Modelação molecular de agentes intercalantes do ADN em líquidos iónicos

Abstract

As Moléculas intercalantes são usadas como agentes de deteção e quantificação de ADN. Estas moléculas intercalam entre as cadeias duplas de ADN, em solução aquosa, devido às interações hidrofóbicas existentes entre as moléculas. Estas moléculas intercalantes são fluorescentes mas, quando intercaladas, exibem um aumento significativo da sua intensidade de fluorescência. Este efeito não é observado quando a solução deixa de ser a solução aquosa habitual, como por exemplo, uma solução composta por um líquido iónico à temperatura ambiente (RTILs). O decréscimo da fluorescência dos intercalantes poderá estar relacionada com o facto de estes não intercalarem com o ADN, devido às fortes interações iónicas entre o solvente e a cadeia de ADN, ou através de outros fenómenos envolvidos na interação entre as moléculas estudadas. Com este projeto pretendemos verificar se estamos perante um fenómeno de exclusão por parte do Liquido Iónico, ou se a intercalação é espontânea, estudando os mecanismos moleculares envolvidos intercalação na cadeia de ADN e em que condição a interação entre ADN e intercaladores poderá ser restabelecida em líquidos iónicos. Foram estudados 5 intercaladores (Brometo de Etidio, Berberine, Proflavine, Proflavine Reduzida e DAPI), com afinidades pelas bases de ADN e cargas diferentes, em 10 líquidos iónicos distintos. Fomos capazes de mostrar os mecanismos envolvidos nas interações entre os intercaladores e a cadeia de ADN e, a partir destas observações, foi possível mostrar qual dos agentes intercalantes estudados apresentou as condições mais favoráveis para uma intercalação em meio de líquido iónico. Constatamos que não há exclusão dos intercaladores e que eles se associam espontaneamente ao ADN em líquidos iónicos, contradizendo as interpretações de algumas evidências experimentais anteriores. Com base nos estudos de PMF complementado com a análise das interações energéticas, foi possível concluir que o DAPI é o intercalador que apresenta a intercalação mais forte e estável e, com base nos resultados de PMF, o Liquido Iónico que promove uma intercalação mais forte e espontânea, é o [BPYRR+] [PF6-].

Intercalating molecules are used as agents of detection and quantification of DNA. These molecules intercalate between DNA double chains in aqueous solution due to hydrophobic interactions between this molecules. These intercalating molecules are fluorescent but, when intercalated, they exhibit a significant increase in their fluorescence intensity. This effect is not observed when the solution ceases to be the usual aqueous solution but, a solution composed of an ionic liquid at room temperature (RTILs). The decrease of fluorescence of the intercalating agents, might be related to the fact that they do not intercalate within DNA helix, due to the strong ionic interactions between the solvent and DNA chain, or by other phenomena involved in the interaction between these molecules. With this project we intend to verify if this is a phenomenon of exclusion by the Ionic Liquid, or if the intercalation is spontaneous by studying the molecular mechanisms involved in the intercalation and in what condition the interaction between DNA and the intercalator may be restored in liquids ion. Five intercalators were studied (ethidium bromide, Berberine, Proflavine, reduced Proflavine and DAPI) with different DNA base-pair affinity and different loads, in ten different ionic liquids. We were able to show the mechanisms involved in the interactions between intercalators and DNA chain and, from these observations, it was possible to show which of the intercalating agents studied showed the most favorable conditions for an intercalation in ionic liquid medium. We observed that there is no exclusion of the intercalators and they spontaneously associate with DNA in ionic liquids, contradicting the interpretation of some previous experimental evidences. Based on studies of PMF, complemented with the analysis of energetic interactions, we concluded that the DAPI is the intercalator with the stronger and more stable and, based on PMF results, the ionic liquid which promotes a stronger and spontaneous intercalation is the [BPYRR+] [PF6-].