Neste trabalho foram analisadas sob o ponto de vista físico-químico, as interações entre DNA e lipossomos catiônicos de brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB). Foram utilizados os seguintes modelos: 1) 2\'-desoxiadenosina 5\'-monofosfato (DMP), um modelo de unidade monomérica do polímero que é o DNA; 2) DNAs de bacteriófagos T2, T4, T5, T7 e λ; 3) vesículas pequenas de DODAB preparadas por sonicação; 4) vesículas grandes de DODAB preparadas por aquecimento (56 ºC/30 minutos) ou vaporização clorofórmica. A interação entre 2\'-desoxiadenosina 5\'-monofosfato (DMP) e lipossomos de DODAB resultou em adsorção máxima de DMP ao lipossomo catiônico com uma proporção molar DODAB : DMP de 2:1 e mobilidade eletroforética (ME) mínima mas positiva dos lipossomos. Em força iônica de 5 mM, a adsorção máxima de DMP sobre os lipossomos aproxima-se de zero, mostrando que a formação do complexo DODAB/DMP é essencialmente dirigida pela atração eletrostática. A adição de nucleotídeo na faixa de milimolar (0,4 - 1,5 mM) induz a um aumento de turbidez da dispersão de lipossomos (DODAB 0,08 mM) em função do tempo. Ocorrem velocidades de floculação muito maiores que as obtidas por adição de NaCl (40 120 mM). O nucleotídeo comporta-se como um ânion hidrofóbico com uma afinidade pela membrana muito maior que a exibida por um ânion simples como o cloreto. DMP induz ruptura dos lipossomos contendo [14C]sacarose, sugerindo que a interação DMP/bicamada não é superficial. Embora a interação preserve a carga positiva do liposomo, a integridade lipossomal não é preservada. Na adsorção máxima, a inserção de DMP na bicamada é a explicação mais razoável para manutenção da carga positiva da vesícula, proporção molar DODAB : DMP de 2:1 e extravasamento de conteúdo interno lipossomal. A interação DODAB/DNA também é dirigida por atração eletrostática entre o DNA e a bicamada catiônica. Marcadores incorporados ao DNA ou a sítios da bicamada são deslocados para a água devido à interação. Sob condições de excesso de DODAB, na situação de adsorção máxima de DODAB sobre DNA, existem cerca de 70 moléculas de DODAB por nucleotídeo de DNA e esta proporção não depende do tipo de DNA. A interação DODAB/DNA leva à formação de glóbulos visíveis por microscopia óptica de campo escuro e ocorrência de uma dependência linear entre turbidez e 1/λ2, onde λ é o comprimento de onda da luz incidente. Na condição de adsorção máxima de DODAB, a formação de complexos globulares DODAB/DNA causa perda de hipocromismo da dupla fita de DNA conforme detectado por efeitos de temperatura sobre absorbância em 260 nm de misturas DNA/DODAB. Em suma, a interação de DODAB/DNA não é superficial: o lipossomo perde sua integridade e o DNA perde sua estrutura em dupla hélice, tornando-se fita simples. A atração hidrofóbica entre bases nitrogenadas de DNA e cadeias hidrocarbônicas dos lipídios catiônicos tem papel importante na determinação da estrutura do complexo. / In this work, interactions between DNA and cationic liposomes made up of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) are evaluated from a physicochemical point of view. The following models were used: 1) 2\'-deoxyadenosine 5\'-monophosphate (DMP), a model of monomeric unity of polymer, the DNA; 2) DNAs of T2, T4, T5, T7 and λ bacteriophages; 3) small vesicles of DODAB prepared by sonication; 4) large vesicles of DODAB prepared by heating (56 ºC/30 minutes) or by chloroform vaporization. The interaction between 2\'deoxyadenosine 5\'-monophosphate (DMP) and cationic liposomes made up of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) in water is described. At maximal adsorption, the molar ratio DODAB/DMP is 2:1 and electrophoretic mobility for the liposomes attains a minimum at a positive value. At 5 mM ionic strength, maximal DMP adsorption on the liposome becomes close to zero, demonstrating that the electrostatic attraction essentially drives the DODAB/DMP complexation. Over the millimolar range of DMP concentrations (0.4-1.5 mM), upon nucleotide addition, turbidity of the liposome dispersion (0.08 mM DODAB) steeply increases as a function of time in contrast with the much smaller flocculation rates upon NaCl addition over a much higher range of NaCl concentrations (40-120 mM). The nucleotide behaves as a hydrophobic anion with an affinity for the membrane that is much higher than that exhibited by a simple anion as chloride. DMP-induced rupture of liposomes containing [14C]sacarose was evaluated from dialysis of DMP/liposomes mixtures. In water, DMP-induced leakage of radioactive liposomal contents suggests that the DMP/bilayer interaction is not superficial. Although the interaction preserves the positive liposome charge, it doesn\'t preserve its integrity. At maximal adsorption, DMP insertion in the cationic bilayer is the most reasonable explanation for the remaining positive charge on the vesicle, the 2:1 DODAB : DMP molar ratio, and leakage of internal contents from the liposome. The DODAB/DNA interaction is also driven by the electrostatic attraction between DNA and bilayer. Probes located on DNA or in the bilayer are displaced from their DNA or bilayer sites. Under conditions of DODAB excess, at maximal DODAB adsorption on DNA, there are ca. 70 DODAB molecules adsorbed per nucleotide on DNA, a molar proportion (MP) that does not depend on DNA type. The DODAB/DNA interaction led to formation of globules as visualized from dark-field optical microscopy and to occurrence of a linear dependence between turbidity for the mixture and 1/λ2, where λ is the wavelength of incident light. At maximal DODAB adsorption, the formation of DODAB/DNA globular complexes causes loss of doublestranded DNA hypochromism as detected from temperature effects on DNA absorbance at 260 nm in the presence or absence of DODAB. In summary, liposome loses its integrity and DNA loses its double helix becoming single-stranded. The hydrophobic attraction between nitrogenous bases on DNA and hydrocarbon chains on liposome bilayers plays an important role in determining structure of the complex.

