Estudo do tamanho dos éteres de coroa em solução aquosa e da sua interação com o canal iônico formado pela Alfa-estafilotoxina

No trabalho com moléculas muito pequenas (nanoscópicas) o conhecimento a cerca do seu tamanho é um fator importante para o estudo do transporte de substâncias. Para estimar o raio efetivo de moléculas, seguimos o caminho mostrado por Bezrukov (1999) utilizando uma equação matemática que relaciona o tamanho das micropartículas com a variação da condutividade da solução provocada pela adição da própria micropartícula. Éteres de coroa (moléculas nanoscópicas) são uma família grande de compostos com núcleos cíclicos geralmente formados de etilenoglicol. Algumas dessas substâncias são capazes de atuar como antibióticos (WOODWARD, 1957). Outras supostamente atuam como moduladores de canais (BETHGE, 1991). De acordo com nosso conhecimento não existem estudos sobre o tamanho efetivo das coroas em soluções aquosas nem dados específicos sobre a interação das coroas com canais iônicos. Baseado na ausência dessas informações o objetivo deste trabalho é estudar o raio efetivo das três coroas mais simples (18coroa6, 15coroa5 e 12coroa4) tanto em solução aquosa quanto na interação delas com o canal iônico formado pela alfa-estafilotoxina. As coroas estudadas são não-eletrólitos por não possuírem grupamentos com carga. Para estimar o raio efetivo das coroas, dois procedimentos foram realizados: primeiramente o raio das moléculas escolhidas foi estimado através da modelagem molecular realizada pelo software CSChem3D Pro desenvolvido pela Cambridge Software Corporation. No segundo, o tamanho dessas moléculas foi determinado experimentalmente através do estudo das mudanças de condutividade das soluções aquosas na presença das mesmas. Foram realizados experimentos com soluções de cloreto de potássio, cloreto de sódio e cloreto de lítio em quatro diferentes concentrações (100, 500, 1000 e 2000 mM). Os três tipos de coroa foram adicionadas às soluções para ter seus raios efetivos estimados. Encontramos que os valores obtidos pelos métodos da condutividade e modelagem molecular são semelhantes (12coroa4: 0,46nm - 0.48nm; 15coroa5: 0,5nm - 0.52nm; 18coroa6: 0,56nm - 0.56nm) respectivamente. Essa semelhança indica que os dois métodos podem ser aplicados com sucesso para estimar o tamanho de éteres de coroa. Indica também que a equação matemática que relaciona as mudanças de condutividade com o raio das moléculas, inicialmente desenvolvida para micropartículas, é efetiva para estimação do raio de nanopartículas. Os raios das coroas estão na faixa do tamanho do menor raio dos canais iônicos: 0,15 nm para os dependentes de voltagem e 1 nm para os dependentes de neurotransmissores. Para estudar a interação das coroas com o poro aquoso de canais iônicos é necessário utilizar um canal cuja estrutura seja bem estabelecida. O canal formado pela alfa-estafilotoxina satisfaz essa exigência. Ele apresenta características semelhantes às dos canais dependentes de neurotransmissores: estrutura assimétrica, baixa seletividade, condutância relativamente alta e o raio mínimo e máximo iguais a 0,65 nm e 1,3 nm respectivamente (SONG, 1996). A bicamada lipídica plana com este canal incorporado foi utilizado neste trabalho como um sistema modelo para se estudar a influência das coroas nas propriedades dos canais iônicos. O regime de clampeamento de voltagem em canais iônicos unitários foi adotado. Nos experimentos foram utilizadas soluções de KCl, NaCl e LiCl todas com concentração de 1M. Nosso estudo pela primeira vez mostra que a condutância do canal pode ser influenciada pelas coroas. Indica que as três coroas estudadas apresentam maior efetividade na influência sobre a condutância do canal quando potenciais negativos são aplicados no lado da incorporação do canal na membrana. Essa dependência do potencial indica que a coroa não bloqueia o canal isoladamente, só quando forma um complexo coroa-cátion. Identificamos também que as efetividades das coroas são diferentes entre si e dependem do cátion utilizado. Vimos que a equação de Michaelis-Menten pode descrever de forma precisa a dependência dose-efeito . Concluímos então que o canal iônico possui um único sítio de interação com as coroas e que o bloqueio máximo atingido com o uso das três coroas é similar (~ 53%), entretanto elas têm concentrações de meio-efeito bem diferentes (C50%=186mM; C50%=96.7mM e C50%=32.6mM para 12crown4, 15crown5 e 18crow6 respectivamente em 1M de KCl). Estabelecemos que a 18coroa6 apresenta maior habilidade de bloqueio na condutância do canal do que a 15coroa5 que por sua vez apresenta maior efetividade do que a 12coroa