43 QUÍMICA 131 - OUT -DEZ 13 A RTIGOS A complexação entre biomoléculas é um tópico importante em vários campos, desde a Bioquímica, às indústrias farmacêutica, alimentar e de cosméticos. A capacidade de descrever e controlar os mecanismos responsáveis por esses processos, em termos de uma descrição molecular, é um desaio para muitas aplicações práticas. Através da modelação molecular e simulações Monte Carlo, descrevemos aqui um mecanismo peculiar: a regulação de cargas em função do equilíbrio ácido-base. Tal fenómeno é responsável por forças mesoscópicas atractivas em sistemas (bio)coloidais, capazes de explicar a complexação de macropartículas com carga do mesmo sinal. Tal é aqui demonstrado através dos complexos lactoferrina-pectina e pectinametilesterase de cenoura-pectina, os quais ilustram este mecanismo geral que pode ser observado em vários outros sistemas coloidais. PECULIARIDADES NOS MECANISMOS MOLECULARES DE PROTEÍNAS EM SOLUÇÃO AQUOSA: EXEMPLO DA IMPORTÂNCIA DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE PARA APLICAÇÕES EM BIOTECNOLOGIA 1. INTRODUÇÃO O comportamento de proteínas e de misturas de biopolí- meros em solução é de considerável importância, tanto nas Ciências da Vida (praticamente todas as funções biológi- cas dependem da interacção entre proteínas), como em tec- nologia (por exemplo em formulações farmacêuticas, em tecnologia dos alimentos, na imobilização de enzimas, na separação de proteínas e na tecnologia de (bio)processos em geral) [1-5]. Ao mesmo tempo, este tema oferece uma riqueza de informações e de desaios para o desenvolvi- mento das ciências exactas, revelando, por exemplo, pecu- liaridades das interacções físicas fundamentais [6-8]. Um caso particular de equilíbrio químico é o que envolve a protonação de grupos ionizáveis, o que leva ao apareci- mento (e variação) da carga eléctrica de macromoléculas em solução aquosa. Como apresentaremos neste trabalho, a lutuação das cargas dos aminoácidos (aa) em função do equilíbrio ácido-base dos grupos ionizáveis resulta num mecanismo molecular bastante sui generis capaz de expli- car a atracção de proteínas com cargas eléctricas do mesmo sinal, contrariando o senso comum. Discutiremos aqui as interacções fundamentais envolvendo complexos de pro- teínas nestas situações, as quais, recentemente, começaram a ser teoreticamente desvendadas [6-8]. Tomaremos para estudo sistemas que incluem vastas classes de misturas re- levantes: os complexos proteína-polissacarídeo. Estes en- contram aplicações numa grande diversidade de problemas que extrapolam o contexto biológico, tais como as aplica- ções em nanoescala, por exemplo, na engenharia de veícu- los de transporte através do encapsulamento de ingredien- tes activos (farmacêuticos, alimentares, etc.), na protecção de proteínas adsorvidas, como estabilizantes na tecnologia de alimentos (gelados, bebidas lácteas de frutas, etc.), em (bio)separações, e muitos outros campos (incluindo as condições ideais para a cristalização de proteínas) [1-9]. Fernando Luís Barroso da Silva Departamento de Química Teórica Centro de Química – Universidade de Lund (Suécia) e Departamento de Física e Química Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto – São Paulo (Brasil) lbarroso@gmail.com Controlar sistemas e processos como estes, de maneira completa, requer a quantiicação das interacções físicas fundamentais e o entendimento dos parâmetros físico- -químicos envolvidos. A força física mais importante, a nível molecular, responsável pela complexação, é de ori- gem electrostática, como indicada pela forte dependência da força iónica e do pH. Apesar da quantidade considerável de trabalhos experimentais, tanto aplicados, como em sis- temas modelo, ainda existe relativamente pouco trabalho teórico e de modelação, principalmente que utilizem mo- delos que apresentem custos computacionais acessíveis e que, ao mesmo tempo, sejam suicientemente detalhados para poderem contribuir para o entendimento físico-quími- co e para o planeamento de sistemas de uso prático e tecno- lógico. Assim, tem-se aqui uma oportunidade de combinar ciência básica e aplicada, valendo-se de conceitos típicos dos livros básicos de Química. Exploraremos aqui sistemas envolvendo a lactoferri- na (LF) bovina [10] e a pectinametilesterase de cenoura (PME) [11]. As proteínas do leite (caseínas, albuminas, LF, β-lactoglobulina, etc.) [10] são sistemas que apresen- tam uma riqueza de propriedades físico-químicas (muitas destas proteínas são óptimos “protótipos” de biomoléculas envolvidas no metabolismo, em mecanismos de activação de enzimas, como modelos para o enovelamento proteico e para outros estudos bioquímicos), em conjunto com uma importância prática e directa (por exemplo, na estabiliza- ção de iogurtes de frutas e do seu alto valor biológico (as proteínas do leite possuem peptídeos bioactivos que actu- am como agentes anti-hipertensivos, anti-inlamatórios, anti-cancerígenos, antimicrobianos, reguladores da respos- ta imune, entre outros), para a qual há um grande volu- me de dados experimentais a necessitarem de uma melhor interpretação sob o ponto de vista físico. Já a PME é uma enzima que catalisa a pectina e apresenta características in- teressantes para uma comparação com a LF.