Orientador: Eloi da Silva Feitosa / Banca: Pietro Ciancaglini / Banca: Rosangela Itri / Banca: João Ruggiero Neto / Banca: Vera Aparecida de Oliveira Tiera / Resumo: Estudos de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e fluorescência de estado estacionário da sonda Vermelho do Nilo indicam a formação de vesículas de DODAX (X = Cl- ou Br-) em concentrações de surfactantes tão baixas quanto 10 µM. Estas vesículas foram denominadas microvesículas (µV), cuja Tm diminui monotonicamente com a concentração de DODAX até valores de Tm das vesículas tradicionais preparadas em 1.0 mM do surfactante. O efeito do contra-íon (Br- e Cl-) no comportamento termotrópico de fase das vesículas mistas de DODAB-DODAC foi investigado por DSC, condutimetria e espalhamento dinâmico de luz (DLS). Observou-se que a Tm aumenta sigmoidalmente de 45.8 a 48.9 oC com a fração molar de DODAC (xDODAC), com um ponto de inflexão no ponto eqüimolar. A condutividade e o diâmetro hidrodinâmico das vesículas variam muito pouco com xDODAB, indicando que a densidade superficial de carga das vesículas de DODAX é semelhante entre si, e o efeito do contra íon na Tm de DODAX se deve a interações específicas desses contra-íons na interface das vesículas. Medidas de DSC, fluorescência e turbidez de misturas de DODAB-DDAB indicam que as vesículas de DODAB têm maior afinidade por DDAB do que o oposto, resultando na formação de duas populações de vesículas mistas de DDAB-DODAB, com propriedades distintas. Além disso, medidas de fluorescência mostraram que a presença de pequena quantia de DODAB incorporado nas vesículas de DDAB causa um efeito significante na emissão da sonda devido ao aumento do tamanho das vesículas, sugerido por medidas de turbidez. O estudo dos sistemas DODAB/CnTAB/água na concentração total de surfactante igual a 1,0 e 5,0 mM, variando a concentração de CnTAB, e também mantendo a concentração de DODAB fixa em 1,0 mM, revelou uma forte dependência do comprimento da cadeia de hidrocarbonetos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Differential scanning calorimetry (DSC) and fluorescence of the probe Nile Red studies reveal the formation of DODAX vesicles (X = Br- and Cl-) at surfactant concentrations as low as 10 µM. These vesicles were referred to as microvesicles (mV), whose Tm decreases monotonically with increasing DODAX concentration to the value for the ordinary vesicles at 1 mM. The effect of counterion (Br- and Cl-) on the thermotropic phase behavior of mixed DODAB-DODAC vesicles were investigated by differential scanning calorimetry (DSC), conductimetry and dynamic light scattering (DLS). Tm increases sigmoidally from 45.8 to 48.9 oC with DODAC molar fraction (xDODAC), with an inflection point at the equimolarity. The conductivity and the apparent hydrodynamic diameter vary little with xDODAB, indicating that the surface charge density is similar for DODAX, evidencing that the effect of counterion on Tm is due to the counterion specific interactions. DSC, fluorescence and turbidity measurements indicate a higher affinity of DDAB for DODAB vesicles than the reverse, resulting in two populations of mixed DDAB-DODAB vesicles with different properties. Besides, fluorescence measurements show that the presence of a small amount of DODAB in DDAB vesicles causes a pronounced effect on the Nile Red emission, due to the increase in vesicle size, as suggested from turbidity results. The study of DODAB/CnTAB/água systems at 1.0 and 5.0 total surfactant concentration, and varying CnTAB concentrations with constant 1.0 mM DODAB revealed a strong dependence of the chain length n and relative concentration of the surfactante in the properties of mixed DODAB-CnTAB vesicles. This study allowed analyzing the thermotropic phase behavior containing different amount of DODAB, and the mechanism of vesicle-micelle transition with increasing CnTAB concentration, below and above CMC... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor