Distribución orientación promedio y dinámico molecular de Paratión-d4 (O,O-Dietil-O-4-nitrofenil-d4-tiofosfato)disuelto en bicapas lipídicas. 2H-RMN y dinámica molecular

Abstract

Los pesticidas o plaguicidas son sustancias que eliminan, controlan y ayudan a manejar diversas plagas, siendo hoy en día utilizados tanto a nivel doméstico como industrial. Los pesticidas más comúnmente utilizados para el control de plagas son los del tipo organofosforados (OPs), derivados del ácido fosfórico, los cuales son generalmente más tóxicos a los vertebrados que otras clases de pesticidas. Es precisamente esta característica Ia que permitr el uso de este tipo de pesticidas en la agricultura y en la agroindustria, trayendo consigo una serie de problemas a nivel toxicológico y ambiental. Un pesticida organofosforado (OP) que ha sido mundialmente utilizado como alternativa al DDT (Dicloro Difenil Tricloroetano) y otros pesticidas, es el paratión. Las cualidades de este insecticida fueron observadas por primera vez en Alemania cuando se estudiaban los gases nerviosos de guerra sarín, somán y tabún. Utilizando espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear de Deuterio fHRMN) y Dinámica Molecular (DM) se estudió la distribución, orientación promedio y dinámica reorientacional de paratión. Este pesticida, fue sintetizado y deuterado en e! anillo aromático, para posteriormente ser incorporado a una solución de cristal líquido liotrópico nemático discoidal (cllnd), preparado a partir de uná mezcla de cloruro de tretradeciltrimetilamonio (TTA)/decanol/sallagua. Este tipo de agregados forman bicapas similares a las membranas celulares, por lo que el estudio de la distribución orientación promedio y dinámica de paratión disuelto en bicapas lipídicas es importante para el entendimiento y la comprensión del papel que juegan en el funcionamiento de las membranas biológicas, Ios lípidos y los sustratos disueltos en ellas La bicapa o membrana controla la difusión de moléculas pequeñas, iones, agua y provee de un medio particularmente adecuado para el funcionamiento de proteínas y azúcares, como por ejemplo las bombas de sodio y potasio, que restauran el potencial de membrana después del impulso eléctrico, responsable de los efectos a nivel de sistema nervioso central. Empleando 2H-RMN se midieron los desdoblamientos cuadrupolares (Avo) y tiempos de relajación longitudinal (T1) de las posiciones ofto y meta del anillo aromático de paratión-d4. También se calcularon los parámetros de orden que caracterizan completamente la orientación promedio del anillo aromático. Para obtener información acerca del comportamiento microscópico del sistema en estudio, se simuló una bicapa empleando DM. Por otro lado, empleando Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y Dinámica Molecular (DM) se estudió el efecto de la incorporación de paratión sobre las propiedades de la bicapa, tales como el grado de orden al interior de la ésta, entre otras propiedades. A través del estudio de la incorporación de paratión en un símil de membrana biológica se pudo observar que este insecticida afecta la rigidez de la membrana, debido a que se ubicaría en la interfase de Ia bicapa, interactuando con ella a través de interacciones del tipo catión-n, producidas entre el anillo aromático y los amonios presentes en esta zona.

Pesticides are substances that help to elimin¿1s, contol and manage sevetal pests. Today it is being used domestically as well as indusúially. One of the most currently used pesticides for pest confol are organophosphate compounds (OPs phosphoric acid derivaüves), generally more toxic to vertebrates thatr other kinds of insecticides. Most of them are chemically unstable and consequently not persistent. It is precisely fhis cbaracteristic thal allowed the use of such pesticides in agriculture and agro-indus§, bringrng with them a number of toxicological and environmental problems. An organophosphate pesticides (OP), which has been used worldwide as an alternative to DDT and other pesticides, is parathion. The properties ofthis i¡secticide we¡e observed for the fi¡st time in Germany, drring the Second 'lVorld War, when studying the nerve gases sari4 souin and tabún. Using 2H-RtvO{ specúoscopy and Molecula Dynamics (MD), we have sardied the average distribution, orientation and dytramics of parathion in a bilayer. This organophosphate pesücides was synthesized with deuterium atoms in selected positions of the arooatic ring and itrcorporated in a discotic nematic lyotropic liquid crystal solution prepared with a mixture of tuetradecylfimehylammonium chloride (TTAC) / decanol / satt / water. These aggegaúes form a bilayer of amphiphiles, simila¡ to cell membranes, so the study of the distribution and dynamics of orientation average parathion dissolved in these lipids aggregates is critical to underst¿nd the role they play in the early stage of incorporation into living organisms. The membra:re contol the spread of small molecules, ions and water into the interior of the cell and provides a particularly suitable marix for the fi¡uctioning of proteins and sugars, such as sodium and potassium pumps, responsible for restoring the membrane potential after the elecÍ'ical impulse at the central nervous system level. Using 2H-RMN we have measwed the quadrrryole splittings (Avq) and longitudinal lsfaxati6a time (T1) of the positions ortho meta of the rooatic ring of paratión-da. We estimated parameters that chaacterize tle average order of the a¡omatic ring. To obtain detailed ínformatíon about the microscopic behaüor of the system, Molecular Dynamic simulations were carried out üth the program GROMACS. On the other hand the effects of solubilization of parathion into the bilayer properties such as the order degree were also examined. This study allows us to conclude that parathion is located mainly in the interface, possibly interacting with the ammodum head-groups, and with fast re-orientational motion. Also it was observed that the incorporation of the insecticide into the bilayer increases signifrcantly the rigidity of the aggregate.