Síntese e aplicações de aminoquinolinas como sondas fluorescentes para estudos de proteínas e micelas

Abstract

As quinolinas possuem um núcleo heterocíclico que está presente em diversas moléculas com interesse biológico e tecnológico. Quinolinas polissubstituídas podem apresentar sistema eletrônico conjugado (D-π-A), o que as torna moléculas fluorescentes e susceptíveis ao meio. Neste trabalho foram sintetizadas nitroquinolinas através de reações multicomponentes e reduzidas à aminoquinolinas fluorescentes. Estes compostos foram estudados tendo como foco suas propriedades solvatocrômicas e interação com albumina, lisozima e micelas. Estudos solvatocrômicos utilizando os modelos Lippert, Bilot-kawski, Kawski e McRae, foram realizados utilizando dezesseis solventes. O melhor resultado foi obtido utilizando a aminoquinolina com substituinte -N(CH3)2 (AQ4), onde um coeficiente de correlação de 0,8746 foi obtido para a correlação entre a somatória dos máximos de absorbância e fluorescência das aminoquinolinas e a função de polaridade de solvente φ(ε,n). A partir dessa correlação foi possível estimar a constante dielétrica no interior da proteína BSA. A interação das aminoquinolinas com a proteína BSA provocou um significativo aumento no rendimento quântico das mesmas (22,5%) quando comparado ao meio aquoso (1,04%). A interação da aminoquinolina AQ4 com a proteína BSA mostrou uma constante de associação entre 2,5.105 e 4,5.105 M-1 dependendo do método de utilizado, o que a caracteriza como um ligante semelhante a fármacos que se ligam à BSA. As alterações de fluorescência da AQ4 mostraram-se sensíveis a desnaturação, bem como a formação de agregados amiloides nas proteínas BSA e lisozima, o que possibilitou sua aplicação para monitorar estas alterações nas proteínas estudadas. Estudos de aplicação das aminoquinolinas para determinação de formação de micelas em meio aquoso mostraram que as mesmas podem ser utilizadas para a determinação da concentração micelar crítica (CMC) de diferentes surfactantes. Os valores de CMC foram similares aos apresentados na literatura utilizando diferentes metodologias analíticas. Além disso, as aminoquinolinas foram capazes de detectar a carga elétrica das micelas, onde um deslocamento batocrômico intenso foi exclusivo de micelas negativas. Em conclusão, as aminoquinolinas se mostraram como sondas fluorescentes de significativa aplicabilidade para o estudo proteínas e sistemas micelares.

Quinolines have a heterocyclic center that can be seen in several molecules of biological and technological interest. Quinolines containing several substitutions may have a conjugated electronic system (D-π-A), which makes them fluorescent and susceptible to the medium. In this work, nitroquinolines were synthesized athwart multicomponent reactions and then reduced to fluorescent aminoquinolines. These synthesized compounds were studied with focus on their solvatochromic properties and interaction with albumin, lysozyme and micelles. Solvatochromic studies were made using the models of Lippert, Bilot-kawski, Kawski and McRae, sing sixteen solvents. The best result was obtained using aminoquinoline with substituent -N(CH3)2 (AQ4), where a correlation coefficient of 0.8746 was obtained for the linear correlation between the sum of absorbances and fluorescence maximums values of aminoquinolines and the dielectric constant for each solvent φ (ε, n) used. On this correlation, it was possible to estimate the dielectric constant inside the BSA protein. Besides that, the interaction of aminoquinolines with the BSA protein caused a significant increase in AQ4’s quantum yield (22.5%) when compared to the aqueous medium (1.04%). Other result found in this study is that the interaction of the aminoquinoline AQ4 with the BSA protein exhibited a constant association between 2.5.105 and 4.5.105 M-1 depending on the method used, which is characteristic and similar values of ligands that are known to have a good bind with BSA. The fluorescence changes in AQ4 were sensitive to denaturation, as well as the formation of amyloid aggregates in BSA and lysozyme proteins, showing that AQ4 can be applied to monitor changes in the studied proteins. The studies of aminoquinolines in order to determine the formation of micelles in aqueous media have shown that these synthesized molecules can be used to determine the critical micellar concentration (CMC) of different surfactants. The CMC values found with this new method were similar to those presented in the literature using different analytical methodologies. In addition, aminoquinolines were useful to detect the electrical charge of the micelles, once an intense bathochromic displacement was exclusive to negative micelles. In conclusion, aminoquinolines synthesized here can be use as fluorescent probes for the study of proteins and micellar systems.