CCES Unicamp

Líquidos iônicos e suas interações com proteínas: uma visão molecular

Vinicius Piccoli

Instituto de Química e Centro de Computação em Engenharia e Ciências – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP.

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Você já ouviu falar dos líquidos iônicos? Sabe o que são e para que são usados? Toda cozinha possui um frasco contendo sal, que consiste principalmente de cloreto de sódio. O sal é um composto branco, sólido e muito solúvel em água. Quimicamente, é um composto iônico, e normalmente estes compostos são sólidos. Os líquidos iônicos são interessantes justamente porque são líquidos em temperatura ambiente e, por conta disso, apresentam características únicas, interessantes para as indústrias farmacêutica e química.

Simulação de uma proteína em água e líquidos iônicos

Os líquidos iônicos foram descobertos em 1951, e são desde então objeto de muitos estudos científicos. Simulações computacionais têm um papel central na compreensão destes compostos, porque com elas é possível estudar as estruturas dos líquidos e interações com diversos solutos com detalhes moleculares. Em particular, estudos computacionais têm sido feitos para entender como os Líquidos Iônicos interagem com proteínas, promovendo sua estabilização ou sua desnaturação. Cada líquido iônico exibe um comportamento distinto dependendo da sua natureza química e concentração. Em geral, quando um líquido iônico estabiliza uma proteína, isto acontece porque suas interações com a superfície da proteína são desfavoráveis, estabilizando estruturas mais compactas. No entanto, as interações são bastante diversificadas e complexas em nível molecular, e descrições simplificadas são, geralmente, insatisfatórias.

Pensando nisso, o grupo do professor Leandro Martínez, pesquisador do Instituto de Química da Universidade de Campinas (UNICAMP), vem desenvolvendo um projeto que pretende descrever a estrutura de solvatação de proteínas por líquidos iônicos,. O estudo está sendo conduzido através de simulações de dinâmica molecular, que são realizadas utilizando o poder computacional do CCES (Center for Computing in Engineering & Sciences). As simulações permitem obter trajetórias que contém a posição de todos os átomos, da proteína, da água e do líquido iônico, ao longo do tempo. A partir destas trajetórias pode ser calculada a distribuição dos componentes de cada sistema em torno da proteína.

A distribuição dos líquidos iônicos e da água em torno da proteína é obtida calculando a menor distância entre átomos dos solventes e da proteína. Diferencia-se, assim das comumente utilizadas funções de distribuição radiais e podem ser aplicadas para solutos das mais variadas formas e complexidades. O uso de distâncias mínimas torna possível uma descrição molecular detalhada da distribuição das moléculas que compõem a solução ao redor da proteína sem influência da forma do soluto.

O estudo tem apresentado resultados interessantes. Observou-se que, conforme era menor a quantidade de líquido iônico, mais ele se concentra na superfície da proteína. Essa situação indica que há interação direta do líquido iônico com a proteína, podendo resultar na sua desnaturação, o que significa que a proteína pode perder suas propriedades físicas e químicas. Contudo, conforme a quantidade de líquido iônico aumenta, sua interação com a superfície da proteína passa a ser desfavorável, e a água se concentra ao redor da estrutura proteica. Esse cenário em que a água é o composto que interage mais favoravelmente com a superfície da proteína faz com que haja um preservação da estrutura nativa. Ao final do estudo, é obtida uma visão da estrutura da solvatação das proteínas nestas soluções.

Os líquidos iônicos apresentam grande potencial na sua utilização como solvente para diversas substâncias, catalisadores em processos químicos e até mesmo como veículos para aplicação de fármacos. Entender como eles se comportam em distintos ambientes químicos é importante para aplicá-los de maneira mais efetiva. As ferramentas computacionais têm papel notável no estudo de sistemas complexos e, para os líquidos iônicos, em particular, estudos teóricos são uma forma de entender como esses se compostos organizam ao redor de solutos complexos, como as proteínas, sendo indispensáveis para o entendimento aprofundado das interações moleculares destes sistemas.

Trabalhos relacionados

PICCOLI, V; MARTÍNEZ, L. Estudo da solvatação de proteínas por líquidos iônicos usando funções de distribuição de mínima distância. Escola de Modelagem Molecular de Sistemas Biológicos, 2018, Petrópolis.

MARTÍNEZ, L.; SHIMIZU, S. Molecular Interpretation of Preferential Interactions in Protein Solvation: A Solvent-Shell Perspective by Means of Minimum-Distance Distribution Functions. Journal of chemical theory and computation v. 13, n. 12, p. 6358–6372 , 12 dez. 2017.

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