Thermodynamics of protein aqueous solutions: From the structure factor to the osmotic pressure

Franco, Luís Fernando Mercier; Oliveira, Cristiano L. P.; Filho, Pedro de Alcântara Pessôa

doi:10.1002/aic.14802

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“…17,51−53 A reduction of the strength of attractive interactions with increasing protein concentration was indeed evidenced with small-angle X-ray scattering studies performed on globular proteins. 17,51,52 Nevertheless, this experimental observation, whose underlying reasons are still unclear, could potentially be an artifact due to many-body interactions.…”

Section: ■ Discussionmentioning

confidence: 96%

Kinetics of Monoclonal Antibody Aggregation from Dilute toward Concentrated Conditions

et al. 2016

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Gaining understanding on the aggregation behavior of proteins under concentrated conditions is of both fundamental and industrial relevance. Here, we study the aggregation kinetics of a model monoclonal antibody (mAb) under thermal stress over a wide range of protein concentrations in various buffer solutions. We follow experimentally the monomer depletion and the aggregate growth by size exclusion chromatography with inline light scattering. We describe the experimental results in the frame of a kinetic model based on population balance equations, which allows one to discriminate the contributions of the conformational and of the colloidal stabilities to the global aggregation rate. Finally, we propose an expression for the aggregation rate constant, which accounts for solution viscosity, protein-protein interactions, as well as aggregate compactness. All these effects can be quantified by light scattering techniques. It is found that the model describes well the experimental data under dilute conditions. Under concentrated conditions, good model predictions are obtained when the solution pH is far below the isoelectric point (pI) of the mAb. However, peculiar effects arise when the solution pH is increased toward the mAb pI, and possible explanations are discussed.

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Section: ■ Discussionmentioning

confidence: 96%

Kinetics of Monoclonal Antibody Aggregation from Dilute toward Concentrated Conditions

et al. 2016

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“…γé o fator relacionado ao arranjo experimental, Bé a radiação de fundo do sistema (ou Background ), n p , P (q) e S M (q) são a densidade numérica, o fator de forma e o fator de estrutura medido, respectivamente. O fator de formaé definido como (Franco et al [2015]):…”

Section: Medidas De Saxsunclassified

“…em que F (q)é a amplitude do vetor de espalhamento q (McDonald e Hansen [1976], Barbosa et al [2013], Ortore et al [2009]). O fator de estrutura medido, mostrado na equação (4.44),é escrito como (Franco et al [2015]):…”

Section: Medidas De Saxsunclassified

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O efeito de regulação de cargas nos potenciais de interação proteína-proteína: uma abordagem teórica e experimental

Machado¹

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Protein charge regulation has been studied by various research groups since the 1950s. This theory consideres that protein charge surface is not a constant value but it fluctuates due to the conditions of the system in which they are found. This fluctuation is given by the charge variance, also called capacitance, and it may be affected by the presence of other macromolecules, such as proteins, or even by changes in the environment, through pH variation, for example. To investigate the influence of charge fluctuation on proteinprotein interaction potential, solutions of bovine serum albumin (BSA) and cytochrome C were used in different concentrations and pH. In this work, the effects created by charge regulation are implemented in the protein-protein interaction potential, so that they can be measured through Small Angle X-ray Scattering (SAXS) curves. Proteins in solution interact with each other through the total correlation function, h(r), which can be found with the solution of the Ornstein-Zernike equation. In this work we have chosen the Random Phase Approximation (RPA), so that protein-protein interaction potentials are considered perturbations (including the charge regulation term) of hard spheres system. From this equation, we get the algebraic value of the interference factor, S(q), which is a fundamental term in the SAXS equation. The results showed that despite the development of the theory for dilute systems, BSA and cytochrome C solutions were found for concentrated systems, and the globularity of these proteins may be a factor for this result. Moreover, it is observed that the factor due to charge regulation cannot describe the complete attractive potential of the system when it is considered the only attractive potential term. When this factor is coupled with an attractive Yukawa potential, the results show that increasing the capacitance value does not significantly change the potential at contact term, J, thus indicating that the first could not be observed from SAXS for the BSA and cytochrome C curves because it is small compared to J. The next step is to test this theory for micellar systems.

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“…A teoria DLVO, de fato, é um paradigma nos estudos de colóides e o termo coulombiano com blindagem é quase uma peça indispensável em qualquer modelo com partículas carregadas. Já as contribuições atrativas para o potencial têm tido uma abordagem mais variada: enquanto alguns autores continuam a usar termos de van der Waals [21], outros preferem utilizar potenciais como o de Lennard-Jones [22], o poço quadrado [23], uma função tipo-Yukawa [24,25](nesse caso, chamaremos o potencial DLVO de HSDY, Hard-Sphere Double Yukawa), regulação de carga [26] etc., dependendo do tipo de modelagem e dos fatores físicos levados em consideração. Seja como for, a obtenção de uma teoria simples e robusta para a descrição das interações proteicas continua sendo grande um desafio.…”

Section: Interações Proteicasunclassified

Análise de interações proteicas via SAXS e simulações de Monte Carlo

Tanouye¹

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O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior -Brasil (CAPES) -Código de Financiamento 001. Esta pesquisa utilizou recursos do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), uma instalação nacional aberta do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) operada pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Agradecemos a equipe da Linha de Luz SAXS1 pela assistência durante os experimentos. Meus agradecimentos ao corpo de funcionários do IFUSP, pelo apoio burocrático e demais suportes institucionais durante a realização deste trabalho. Em especial, pelo acolhimento e convivência com as secretárias do Departamento de Física Aplicada, nossas vizinhas de sala, Lia e Elza. Agradeço à profa. Dra. Rosangela Itri por me receber em seu grupo de pesquisa, pela orientação acadêmica e por todos os ensinamentos transmitidos ao longo dos últimos anos, através dos quais pude me especializar na técnica de espalhamento de raios-X a baixos ângulos. Sou grato também aos nossos colaboradores prof. Dr. Francesco Spinozzi e prof. Dr. Jozismar Rodrigues Alves. O primeiro por ceder gentilmente parte dos dados de espalhamento utilizados nessa pesquisa, além das discussões e aprendizagens na área de SAXS. O segundo, amigo e interlocutor de longa data, pelo trabalho em conjunto na elaboração dos códigos de Monte Carlo e pelas discussões sempre cheias de ideias. Aos colegas de grupo, com os quais dividimos tantas conversas, conhecimentos, risadas e experiências: Maressa, Pedro, Gustavo, Ju, Tay, Rafaela, Angela e tantos outros que já passaram ou estão chegando, meus agradecimentos. E por fim, mas não menos importante, ao apoio constante e incondicional dos meus familiares.

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Thermodynamics of protein aqueous solutions: From the structure factor to the osmotic pressure

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O efeito de regulação de cargas nos potenciais de interação proteína-proteína: uma abordagem teórica e experimental

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