Aplicação da equação de Poisson-Boltzmann modificada em sistemas biológicos: análise da partição iônica em um eritrócito

Neste trabalho, a partição iônica e o potencial de membrana em um eritrócito são analisados via equação de Poisson-Boltzmann modificada, considerando as interações não eletrostáticas presentes entre os íons e macromoléculas, assim como, o potencial β. Este potencial é atribuído à diferença de potencial químico de referência entre os meios intracelular e extracelular e ao transporte ativo de íons. O potencial de Gibbs-Donnan via equação de Poisson-Boltzmann na presença de carga fixa em um sistema contendo uma membrana semipermeável também é estudado. O método de aproximação paraboloide em elementos finitos em um sistema estacionário e unidimensionalé aplicado para resolver a equação de Poisson-Boltzmann em coordenadas cartesianas e esféricas. O parâmetro de dispersão relativo às interações não eletrostáticas écalculado via teoria de Lifshitz. Os resultados em relação ao potencial de Gibbs-Donnan mostram-se adequados, podendo ser calculado pela equação de Poisson-Boltzmann. No sistema contendo um eritrócito, quando o potencial β é considerado igual a zero, não se verifica a diferença iônica observada experimentalmente entre os meios intracelular e extracelular. Dessa forma, os potenciais não eletrostáticos calculados via teoria de Lifshitz têm apenas uma pequena influência no que se refere à alta concentração de íon K+ no meio intracelular em relação ao íon Na+

In this work, the ionic partition and the membrane potential in an erythrocyte are analyzed by modified Poisson-Boltzmann equation, considering non-electrostatic interactions between ions and macromolecules as well as the β potential. This potential is attributed to the difference in chemical potential reference states between intracellular and extracellular environment and the active transport of ions. The Gibbs-Donnan potential is also studied usingthe Poisson-Boltzmann equation with fixed chargeon a system containing a semipermeable membrane. The second order spline finite elements methodin a steady one-dimensional system is applied to solve the Poisson-Boltzmann equation in Cartesian and spherical coordinates.The dispersion parameter of the non-electrostatic interactions is calculated by Lifshitztheory. The results regarding the Gibbs-Donnan potential are adequate and can be calculated by the Poisson-Boltzmann equation. In a system containing an erythrocyte, when the β potential is considered equal to zero, it doesnt check the ionic difference observed experimentally between the intracellular and extracellular environment. Thus, non-electrostatic interactions calculated by Lifshitz theory have only a small influence in the high K+level inside cells while keeping Na+ outside