Ana Luiza Bandeira de Mello - PUC-Rio

Departamento de Química
INTERAÇÕES AMINOÁCIDOS - SURFACTANTE NÃO IÔNICO EM
FORMULAÇÕES À BASE ÁGUA
Aluna: Ana Luiza Bandeira de Mello de Albuquerque Campos
Orientadora: Aurora Pérez Gramatges
Introdução
As interações de proteínas com surfactantes são cruciais para um amplo espectro de
aplicações nas indústrias biológica, farmacêutica e cosmética [1,2]. O estudo do mecanismo
das interações proteína-surfactante contribui à maior compreensão sobre o papel desses
compostos anfifílicos na purificação e desnaturação das proteínas e outras biomoléculas de
interesse. Os surfactantes iônicos, tais como o laurel sulfato de sódio (SDS), perturbam
fortemente a estrutura da proteína nativa [3]. Por outro lado, os surfactantes não iônicos
possuem um efeito insignificante na conformação da proteína devido à ausência de cargas nas
moléculas superficialmente ativas.
Embora exista um grande número de estudos na literatura que descrevam a interação de
surfactantes iónicos com proteínas, as interações com surfactantes não iônicos não tem sido
vastamente exploradas. Em particular, é interessante avaliar a interação a nível molecular dos
aminoácidos essenciais que apresentam grupos na sua estrutura capazes de interagir com as
moléculas de surfactante.
Objetivo
Estudo das interações a nível molecular entre aminoácidos e um surfactante não iônico
(Tween 20) em soluções aquosas.
Metodologia
Os aminoácidos utilizados durante o projeto foram Fenilalanina (Fen), Alanina (Ala) e
Cisteína (Cis), os quais foram preparados em solução tampão de fosfatos (PBS, pH=7,2). O
surfactante avaliado foi o éster de sorbitol polietoxilado (polissorbato 20, Tween®20), um
surfactante não iônico comumente usado como excipiente nas indústrias farmacêutica,
cosmética e de alimentos. Água destilada e deionizada foi usada em todos os experimentos.
O método experimental para a avaliação das interações entre os aminoácidos e o
surfactante foi baseado em medidas de tensão superficial de equilíbrio pelo método do anel
(du Nuoy), usando um tensiômetro Kruss.
Os experimentos foram realizados para avaliar o comportamento da tensão superficial do
surfactante e de cada aminoácido, assim como das misturas surfactante-aminoácido, todas em
solução aquosa. No primeiro caso, foram adicionadas progressivamente alíquotas da solução
do surfactante ou do aminoácido à cubeta contendo água, até a tensão superficial alcançar um
valor mínimo estável. No caso das misturas, a solução inicial na cubeta continha uma solução
de aminoácido em concentração 1 mmol L-1 e o surfactante foi adicionado até a tensão
superficial ficar estável.
A concentração micelar crítica (CMC) foi determinada pela interseção entre as duas
tendências lineares no gráfico de tensão superficial vs. logaritmo da concentração. Esse valor
crítico foi usado para determinar o grau de interação entre o surfactante e o aminoácido em
questão.
Departamento de Química
Resultados
Os aminoácidos escolhidos não possuem carga ao longo de sua estrutura no pH de
trabalho (7,2), em concordância com os valores de pKa correspondentes aos grupamentos
ácido (-COOH) e amino (-NH2). Os respectivos pKa para os aminoácidos são: 2,58 / 9,24
(Fen); 2,35 / 9,87 (Ala); 2,05 / 10,25 (Cis). Percebe-se que, para um pH 7,2, os grupos
carboxílicos não se dissociam em –COO- e H+, mas se mantêm na forma ácida. O mesmo
raciocínio se aplica aos grupos amino, que se mantêm na sua forma básica (-NH2).
Os resultados do estudo da tensão superficial dos aminoácidos individuais mostraram
que a alanina praticamente não muda a tensão da água, enquanto a fenilalanina e a cisteína
apresentaram certa atividade superficial, sendo maior no caso da última. Entretanto. é
importante salientar que os três aminoácidos apresentaram uma tensão mínima acima de 58
mN m-1, na faixa de concentrações estudadas (0,05 mmol L-1 - 0,02 mol L-1). Portanto, esperase que essas contribuições individuais não interfiram na avaliação da interação com o
surfactante, o qual é muito mais ativo superficialmente.
Por outro lado, as curvas de tensão superficial do surfactante não iônico em presença das
soluções de aminoácidos mostraram que existe uma interação significativa com os três
compostos, observando-se um deslocamento dos valores da CMC do surfactante. Esses
resultados podem ser entendidos considerando as estruturas e características físico-químicas
dos aminoácidos, em particular com relação aos parâmetros de solubilidade (S) e
hidrofobicidade (logP). A solubilidade máxima segue a ordem Fen (S = 0,16 mol L-1) < Ala (S
= 1,84 mol L-1) < Cisteína (S = 2,29 mol L-1). A análise quanto a afinidade com a fase
orgânica é similar, fazendo uso do logP, onde P é o coeficiente de partição: quanto maior o
valor de logP, maior é a quantidade de soluto na fase orgânica. Assim, a Fenilalanina é a mais
hidrofóbica (logP = -1,38), depois Alanina (logP = 2,85) e Cisteína (logP = 2,49).
Conclusões
Os aminoácidos Fenilalanina, Alanina e Cisteína, os quais formam parte da estrutura
molecular das proteínas globulares comumente usadas em formulações farmacêuticas e
cosméticas, apresentaram uma interação significativa com o surfactante não iônico
Tween®20. Apesar dos aminoácidos exibirem atividade na interface água/ar, a mesma não
interfere na determinação da interação com o surfactante. Os resultados deste estudo indicam
que o efeito de excipiente deste tipo de surfactante em formulações pode ser atribuído às
interações moleculares com os aminoácidos de caráter anfifílico que compõe as proteínas.
Referências
1. BUTLER, H. (Ed.), Poucher's Perfumes, Cosmetics and Soaps, 10th ed., Kluwer
Academic Publishers, Dordrecht, 2000.
2. CARPENTER, J.F., MANNING, M. (Eds.), Rational design of stable protein
formulations, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2002.
3. OTZEN, D. Protein–surfactant interactions: A tale of many states, Biochim. Biophys. Acta,
1814, 562–591, 2011.