As moléculas Prodan (6-propionil-2-dimetilamino-naftaleno) e Laurdan (6- dodecanoil-2-dimetilamina-naftaleno) são muito usadas como sondas fluorescentes em bicamadas lipídicas e, mais raramente, em membranas celulares. Esta tese de doutorado teve por objetivo realizar um estudo dessas sondas em diferentes ambientes, para ampliar o entendimento de suas estruturas e características espectroscópicas em diferentes solventes e em bicamadas lipídicas. Este estudo foi feito utilizando duas abordagens, uma experimental e outra teórica. Com resultados teóricos e experimentais, mostramos que o cromóforo é o mesmo para as duas moléculas. Experimentalmente, foram medidos e comparados os espectros de absorção eletrônica em solventes de diferentes polaridades e em bicamadas lipídicas. Foi construído um modelo teórico para o estado fundamental do Prodan em diferentes solventes, onde verificamos que a geometria molecular é planar e a molécula sofre uma grande polarização em solventes de maior polaridade. Teoricamente, reproduzimos os espectros de absorção em todos os solventes, mostrando que eles são compostos por três transições eletrônicas. Verificamos, experimental e teoricamente, que o Prodan forma agregados quando colocado em solução aquosa, em todas as concentrações estudadas (0.9 a 20.0 uM). Adicionalmente, foram medidos e comparados os espectros de emissão fluorescente, e mostramos que eles apresentam duas bandas de emissão em todos os solventes estudados e em bicamada lipídicas. Essas bandas estão relacionadas com dois tempos de vida, evidenciando a presença de dois estados excitados para essas sondas. Porém, a natureza dos estados excitados em solventes homogêneos e em bicamadas lipídicas parece ser diferente. Uma metodologia de análise dos espectros de emissão fluorescente foi proposta. A comparação dos espectros de emissão do Prodan e do Laurdan em bicamadas lipídicas mostrou que as sondas monitoram micro-ambientes ligeiramente diferentes. Nossos resultados indicam que os dois fluoróforos posicionam-se próximos à superfície da bicamada lipídica, porém o Prodan parece estar mais exposto à água. Além disso, o Prodan apresenta uma pequena partição em água, quando a bicamada está na fase gel. / Prodan (6-propionyl-2-dimethylamino-naphthalene) and Laurdan (6-dodecanoyl-2- dimethylamino-naphthalene) molecules are frequently used as fluorescent probes in lipid bilayers and, more rarely, in cell membranes. The objective of this PhD thesis was to study these probes in several environments, to increase the understanding about its structures and spectroscopic characteristics in several solvents and lipid bilayers. This study was carried out using two approaches: experimental and theoretical. With experimental and theoretical results, we demonstrated that the two molecules have the same chromophore. Experimentally, electronic absorption spectra were measured and compared in solvents of several polarities and lipid bilayers, for both molecules. A theoretical model was constructed for Prodans fundamental state in several solvents, in which we found that its molecular geometry is planar and that the molecule undergoes a great deal of polarization in solvents of higher polarity. Theoretically, we emulated the absorption spectra in all solvents studied, showing that they are well described by three electronic transitions. We verified, experimental and theoretically, that Prodan aggregates in aqueous solution at all concentration ranges (0.9 a 20.0 uM). Additionally, the fluorescent emission spectra were measured and compared, and we demonstrated that they are composed by two emission bands in all solvents and lipid bilayers. These bands were related to two fluorescent lifetimes, evidencing the presence of two excitation states for these probes. However, the nature of the excited states in homogeneous solvents and in lipid bilayers seems to be different. A methodology to analyze the emission spectra was proposed. The comparison of Prodans and Laurdans emission spectra in lipid bilayers showed that the probes monitor a slightly different micro-environment. Our results indicated that both fluorophores are located near the bilayers surface, although Prodan seems to be more exposed to water molecules. Besides that, Prodan partitions in water, when the bilayer is in the gel phase.

