Estudo Computacional Da Interação Da Rodamina B Com Sistemas Modelo De Membranas Biológicas

Abstract

A rodamina B (RhB) é um corante fluorescente pertencente à família dos xantenos. Dependendo do pH e das propriedades do solvente onde está inserida, esta pode assumir três formas moleculares: catiónica, zwitteriónica e lactónica. Devido às suas excelentes propriedades fotofísicas, tais como um elevado rendimento quântico de fluorescência, elevada fotoestabilidade e elevados comprimentos de onda de excitação, a RhB é frequentemente usada como sonda fluorescente. No entanto, inerente ao correto funcionamento da sonda, está a sua capacidade de particionar para a membrana, que pode ser definida como o seu coeficiente de partição membrana/água. Em trabalhos anteriores verificou-se que este era superior na RhB em três ordens de grandeza quando comparando com a rodamina 123 (Rh123), apesar de apresentarem estruturas semelhante. Além disso, a informação fornecida por qualquer sonda fluorescente, está dependente da sua localização, orientação e perturbação causada na membrana, parâmetros complicados de medir experimentalmente. Para tal, o uso de simulações de dinâmica molecular (MD) demonstra-se vantajoso pois analisa tais parâmetros, permitindo perceber a sua relação com a estrutura da molécula em causa. Assim no presente trabalho, foram simuladas, recorrendo a simulações de MD, as três formas moleculares da RhB. Pela análise dos resultados pôde-se concluir que a RhB (lactona) de RhB preferiu localizações mais internas na bicamada e obteve um menor valor da barreira energética de translocação, impondo-se como a forma mais lipofílica das três. Por outro lado, a forma zwitteriónica apesar de possuir carga elétrica global nula, foi a que apresentou um comportamento mais polar, estabelecendo o maior número de ligações de hidrogénio com moléculas de água e destabilizando em maior grau a ordem da bicamada lipídica. Além disso, a interpretação dos resultados obtidos permitiu também confirmar que a RhB, quando comparada com a Rh123, apresenta maior facilidade de translocação na membrana.

Rhodamine B (RhB) is a fluorescente dye that belongs to the Xanthene family. According to the pH and properties of the solvent RhB can adopt three different molecular forms: cationic, zwitterionic and lactonic. Due to its remarkable photostability and photophysical properties such as high fluorescence quantum yield and greater excitation wavelength, RhB is commonly used as a fluorescent probe. However, inherent to the correct functioning of the probe is its ability to partition into the membrane. This can easily be defined as the membrane/water partition coefficient of certain molecule. Former works have shown that, even though its structures are very similar, RhB membrane/water partition coefficient is superior by three orders of magnitude to that of Rh123. In addition, probe derived information is strongly affected by its location and orientation within the membrane, as well as the degree of perturbation caused by Rh translocation on the lipids, all these very hard to test experimentally. For that, the use of molecular dynamics simulations proves to be a reliable and powerful technique that is able to analyse these parameters and thus allows to understand their relations with the study molecules structure. So in this present work, the three molecular forms of RhB were simulated computationally resorting to MD simulations. Results obtained, demonstrate that RhB (lactonic) preferred deeper locations within the membrane and obtained the lowest translocation barrier value consequently suggesting this form as the most lipophilic one. On the other hand, RhB (zwitterionic), while possessing a net charge of zero, established the highest number of H bonds and perturbed the most membrane lipids, therefore behaving as the most polar form. Lastly, these results agree with the experimental observations regarding the partition coefficient of RhB and Rh123, confirming the former’s greater ease regarding membrane translocation.