Estudo teórico do efeito solvente em sondas fluorescentes

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  • Presentation type: Apresentação de Pôster / Poster Communications
  • Track: Líquids and Solvent Effects
  • Keywords: Modelagem Molecular; efeito solvente; QM/MM; Espectroscopia;
  • 1 Universidade de São Paulo

Estudo teórico do efeito solvente em sondas fluorescentes

Felipe Willemann

Universidade de São Paulo

Abstract

O Laurdan é uma sonda fluorescente amplamente usada no estudo de sistemas biológicos. Estudamos essa molécula e os efeitos de solvente utilizando cálculos de mecânica quântica (QM) e simulações de mecânica molecular (MM). Os solventes considerados foram o ciclohexano e o metanol. Foram usados conjuntos de cargas não polarizadas e polarizadas da sonda nas simulações. Com configurações extraídas das trajetórias, calculamos as três primeiras excitações eletrônicas do Laurdan. Os espectros de absorção foram construídos e os valores dos números de onda dos picos foram comparados com resultados experimentais.

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Felipe Willemann

Muito obrigado, Erica! As nossas perspectivas para esse trabalho são: continuar o processo de polarização da sonda (utilizando o método sequencial S-QM/MM já desenvolvido no nosso grupo de pesquisa [1][2][3]) para investigar mais a fundo o efeito de solvatocromismo e obter o conjunto de cargas que usaremos nas simulações em bicamadas lipídicas, uma vez que queremos estudar o Laurdan nesses sistemas heterogêneos. A nossa hipótese é que a cadeia carbônica da molécula irá ficar para fora da camada devido à diferênça de polaridade.

Em relação ao uso de outros campos de força, nós vamos continuar com o GAFF para o Laurdan.

 

[1] K. Coutinho, S. Canuto; Adv. Quantum Chem., 28, 89 (1997).

[2] K. Coutinho and S. Canuto, J. Chem. Phys., 113, 9132 (2000).

[3] S. Canuto, K. Coutinho, M. C. Zerner, J. Chem. Phys., 112, 7293 (2000).

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Felipe Willemann

Bom dia, Ricardo! Então, eu não consegui encaixar na apresentação essa infromação, porém nós de fato testamos os funcionais CAM-B3LYP e wB97-XD (mas não o PBE0) junto com o B3LYP, BHandHLYP, M062x e LC-wPBE através de um benchmark com cálculos TD. Comparando com resultados teóricos já obtidos no nosso grupo [1], verificamos que o B3LYP e o M062x foram os mais adequados, por isso escolhemos eles para o restante do trabalho.

[1] J. Chem. Phys. 153, 244104 (2020).

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Felipe Willemann

Muito obrigado, Lucas! Sim, a mudança de cargas altera a forma como o soluto se organiza no solvente e as suas interações. No nosso caso, com simulações flexíveis de uma molécula desse tamanho, é difícil olhar para somente uma ou outra geometria, então em nossa análise (ainda em andamento) nós usamos a evolução temporal de alguns parâmetros como: distância "end-to-end", raio de giro e parâmetro de ordem de deutério do Laurdan. Dessa forma, observamos que existe uma tendência da sonda ficar mais "compacta" após a polarização, porém isso não alterou muito a função de distribuição radial (fora o caso da solvatação em metanol, na qual a primeira camada de solvatação ganhou uma molécua de solvente). Já na RDF do átomo de Nitrogênio do soluto especificamente, a primeira camada de solvatação simplesmente sumiu após a polarização e nós ainda estamos estudando esse efeito. É importante destacar que o processo de polarização não está completo aqui, uma vez que nós fizemos somente 1 cálculo CHelpG para cada solvatação, então as RDFs ainda podem mudar significativamente. Apesar disso, a consequência mais expressiva da polarização até agora foi, de fato, a diferença no solvatocromismo do espectro de absorção, que também reflete como a mudança das cargas influenciou na estrutura do soluto e nas suas interações com o solvente.

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Felipe Willemann

Muito obrigado! Fico muito feliz que tenha gostado!