Estudo dos efeitos específicos dos íons da série de Hofmeister na interação de moléculas unitárias com nanoporos individuais protéicos

FACEPEA interação de moléculas unitárias com nanoporos individuais é relevante em diversos processos biológicos, químicos e físicos, uma vez que pode proporcionar o desenvolvimento de dispositivos analíticos, dentre os quais, podemos destacar: sensores, biossensores, espectrômetros de massa e sequenciadores moleculares. Nesse contexto, o nanoporo formado pela α-hemolisina (α-HL) de Staphylococcus aureus é de especial interesse no desenvolvimento de dispositivos sensores devido às suas características estruturais e funcionais. Várias estratégias são utilizadas para melhorar a sua capacidade de detecção pelo uso de adaptadores moleculares ou pela modificação química do nanoporo. O diferencial deste trabalho deve-se a modificação das condições físicos-químicas da solução banhante do elemento de reconhecimento molecular ou seja, o nanoporo unitário. Os íons em meio aquoso podem causar efeitos específicos conhecidos como efeitos de Hofmeister. De acordo com a sua atuação na estrutura da água, os íons podem ser classificados como cosmotrópicos ou caotrópicos. A mudança da estrutura da água por sua vez é capaz de influenciar na solubilidade e estrutura dos co-solutos. Igualmente a composição iônica da solução pode alterar a interação das moléculas solubilizadas. Deste modo neste estudo investigamos os efeitos específicos induzidos pelos cátions e ânions da Série de Hofmeister na interação de moléculas unitárias orgânicas com nanoporos proteicos individuais. A confecção da bicamada lipídica plana e a inserção do nanoporo unitário na membrana, bem como os registros de correntes iônicas através dos poros foram obtidos em condições de fixação de voltagem. Na solução banhante do nanoporo utilizou-se os ânions da família VIIA, formando sais com o K⁺, ou, os cátions da família IA e o íon amônio, formando sais com o Cl⁻, todos na concentração de 4M. A interação da molécula unitária (analito) com o nanoporo causa um bloqueio característico na corrente iônica que passa através dele. A análise desses eventos permite determinar as constantes cinéticas da interação analito-nanoporo. Avaliando a influência do íon amônio e dos íons da família IA e VIIA na interação do analito (polietilenoglicol 1294; PEG 1294) com o nanoporo observamos que esta é muito dependente do tipo do sal. Todos os íons utilizados nesse trabalho induziram efeitos específicos em sistema confinado. Com relação à influência na constante de associação, todos os ânions seguiram a típica série de Hofmeister: F⁻ > Cl⁻ > Br⁻ > I⁻. Já para a constante de dissociação e a solubilidade do PEG, encontramos uma sequência de Hofmeister inversa: F⁻ K⁺ ≥ Rb⁺> Na⁺ > NH⁺ > Li⁺. Para a constante de dissociação obtivemos: K⁺ Cl⁻ > Br⁻ > I⁻. For the off-rate constant and solubility of PEG, we found an inverse Hofmeister sequence: F⁻ K⁺ ≥ Rb⁺ > Na⁺ > NH⁺ > L⁺. For the off-rate constant, we obtained : K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < Li⁺. Strong correlation between the changes of the rate constants and the PEG solubility was established. We suggest that the salting-out effect is responsible for the changes on the interaction analyte/ nanopore. Additionally, we found that the rate constants are dependent on voltage transmembrane indicating that the non-ionic polymer (PEG) acts as a molecule with electric charge in an aqueous environment. We also established that the sensitivity of the nanopore it was strongly dependent on the type of ion present in the bath solution. So, the choice of the optimal electrolyte is an important step to stochastic sensors based on a single nanopore