl benzamide) and DPH (1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene) molecules are fluorescent probes with particular characteristics commonly used to monitor different regions of the lipid bilayers, however, little is known about the mobility and dynamics of these probes in membranes and the main factors that influence their interactions with polar and non-polar solvents. This thesis aimed to study these probes in different environments, to extend the understanding of their structures, mobility and rotational dynamics in different solvents and in lipid bilayers. It was used the Molecular Dynamic (MD) technique to obtain the trajectories of the probes in boxes with different proportions of water and 1,4-dioxane, and also in membranes of POPC (1-palmitoyl-2- oleoy l-sn-glycerol-3 -phosphocholine) and DMPC (1,2-dimyristoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine). With the trajectories generated, the structure, solvation and rotational dynamics of the probes were analyzed in solvent mixtures and model membranes. For simulations in solvents, the results indicate an atypical behavior of the two molecules with the decrease of the interaction with water, when decreased the proportion of 1,4-dioxane in the box. In membranes, the location and mobility of AHBA showed similar behavior for on DMPC and POPC, with the decay times obtained from the dipole rotational autocorrelation curve comparable to experimental time-resolved fluorescence anisotropy data. For the DPH in POPC, the results indicated that the probe is aligned parallel to the membrane surface and is much more free to move when compared to simulations in DMPC, where the probe is aligned parallel to the tails of the phospholipids, and had a greater restriction for their movement. The rotational correlation times of their dipole in POPC showed good agreement with those obtained experimentally. On the other hand, the results in DMPC, showed that it needs more time of simulation for comparison between the theoretical and experimental rotational correlation, because it a more compressed system. In any way, the results indicate that MD is a promising technique for modeling the rotational dynamics of molecules in membranes