Interação entre nanopartículas de ouro e biomoléculas : estudo físico-químico da interface nano-bio

Abstract

Resumo : É bem conhecido que nanopartículas de ouro (AuNPs) apresentam superfície favorável para adsorção de biomoléculas; porém, os efeitos provocados na estrutura, conformação e outras propriedades das biomoléculas ainda são pouco entendidos. Neste trabalho foram utilizadas AuNPs de morfologias diferentes (esferas e bastões) e as biomoléculas goma arábica, quitosana sulfatada, lipase de Candida sp. (CALB) e lisozima. São apresentados três estudos das interações envolvidas na interface nano-bio e seus efeitos nas propriedades do material biohíbrido. No primeiro estudo, foi avaliado o uso dos polissacarídeos naturais goma arábica (GA) e quitosana sulfatada (ChiS) na encapsulação de nanobastões de ouro (AuNRs). As interações foram elucidadas por FTIR e as imagens de microscopias mostraram que estruturas auto-montadas distintas foram obtidas, pois AuNRs individuais foram observadas na presença da ChiS enquanto que clusters de AuNRs foram formados na presença da GA. No segundo estudo, foi avaliado o uso da CALB como agente estabilizante para AuNPs. Foi realizado um estudo comparativo adicionando a CALB antes e após a formação das AuNPs. Por imagens de MET e análise por espectroscopia no UV-Vis, foi observado a obtenção de AuNPs estáveis e principalmente esféricas nos dois casos. Por outro lado, caracterizando a conformação da CALB por espectroscopia de fluorescência e de CD, foi observado mudanças em sua estrutura terciária e secundária. A atividade catalítica da CALB foi mantida acima de 80% para os dois materiais bio-híbridos. Pelo estudo de interação, foi avaliado que as mudanças na conformação da CALB dependeram da concentração de AuNPs. No terceiro estudo, foi analisada a influência das AuNPs no processo de fibrilação da lisozima e as interações envolvidas entre as AuNPs e a lisozima na forma globular e fibrilar. As AuNPs desaceleram o início da formação das fibras, porém, após atingir o equilíbrio, foi observado maior quantidade de lisozima na conformação folhas ??-pregueadas ao final da fibrilação. Por outro lado, a adição das AuNPs em fibrilas pré-preparadas acarretou em mudanças nesta conformação. Assim, apesar da necessidade de estudos mais aprofundados, as AuNPs se mostraram promissoras em aplicações envolvendo proteínas amilóides. Portanto, os resultados obtidos nos três estudos realizados neste trabalho contribuem para o desenvolvimento de novos materiais nanobioconjugados e para o uso seguro de AuNPs em combinação com biomoléculas.

Abstract: It is well-known that gold nanoparticles (AuNPs) exhibit favorable surface that can easily adsorb biomolecules; however, the effects promoted in their structure, conformation and other properties remain poorly understood. We report a study on the involved interactions at the nano-bio interface between AuNPs of different morphologies (spheres and rods) and the biomolecules gum arabic, sulfated chitosan, lipase de Candida sp. (CALB) and lysozyme. It is presented three studies of the interactions at the nano-bio interface and their influence on the properties of the bio-hybrid materials. In the first study, it was evaluated the use of the natural polysaccharides gum arabic (GA) and sulfate chitosan (ChiS) in the encapsulation of gold nanorods (AuNRs). The interactions were elucidated by FTIR and the microscopy images showed that distinct self-assembled structures were obtained, since individual AuNRs were observed in presence of ChiS whereas AuNR clusters were formed in presence of GA. In the second study, it was evaluated the use of CALB as stabilizing agent for AuNPs. It was conducted a comparative study where CALB was added before and after the synthesis of AuNPs. By TEM images and UVVis analysis, it was observed the formation of stable and mainly spherical AuNPs in both cases. On the other hand, the characterization of CALB conformation through fluorescence and CD spectroscopies showed changes on its secondary and tertiary structure. The catalytic activity of CALB was kept over 80% for the both bio-hybrid materials. By the interactions study, it was evaluated that the changes on CALB conformation depended on the concentration of AuNPs. In the third study, it was analyzed the influence of AuNPs in the lysozyme fibrillation process and the interactions involved between AuNPs and lysozyme in its globular and fibrillar form. The AuNPs slowed down the fibrils formation, however, once the equilibrium is reached, the content of ??-sheet was increased at the end of fibrillation. On the other hand, the addition of AuNPs on pre-formed fibrils promoted changes on ??-sheet conformation. Then, although a deeper understanding is needed, AuNPs are promising in applications involving amyloid proteins. Therefore, the results obtained in the three presented studies contribute in the developing of new nanobioconjugates materials and for the safe use of AuNPs in combination with biomolecules.