Estabilidad de albúmina sérica bovina en solución acuosa en presencia de sales de tetraalquilamonio

Abstract

Se ha determinado que la estabilidad y, por tanto, la funcionalidad de las proteínas en solución depende de delicados equilibrios, los cuales son fácilmente perturbables por cambios en el entorno proteico. Dicha estabilidad reducida limita su posible uso en diversas aplicaciones, por ejemplo, en la industria farmacéutica y de alimentos. Los estudios termodinámicos son una herramienta fundamental para caracterizar tanto al proceso de plegamiento como a los cambios generados por factores externos cuantificables. Dentro de este contexto, se analiza en este trabajo una de las proteínas más usadas y conocidas en el ámbito general de la bioquímica, la albúmina sérica bovina (BSA). Se analiza el efecto que tiene sobre el sistema la adición de sales de tetraalquilamonio, teniendo en cuenta y aprovechando que se puede elegir aumentar el tamaño de su región alifática para realizar un estudio sistemático. Inicialmente se evaluó la estabilidad térmica de la BSA en solución acuosa usando la calorimetría diferencial de barrido y evaluando el efecto de la adición de: bromuro de tetrametilamonio (Me4NBr), bromuro de hexiltrimetilamonio (Met3HexNBr), bromuro de octiltrimetilamonio (Met3OctNBr), bromuro de deciltrimetilamonio (Met3DecNBr) y bromuro de dodeciltrimetilamonio (Met3DodecNBr), determinando que el Me4NBr actúa como un estabilizador, mientras que las demás sales generan un efecto desestabilizante sobre la proteína, el cual crece con el aumento de la región alifática y la concentración de las sales. Ahora bien, utilizando medidas de tensión superficial se determinaron los regímenes cinéticos del proceso de adsorción de la BSA en la interfase líquido-aire, encontrando que se puede modelar el proceso a través de tres etapas consecutivas de difusión, penetración y reordenamiento. Estas dos últimas se caracterizaron usando constantes cinéticas asociadas al proceso y encontrando que la etapa determinante del proceso corresponde a la de penetración y adsorción en la interfase, caracterizada con la constate cinética k1. Al evaluar el efecto de la adición de las sales se encuentra también que las moléculas con colas hidrofóbicas más largas ejercen un mayor aumento de la constante k1, debido a la adsorción competitiva entre la proteína y los tensoactivos sobre la interfase. Finalmente, a partir de determinaciones densitométricas se calcularon los parámetros de interacción preferencial, los cuales permiten decir que el Me4NBr es excluido de la vecindad de la superficie proteica debido a una hidratación preferencial, que aumenta la estabilidad de la estructura nativa de la BSA y que concuerda con la tendencia obtenida por las medidas con DSC. Por su parte el Met3OctNBr, Met3DecNBr y Met3DodecNBr muestran una interacción preferencial con la proteína que genera un efecto desestabilizante, siendo más pronunciado este efecto a medida que se aumenta la cadena alifática de la sal, siendo el Met3DodecNBr la sal de tetraalquilamonio más desestabilizante. (Texto tomado de la fuente)

It has been determined that the stability and, therefore, the functionality of proteins in solution depends on delicate equilibrium, which are easily modified by changes in their environment. The reduced stability limits their possible use in various applications, for example, in the pharmaceutical and food industry. Thermodynamic studies are a fundamental tool to characterize the folding process and its changes due to external quantifiable factors. Within this context, one of the most used and well-known proteins in the general field of biochemistry, bovine serum albumin (BSA), is analyzed in this study. The addition of tetraalkylammonium salts were analyzed considering, and taking advantage of the fact that it is possible to choose to increase the size of their aliphatic region in order to perform a systematic study. Initially, the thermal stability of BSA in aqueous solution was evaluated using differential scanning calorimetry and assessing the effect of the addition of: tetramethylammonium bromide (Me4NBr), hexyltrimethylammonium bromide (Met3HexNBr), octyltrimethylammonium bromide (Met3OctNBr), decyltrimethylammonium bromide (Met3DecNBr) and dodecyltrimethylammonium bromide (Met3DodecNBr), determining that Me4NBr acts as a stabilizer, while the other salts generate a destabilizing effect on the protein, which grows with the increase of the aliphatic region and the concentration of the salts. Now, using surface tension measurements, the kinetic regimes of the adsorption process of BSA at the liquid-air interface were determined, finding that the process can be modeled through three consecutive stages of diffusion, penetration and rearrangement. These last two were characterized using kinetic constants associated to the process and finding that the stage that controls the process corresponds to the penetration and adsorption at the interface, with kinetic constant k1. When evaluating the effect of the addition of salts, it is also found that molecules with longer hydrophobic tails exert a greater increase of the k1 constant, due to competitive adsorption at the interface between the protein and surfactants.

Finally, from densitometric determinations the preferential interaction parameters were calculated, which allow us to say that Me4NBr is excluded from the vicinity of the protein surface due to preferential hydration, which increases the stability of the native structure of BSA and is in agreement with the trend obtained by DSC measurements. On the other hand, Met3OctNBr, Met3DecNBr and Met3DodecNBr show a preferential interaction with the protein that generates a destabilizing effect, this effect being more pronounced as the aliphatic chain of the salt increases, with Met3DodecNBr being the most destabilizing tetraalkylammonium salt.