As moléculas Prodan (6-propionil-2-dimetilamino-naftaleno) e Laurdan (6- dodecanoil-2-dimetilamina-naftaleno) são muito usadas como sondas fluorescentes em bicamadas lipídicas e, mais raramente, em membranas celulares. Esta tese de doutorado teve por objetivo realizar um estudo dessas sondas em diferentes ambientes, para ampliar o entendimento de suas estruturas e características espectroscópicas em diferentes solventes e em bicamadas lipídicas. Este estudo foi feito utilizando duas abordagens, uma experimental e outra teórica. Com resultados teóricos e experimentais, mostramos que o cromóforo é o mesmo para as duas moléculas. Experimentalmente, foram medidos e comparados os espectros de absorção eletrônica em solventes de diferentes polaridades e em bicamadas lipídicas. Foi construído um modelo teórico para o estado fundamental do Prodan em diferentes solventes, onde verificamos que a geometria molecular é planar e a molécula sofre uma grande polarização em solventes de maior polaridade. Teoricamente, reproduzimos os espectros de absorção em todos os solventes, mostrando que eles são compostos por três transições eletrônicas. Verificamos, experimental e teoricamente, que o Prodan forma agregados quando colocado em solução aquosa, em todas as concentrações estudadas (0.9 a 20.0 uM). Adicionalmente, foram medidos e comparados os espectros de emissão fluorescente, e mostramos que eles apresentam duas bandas de emissão em todos os solventes estudados e em bicamada lipídicas. Essas bandas estão relacionadas com dois tempos de vida, evidenciando a presença de dois estados excitados para essas sondas. Porém, a natureza dos estados excitados em solventes homogêneos e em bicamadas lipídicas parece ser diferente. Uma metodologia de análise dos espectros de emissão fluorescente foi proposta. A comparação dos espectros de emissão do Prodan e do Laurdan em bicamadas lipídicas mostrou que as sondas monitoram micro-ambientes ligeiramente diferentes. Nossos resultados indicam que os dois fluoróforos posicionam-se próximos à superfície da bicamada lipídica, porém o Prodan parece estar mais exposto à água. Além disso, o Prodan apresenta uma pequena partição em água, quando a bicamada está na fase gel. / Prodan (6-propionyl-2-dimethylamino-naphthalene) and Laurdan (6-dodecanoyl-2- dimethylamino-naphthalene) molecules are frequently used as fluorescent probes in lipid bilayers and, more rarely, in cell membranes. The objective of this PhD thesis was to study these probes in several environments, to increase the understanding about its structures and spectroscopic characteristics in several solvents and lipid bilayers. This study was carried out using two approaches: experimental and theoretical. With experimental and theoretical results, we demonstrated that the two molecules have the same chromophore. Experimentally, electronic absorption spectra were measured and compared in solvents of several polarities and lipid bilayers, for both molecules. A theoretical model was constructed for Prodans fundamental state in several solvents, in which we found that its molecular geometry is planar and that the molecule undergoes a great deal of polarization in solvents of higher polarity. Theoretically, we emulated the absorption spectra in all solvents studied, showing that they are well described by three electronic transitions. We verified, experimental and theoretically, that Prodan aggregates in aqueous solution at all concentration ranges (0.9 a 20.0 uM). Additionally, the fluorescent emission spectra were measured and compared, and we demonstrated that they are composed by two emission bands in all solvents and lipid bilayers. These bands were related to two fluorescent lifetimes, evidencing the presence of two excitation states for these probes. However, the nature of the excited states in homogeneous solvents and in lipid bilayers seems to be different. A methodology to analyze the emission spectra was proposed. The comparison of Prodans and Laurdans emission spectra in lipid bilayers showed that the probes monitor a slightly different micro-environment. Our results indicated that both fluorophores are located near the bilayers surface, although Prodan seems to be more exposed to water molecules. Besides that, Prodan partitions in water, when the bilayer is in the gel phase.