Estudo de moléculas de relevância atmosférica e biológica através da espectroscopia de fotoelétrons e da técnica de microjato

Abstract

Neste trabalho estudamos dois sistemas de interesse ambiental e um terceiro sistema de interesse biológico. Um deles foi o estudo de aminoácidos em interfaces líquidas, para isso medimos e analisamos os espectros de XPS dos aminoácidos glicina, alanina, valina e metionina em solução aquosa. O outro foi a medida das seções de choque absolutas de fotoabsorção e fotoionização da molécula de ozônio, um importante dado para física de atmosfera ainda pouco conhecido e estabelecido, devido as dificuldades de medid a com amostras de ozônio. O terceiro sistema estudado foram os osmólitos; Tmao, betaína ,uréia, e a mistura de Tmao com uréia, em solução aquosa com XPS. Essas amostras foram estudadas em diferentes concentrações e para pH fisiológico e ácido. Os aminoácidos constituem uma fração importante dos compostos nitrogenados orgânicos solúveis em água em aerossóis e estão envolvidos em muitos processos na atmosfera. Descobrimos que os aminoácidos com cadeias laterais hidrofílicas e tamanho menor, a glicina e a alanina, tendem a permanecer no bulk do líquido, enquanto os aminoácidos hidrofóbicos e maiores, valina e metionina, se concentram mais na superfície. Encontramos evidências experimentais de que os aminoácidos têm orientação preferencial em relação à superfíc ie, sendo que a cadeia lateral hidrofóbica fica mais próxima a superfície do que o grupo carboxílico hidrofílico. A propensão a superfície observada nos aminoácidos tem implicações na ciência atmosférica, uma vez que a interação da superfície desempenha um papel fundamental na formação de gotas nas nuvens e elas devem ser consideradas nos modelos climáticos. Determinamos as seções de choque absolutas de fotoabsorção e fotoionização da molécula de ozônio a partir da medida das correntes de ionização, determinação de fluxo de fótons e da pressão absoluta do gás, utilizando uma câmara experimental de dupla ionização e o nosso sistema de produção de amostras de ozônio com grande pureza. Experimentalmente, é um desafio medir as distribuições de osmólitos em torno das proteínas. Assim, esse conhecimento é inferido a partir de estudos de interfaces ar-água que têm alguma semelhança com a interface não polar-água de proteínas fornecidas por resíduos hidrofóbicos. Apesar de estudos intensivos, os mecanismos a nível molecular dos osmólitos não são bem conhecidos. Além de fornecer conhecimento básico de como a vida se desenrola, desvendar esses mecanismos permitirá projetar novos e mais eficientes osmólitos para controlar estruturas moleculares. O objetivo deste estudo é fornecer estimativas da concentração relativa e a afinidade de diferentes osmólitos na interface vapor-água usando a técnica de Espectroscopia de Fotoelétrons de Raios X (XPS) em soluções aquosas. Isso nos permitirá comparar mecanismos de ação de diferentes osmólitos protetores; Tmao e betaína, bem como o osmólito desnaturante; uréia. Em função da concentração do soluto em água, observamos que o Tmao tem uma afinidade maior à superfície do que a uréia e a betaína. Essas moléculas não chegam a formar uma camada de saturação na superfície, a intensidade cresce linearmente mesmo até a concentração de 4 M, que foi a máxima estudada. Em função do pH, vimos que o Tmao, se protona em pH menor que o pKa da solução e vai menos para a superfície que o Tmao não protonado. Quando estudamos misturas de Tmao+uréia observamos que para o pH neutro, a mistura se concentra mais no bulk da solução comparado com as espécies sozinhas, isso indica que na mistura as moléculas se afastam da superfícies hidrofóbicas, podendo favorecer o estado enovelado. O contrário acontece para o pH ácido, indo mais para a superfície, ou seja se concentrando nas superfícies hidrofóbicas. Não notamos diferenças significativas quando a concentração de uréia é aumentada nas misturas.