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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Caracterização molecular do mecanismo de interação de quitosanas com bicamadas lipídicas compostas de dipalmitoilfosfatidilcolina
metadata.dc.creator: Cunha, Richard André
metadata.dc.contributor.advisor1: Franca, Eduardo de Faria
metadata.dc.contributor.referee1: Oliveira, Carlos Alberto Oliveira de
metadata.dc.contributor.referee2: Oliveira, Osmair Vital de
metadata.dc.description.resumo: A quitosana é uma versátil macromolécula com total biocompatibilidade, biodegradabilidade e um caráter catiônico que a torna vantajosa para aplicações biomédicas, (engenharia de tecidos: pele, ossos, células neurais e fígado), bem como em aplicações biofarmacêuticas (entrega de drogas e genes). As informações apresentadas através de técnicas experimentais atuais são pouco conclusivas em relação aos eventos moleculares por trás da bioatividade da quitosana e, em sua maioria, se limitam a descrever propriedades macroscópicas. No presente trabalho utilizou-se de simulações por dinâmica molecular para se obter uma descrição da interação da quitosana com modelos de membrana formados por unidades de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC). Estes fosfolipídios, em especial, são biomoléculas largamente encontradas em membranas biológicas sendo majoritariamente determinantes nas propriedades de membranas celulares. Para descrição do comportamento molecular da quitosana e do DPPC nas simulações, utilizaram-se parâmetros recentemente desenvolvidos e/ou modificados. Os sistemas iniciais utilizados consistem em uma quantidade variada de cadeias de quitosanas com grau de acetilação de 20%, colocadas a alguns angströms da bicamada de DPPC, em solvente explicito. A relação entre a quantidade de quitosana e moléculas de água visou reproduzir as concentrações de 10, 30 e 50 mg/mL de quitosana. As simulações foram realizadas por 100 ns para o DPPC, 150 para 10 mg/mL e 250 ns para 30 e 50 mg/mL de quitosana. Os resultados sugerem que o mecanismo de ação biológica da quitosana em bicamadas lipídicas não pode ser explicado apenas por interações eletrostáticas. As simulações permitiram descrever o papel dos grupos polares nas interações quitosana DPPC, bem como sua relação com o solvente. Desta forma, as ligações de hidrogênio têm papel tão importante quanto às eletrostáticas, e o mecanismo de interação depende também de fatores como a interação com o solvente e a concentração de quitosana. O aumento na concentração de quitosana está diretamente ligado com a efetividade das interações específicas, direcionadas pela competição entre a interação quitosana quitosana e quitosana DPPC. Os resíduos N-acetilglicosamina, mostraram ter importante contribuição para ação da quitosana na membrana, sendo esta dependente da concentração de quitosana. A quitosana induz alterações estruturais na organização supramolecular da membrana, e fatores como área média por lipídio e a ordem dos carbonos nas cadeias alifáticas são bastante alterados nas concentrações de 30 e 50 mg/mL.
Abstract: Chitosan is a versatile macromolecule with total biocompatibility, biodegradability and a cationic character which makes it suitable to biomedical applications (tissue engineering: skin, bones, neural cell and liver), as well to biopharmaceutical (drug and gene delivery). The information presented by experimental techniques remains unclear about the molecular events that are related with the biological activity of chitosan, and most of them, are limited to describe macroscopic properties. In the present work, simulations of molecular dynamics simulations were used in order to describe the interaction between the chitosan and models of biological membranes made by units of dipalmitoylphosfatidylcholine (DPPC). These phospholipids, in particular, could be largely found in biological membranes, playing an important role in the cells membranes. In order to describe the molecular behavior of the chitosan and DPPC in the simulations, were used parameters recently developed or improved. The initial systems were built by putting a variable amount of chitosan chains, with 20% of acetylation degree, at a few angstroms of the DPPC bilayer, in explicit solvent. The relation between the quantity of chitosan and the number of water molecules, aims to reproduce the chitosan concentration of 10, 30 e 50 mg/mL. The simulations were made by 100 ns for the DPPC only, 150 ns for the 10 mg/mL and 250 ns for the concentration of 30 and 50 mg/mL. The results suggest that the biological action mechanism of the chitosan on lipids bilayers cannot be explained only by electrostatic interactions. The simulations help to describe the role of the polar groups in the chitosan DPPC interactions, as well their relationship with the solvent. Thereby, the hydrogen bond plays an important role such as the pure electrostatic interactions, and this interaction mechanism also depends on factors such as the chitosan concentration and the relation with water. The increase in the chitosan concentration is closely dependant on the effectiveness of specific interactions, that are driven by the competition between the interactions of the type chitosan chitosan, and chitosan-DPPC. The N-acetylglicosamine residues, showed to have an important role on the chitosan action in the membrane, with a concentration dependant influence. The chitosan inflicts structural alterations in the supramolecular organization of the membrane, and properties such as area per lipid and order parameter of the carbons in the aliphatic chain, which are drastically affected by the chitosan concentrations of 30 and 50 mg/mL.
Keywords: Quitosana
Bicamadas lipídicas
DPPC
Dinâmica molecular
Chitosan
Lipid bilayers
Molecular dynamics
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Ciências Exatas e da Terra
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Química
Citation: CUNHA, Richard André. Caracterização molecular do mecanismo de interação de quitosanas com bicamadas lipídicas compostas de dipalmitoilfosfatidilcolina. 2013. 88 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17386
Issue Date: 1-Mar-2013
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Química

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