Tratamento variacional da interação íon-dipolo induzido em cavidades esféricas

Abstract

As interações que ocorrem em hemoproteínas, como entre uma molécula de oxigênio e o íon de ferro, são de grande interesse para o estudo de sistemas vivos e para o desenvolvimento de biotecnologias, de forma que estudar mais a fundo os aspectos envolvidos na interação é de grande serventia para comunidade científica. No presente trabalho estuda-se o caráter vibracional da interação íon-dopolo induzido em uma cavidade esférica, mimetizando a interação entre o íon de ferro e a molécula de oxigênio na cavidade de uma hemoproteína. São calculados os autovalores de energia do estado fundamental em diferentes volumes de cavidades, mimetizam o volume das hemoproteínas, inclusive considerando o confinamento que ocorre devido as mudanças conformacionais das hemoglobinas quando a molécula está no sítio de ligação. Para o cálculo dos autovalores de energia foi empregado o Método Variacional com uma função de onda teste obtida usando a Mecânica Quântica Supersimétrica, que além de fornecer a função de onda teste também possibilita a inserção do efeito de confinamento no sistema. Os resultados mostram que os autovalores de energia para o estado fundamental sofrem uma variação quando o volume é alterado e, além disso, que regimes de alto confinamento conferem uma estabilidade maior para a interação.

The interactions that occur in hemoproteins, such as between an oxygen molecule and an iron ion, are of great interest for the study of living systems and for the development of biotechnologies, so that a deeper study of the aspects involved in the interaction is of great importance and great benefit to the scientific community. In the present work, the vibrational character of the induced ion-dipole interaction in a spherical cavity is studied, mimicking the interaction between the iron ion and the oxygen molecule in the cavity of a hemoprotein. Ground state energy eigenvalues are calculated in different cavity volumes, mimicking the volume of hemoproteins, including considering the confinement that occurs due to conformational changes of hemoglobins when the molecule is in the binding site. For the calculation of the energy eigenvalues, the Variational Method was used with a test wave function obtained using Supersymmetric Quantum Mechanics, which, in addition to providing the test wave function, also allows the insertion of the confinement effect in the system. The results show that the energy eigenvalues for the ground state change when the volume is changed and, in addition, that high confinement regimes provide greater stability for the interaction.