MÉTODOS DE SEPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE MACROMOLÉCULAS

[pic 1]

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

FACULDADE DE BIOTECNOLOGIA

FISICO-QUÍMICA

DOCENTE: LUIZ GUILHERME

DISCENTE: ADRIELLE MACEDO

Belém/2017

MÉTODOS DE SEPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE MACROMOLÉCULAS

Difusão

• Discrição da difusão:

Está associada ao movimento browniano aleatório das moléculas em determinada solução. De um ponto de vista termodinâmico, a entropia do sistema deve aumentar ou a energia livre diminuir, acompanhado por uma certa distribuição da concentração de soluto. A realização desta distribuição é a difusão de soluto, e o transporte líquido de matéria por difusão ocorrerá sempre que houver um gradiente de concentração. Em seguida, quando este gradiente é abolido, e a concentração está completamente uniforme, não haverá nenhum fluxo líquido adicional de matéria. Para uma difusão unidimensional, a relação entre fluxo de difusão e gradiente de concentração é expresso pela primeira lei de Fick:

[pic 2]

Onde D é o coeficiente de difusão da substância.  Para entender mais profundamente qualquer processo descrito, esta equação não será suficiente. Precisa-se de uma equação que descreva a concentração como uma função de espaços simultâneos, entre posição e tempo, seguindo algumas distribuições de concentração iniciais com t=0. Isso sugere que temos que procurar a solução para alguma equação diferencial, dadas as condições e limites iniciais. Utilizando os princípios da conservação de massa. Considerando uma fina placa de espessura [pic 3] e a seção transversal A perpendicular à direção do fluxo. Com a massa em fluxo interno durante um tempo ([pic 4]), temos que, [pic 5], enquanto que para a massa em fluxo externo, temos que, [pic 6] então a variação de massa ([pic 7]) é:

[pic 8]

• Coeficiente de Difusão e Coeficiente de Fricção

Para a definição do coeficiente de difusão, utiliza-se:

[pic 9]

Onde N é a constante de Avogrado e n a densidade do soluto. Já para a definição do coeficiente de fricção, utiliza-se

• Difusão com Células

Uma das questões de maior interesse para biólogos é como a difusão acontece dentro do citoplasma ou núcleo de uma célula. Tal informação é vital para entender o metabolismo e os processos reguladores, por exemplo, saber quão rápido os “segundos mensageiros” podem viajar da membrana de uma célula ao DNA no núcleo. Isso é possível atualmente, para fazer

tais quantificações por várias técnicas, sendo a photobleaching ou fotobranqueamento, uma das mais aceitas e respeitadas na contemporaneidade.

Sedimentação

Imagine uma molécula de soluto em uma solução que é mantida em um sistema mecânico giratório, ou rotor. Deixando de lado o momento e as perturbações aleatórias que a molécula recebe das proximidades e a conta para esta difusão, podemos dizer que existem três forças agindo sobre esta molécula. Se o rotor gira com uma velocidade angular [pic 10] (radianos por segundo), a molécula sofrerá uma força centrífuga proporcional ao produto da sua massa(m) com a distância (r) do o centro de rotação, [pic 11], onde [pic 12] é chamado de coeficiente de sedimentação, que é proporcional ao peso molecular multiplicado pelo fator de flutuabilidade. Em seguida, como resultado dessas forças, a molécula adquire velocidade v através da solução, onde haverá uma resistência denominada força de fricção que é dada por:

[pic 13]

Onde [pic 14]é o coeficiente de fricção. Nessas circunstâncias, a molécula inicialmente em repouso começará a se movimentar com velocidade suficiente para fazer a força total agir desde o zero.

[pic 15]

Após várias mudanças na fórmula, como por exemplo a adição da constante de Avogrado para deixar a equação em bases molares e o reorganizando-a, colocando parâmetros moleculares de um lado da equação e as medidas experimentais para o outro, temos:

[pic 16]

• O limite de movimento na sedimentação será definido por três subconjuntos:

1. Determinação do Coeficiente de Sedimentação;
2. Interpretação do Coeficiente de Sedimentação;
3. Cálculo do M de s e D;
4. Análise das Misturas no Limite de Movimento na Sedimentação.

 

Para I, temos que:

[pic 17]

Para II, sabe-se que o coeficiente de sedimentação, em geral, aumenta quando o peso molecular aumenta. Ademais, a relação não é tão linear ou padronizada, pois s também depende de f, que por sua vez depende do tamanho, formato e hidratação da macromolécula. Porém, se o peso da macromolécula for conhecido, o coeficiente de sedimentação pode ser usado para obter informações semiquantitativas sobre seu tamanho e formato. Como primeira aproximação, deve-se primeiro calcular o coeficiente de fricção, f, além de várias outras formas de interpretação de coeficientes de sedimentação existentes.

Para III, sabe-se que, demos ênfase em dizer que o coeficiente de sedimentação, por si só, não pode produzir um valor inequívoco para o peso molecular, isto ocorre pela presença do coeficiente de fricção que depende de maneiras complicadas em tamanho, formato e hidratação.  Mesmo assim, é possível eliminar o f   fazendo medições com o coeficiente de difusão. Em outras palavras, fazendo uma correlação entre os coeficientes, temos:

[pic 18]

Para IV, até aqui, lidamos apenas com um componente macromolecular isolado. Outrossim, na presença de múltiplos componentes, também é possível determinar todos os coeficientes de sedimentação e a quantidade de cada, fazendo com que seus limites possam ser resolvidos. O inimigo da resolução é a difusão, que burla limites e o faz ultrapassar fronteiras.