Termodinâmica de interação de lactoferrina e poli(óxido de etileno) com surfactantes aniônicos

Abstract

Misturas aquosas contendo surfactantes e macromoléculas têm muitas aplicações práticas como no processamento de petróleo, na indústria de papel, em processos biológicos e em produtos de higiene pessoal. Em todas estas misturas, as propriedades físico-químicas do sistema são determinadas pela interação entre a macromolécula e o surfactante. Neste trabalho, nós avaliamos a interação macromolécula-surfactante sob dois aspectos distintos: o estudo da interação polímero-surfactante e o estudo da interação proteína- surfactante. No primeiro, o efeito dos líquidos iônicos (LIs) brometo de 1-butil-3- metilimidazólio (bmimBr) e cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio (bmimCl) sobre a interação entre poli(óxido de etileno) (PEO) e dodecilsulfato de sódio (SDS) foi avaliado utilizando-se condutimetria, fluorimetria e calorimetria de titulação isotérmica (ITC). O efeito dos LIs sobre a micelização do SDS também foi investigado. Parâmetros termodinâmicos da micelização do SDS e da agregação PEO-SDS foram obtidos em várias concentrações de LI e a estabilidade relativa entre as micelas de SDS e os agregados PEO/SDS foi estabelecida. Os LIs diminuíram a concentração micelar crítica (cmc) do surfactante, estabilizando as micelas de SDS, e aumentaram a concentração de agregação crítica (cac) para a formação do agregado, tornando os agregados PEO/SDS menos estáveis. Além disso, os LIs induziram uma segunda concentração crítica (c2thc) no processo de micelização do SDS, a qual foi associada a um processo de diminuição do tamanho micelar. A variação de entalpia integral de formação do agregado (∆ Hagg(int)) mudou de -0,72 para 2,16 kJ mol-¹ quando a concentração de bmimBr aumentou de 0 para 4,00 mM. Quando o cloreto foi substituído pelo brometo na estrutura do LI, a micelização do SDS e o início da agregação PEO-SDS não foram afetados. No entanto, a quantidade de SDS ligado ao polímero na concentração de saturação (C 2 ) aumentou. Em 100,0 mM de LI, a interação PEO-SDS desapareceu. Nós sugerimos que os LIs participam da estrutura dos agregados PEO/SDS, interagindo com o SDS na interface/núcleo das micelas adsorvidas sobre o PEO e promovendo a solvatação preferencial dos segmentos do polímero. Para estudar a interação proteína-surfactante, nós escolhemos sistemas formados pela proteína lactoferrina (Lf) e os surfactantes aniônicos dodecilsulfato de sódio (SDS), dodecilbenzeno sulfonato de sódio (SDBS) ou decilsulfato de sódio (DSS). A interação Lf-surfactante foi caracterizada em diferentes valores de pH utilizando ITC, nanocalorimetria diferencial de varredura (n-DSC) e espectroscopia de fluorescência. A variação de entalpia molar aparente de interação (∆ − ), a extensão de ligação ( complexo (∆ ) e a variação de entalpia integral de formação do complexo(∆ Hagg(int)) foram determinadas a partir da ITC e variaram com o pH e com a estrutura do surfactante. Os valores de (∆ Hagg(int)) foram sempre negativos e variaram entre -5,99 kJ mol-¹ , para o SDS em pH 3,0, e -0,61 kJ mol -1 , para o DSS em pH 12,0. Dados de espectroscopia de fluorescência e n-DSC demonstraram que a interação proteína-surfactante promove a desnaturação da Lf e a eficiência de desnaturação seguiu a ordem DSS < SDS < SDBS. À medida que a concentração do surfactante aumentou, a temperatura de desnaturação ( ) e a área do pico nos termogramas de n-DSC diminuíram. Nossos resultados mostraram que a Lf ligada ao ferro tem mais resistência contra a desestabilização induzida pelos surfactantes do que a Lf livre de ferro.

Aqueous mixtures comprising surfactants and macromolecules have many practical applications, as in the oil processing, paper industry, biological processes and personal care products. In all of those mixtures, the physical-chemical properties of the system are determinate by the interaction between the macromolecule and the surfactant. In this thesis, we evaluated the macromolecule-surfactant interaction under two different aspects: the study of the polymer-surfactant interaction and the study of the protein- surfactant interaction. In the first one, the effect of the ionic liquids (ILs) 1-butyl-3- methylimidazolium bromide (bmimBr) and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (bmimCl) on the interaction between poly(ethylene oxide) (PEO) and sodium dodecyl sulfate (SDS) was evaluated using conductimetry, fluorimetry, and isothermal titration calorimetry (ITC). The effect of those ILs on the SDS micellization was also investigated. Thermodynamic parameters of SDS micellization and SDS-PEO aggregation were obtained at several IL concentrations and the relative stability between the SDS micelles and the SDS/PEO aggregates was established. The ILs decreased the critical micellar concentration (cmc) of the surfactant, stabilizing the SDS micelles, and increased the critical aggregation concentration (cac) to the aggregate formation, making the SDS/PEO aggregates less stable. In addition, ILs induced a second critical concentration (c2thc) in the SDS micellization process, which was associated with a process of micelle size decrease. The integral enthalpy change for the aggregate formation (∆ Hagg(int)) changed from -0.72 to 2.16 kJ mol -1 when the bmimBr concentration increased from 0 to 4.00 mM. When chloride was replaced with bromide in the IL structure, the SDS micellization and the beginning of the SDS-PEO aggregation were not affected. However, the amount of SDS bound to the polymer in the saturation concentration (C 2 ) increased. At 100.0 mM IL, the SDS-PEO interaction vanished. We suggested that the ILs participate in the structure of the formed SDS/PEO aggregates, interacting with the SDS at the core/interface of the micelles attached to the polymer, and promoting a preferential solvation of the PEO segments. To study the protein-surfactant interaction, we chose systems comprising the lactoferrin (Lf) protein and the anionic surfactants sodium dodecyl sulfate (SDS), sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS), or sodium decyl sulfate (DSS). The interaction Lf-surfactant was characterized at different pH values using ITC, nano differential scanning calorimetry (NanoDSC) and fluorescence spectroscopy. The apparent molar enthalpy change of interaction (∆ of binding ( (∆ − ), the extent ), and the integral enthalpy change for the complex formation (∆ Hagg(int)) were determinate from ITC and depended on the pH and the surfactant structure. The ∆ Hagg(int) values were always negative and ranged from -5.99 kJ mol -1 , for SDS at pH 3.0, to -0.61 kJ mol -1 , for DSS at pH 12.0. Fluorescence spectroscopy and NanoDSC data demonstrated that the protein-surfactant interaction leads to the Lf denaturation, and the denaturation efficiency followed the order DSS < SDS < SDBS. As the surfactant concentration increased, the denaturation temperature ( ) and the peak area in the NanoDSC thermograms decreased. Our results shown that the Lf bound to iron has more resistance against the destabilization induced by surfactants than the iron free Lf.