| Summary: | A interação de várias substancias bioativas com monocamadas de fosfolipídios foi investigada usando isotermas de pressão e potencial de superfície, incluindo as drogas farmacológicas dipiridamol (DIP), clopromazina (CPZ) e trifluoperazina (TFP), além da melatonina (MEL) e o colesterol (COL). Os fosfolipídios empregados foram o zwiteriônico dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC) e o aniônico dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) espalhados na superfície de água ultrapura, sendo que as monocamadas servem como modelo simples de membranas. A cooperatividade na interação entre fosfolipídios e moléculas com atividade biológica foi essencial para entender os acentuados efeitos na expansão (ou condensação) das monocamadas e as mudanças no momento de dipolo (até 10% de aumento na expansão em relação à monocamada do fosfolipídio puro para as misturas DIP/DPPC) que ocorreram a concentrações molares muito baixas entre 0,2-0,4% do DIP. Tais efeitos foram observados para todas as cinco substâncias investigadas, em todos os regimes de pressão. Nas altas concentrações, o comportamento da interação depende do tipo de mólecula e também de se a monocamada é de DPPC ou DPPG. Para o DPPC, as drogas farmacológicas foram expelidas da interface em vários graus a altas pressões, e existia um máximo de concentração da droga acima do qual ocorria a saturação, provavelmente porque as moléculas em excesso foram para a subfase. Essas concentrações críticas foram de 2% em mol para o DIP e a CPZ e de 5% em mol para a TFP. Para o DIP, em particular, os resultados das isotermas foram correlacionados com experimentos de espectroscopia de FTIR e microscopia de fluorescência \"in situ\", realizados por colaboradores, os quais permitiram a determinação de uma localização precisa da droga estudada. Não existe inserção do DIP na região da cauda hidrofóbica da monocamada do DPPC, com a interação ocorrendo com o grupo fosfato no zwiteríon, cujas pequenas mudanças na orientação induzidas pelo DIP levam a grandes mudanças no momento de dipolo. Como o DPPG está carregado negativamente sobre a superfície da água pura, não existe saturação nos efeitos de expansão com o aumento da concentração das drogas. O aumento do momento de dipolo efetivo na monocamada mista é atribuído a alterações na densidade de carga superficial pela adsorção da droga catiônica, que reduz a contribuição negativa do potencial da dupla camada, quando comparado com o da monocamada de DPPG puro. Os resultados do COL e a MEL devem ser considerados separadamente devido a sua natureza distinta, embora um comportamento cooperativo também tenha observado com grandes efeitos nas baixas concentrações. Tanto o COL como o MEL induzem mudanças na expansão das monocamadas de DPPC até a máxima concentração empregada, 20% molar. Para o COL foi observado um efeito de condensação a baixas concentrações, o qual foi seguido por uma expansão a altas concentrações, confirmando assim resultados prévios da literatura. Todas as monocamadas mistas COL/DPPG apresentavam-se expandidas, também confirmando alguns resultados da literatura para lipídios (diferentes do DPPC) quando misturados com o COL. A interação da MEL com o DPPC foi essencialmente similar à do COL, apesar do fato de a MEL pura não formar monocamadas estáveis. Sua interação com o DPPG foi peculiar já que o efeito que esta induz satura a 5% em mol. Isto também difere do comportamento das drogas farmacológicas. A MEL é neutra em todos os pHs, portanto, sua intenção com as membranas modelo de DPPG e DPPC só pode ocorrer via dipolo. O mesmo se aplica ao colesterol, o que justifica as diferenças no comportameto destas duas moléculas quando comparadas com as drogas (DIP, CPZ, TFP), que são carregadas sobre a água pura, nas misturas com os dois fosfolipídios (DPPG e DPPC).
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The interaction of various bioactive substances with phospholipids monolayers has been investigated using surface pressure and surface potential isotherms, which include the pharmaceutical drugs dipyridamole (DIP), chlorpromazine (CPZ) and trifluoperazine (TFP), in addition to melatonin (MEL) and cholesterol (COL). The phospholipids employed were the zwitterionic dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) and the anionic dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) spread onto ultra pure water surfaces, where the monolayers served as simple model membrane systems. Cooperativity in the interaction between phospholipid and bioactive molecules was essential to account for the large effects of expansion (up to 10% increase in area in relation to the pure phospholipid monolayer for the DIP/DPPC mixture) of the monolayers and changes in dipole moment, which occurred at very low concentrations, e.g. 0.2 - 0.4 mol% of the substance. Such large effects were observed for all 5 substances investigated, at all surface pressure regimes. At higher concentrations, the interaction behavior depended on the type of molecule and also on whether the host monolayer was DPPC or DPPG. For DPPC, the pharmaceutical drugs were expelled at varying degrees from the interface at high surface pressures, and there was a maximum drug concentration above which the effects saturated, probably because the molecules in excess were lost to the subphase. These critical concentrations were 2mol% for DIP and CPZ and 5mol% for TFP. For DIP, in particular, the results from isotherm were correlated with in situ FTIR spectroscopy and fluorescent microscopy experiments, carried out by collaborators, which allowed the precise location of the drug to be determined. There is no insertion of DIP into the hydrophobic tail region of the DPPC monolayer, with interaction taking place with the phosphate group in the zwitterion, whose small changes in orientation induced by DIP lead to the large changes in dipole moment. Because DPPG is negatively charged on a pure water surface monolayer, there is no saturation of the expansion effects with the increase in drug concentration. The increase in the effective dipole moment of the mixed monolayers are attributed to alterations in the surface charge density by adsorption of the cationic drugs, which then reduces the negative contribution of the double-layer potential as compared to the pure DPPG monolayer. The results for COL and MEL must be considered separately owing to their distinct nature, even though a cooperative behavior was also observed with large effects at low concentrations. Both COL and MEL induce changes in the DPPC monolayers up to the highest concentration employed, viz. 20mol%. For COL, a condensation effect was observed at low concentrations, which was followed by monolayer expansion at high concentrations, thus confirming previous results in the literature. All COL/DPPG monolayers were more expanded than pure DPPG, also confirming previous results from the literature. While the interaction of MEL with DPPC was essentially similar to that of COL, in spite of the fact that MEL does not form stable monolayers on its own, its interaction with DPPG was somewhat peculiar in that the effects it induced saturate at 5mol%. This also differs from the behavior of the pharmaceutical drugs. MEL is neutral over a wide range of pHs, and therefore its interaction with DPPC and DPPG monolayers must occur via dipole interaction. The same applies to COL, and this explains why the behavior of these two substances is different from the drugs (DIP, CPZ and TFP) that are charged on the water surface, in the interaction with DPPC and DPPG.
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