Estudio del proceso de adsorción de los fármacos: azitromicina, ibuprofeno y paracetamol, en lignina, aplicando técnicas de dinámica molecular
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Date
2025-02-26
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Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
Pharmaceuticals are considered emerging contaminants (EPs) due to their continuous release into the environment and their potential negative effects on human health, wildlife, and aquatic ecosystems. In this context, adsorption is presented as an effective technique for their removal. Lignin, an abundant but underutilized biopolymer, has shown promise as a material for this process, although its use remains limited, and studies on the molecular mechanisms of adsorption are scarce. This research uses molecular dynamics (MD) simulations to analyze the adsorption of three commonly used pharmaceuticals: azithromycin (ZIT), ibuprofen (IBP), and paracetamol (ACE) onto the surface of lignin. Through these simulations, the structural stability of the systems is evaluated, and molecular trajectories are generated, allowing observation of how the pharmaceutical molecules interact with lignin. Additionally, the analysis is complemented with the Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area (MMPBSA) method to estimate binding energy and examine the interaction mechanisms, also considering the effect of the solvent on the stability of the formed complex. The results showed that ZIT had the highest percentage of adsorbed molecules at 62.5%, followed by ACE with 40%. In terms of energy, ZIT also showed the most negative values for ΔTOTAL -28.34 kJ/mol and ΔG -28.8 kJ/mol, suggesting greater stability and affinity in the adsorption process compared to the other pharmaceuticals.
Resumen
Los fármacos son considerados contaminantes emergentes (CEs) debido a su liberación continua al medio ambiente y sus posibles efectos negativos sobre la salud humana, la fauna y los ecosistemas acuáticos. En este contexto, la adsorción se presenta como una técnica eficaz para su eliminación. La lignina, un biopolímero abundante pero poco aprovechado, ha demostrado ser un material prometedor para este proceso, aunque su uso sigue siendo limitado y los estudios sobre los mecanismos de adsorción a nivel molecular son escasos. La presente investigación utiliza simulaciones de dinámica molecular (DM) para analizar la adsorción de tres fármacos comúnmente usados: azitromicina (ZIT), ibuprofeno (IBP) y paracetamol (ACE) sobre la superficie de la lignina. A través de estas simulaciones se evalúa la estabilidad estructural de los sistemas y se generan trayectorias moleculares, que permiten observar cómo interactúan las moléculas de los fármacos con la lignina. Además, se complementa el análisis con el método de Mecánica Molecular Superficie Poisson-Boltzmann y Área Superficial (MMPBSA) para estimar la energía de unión y examinar los mecanismos de interacción, considerando también el efecto del solvente en la estabilidad del complejo formado. Los resultados mostraron que ZIT presentó el mayor porcentaje de moléculas adsorbidas siendo de 62.5%, seguido de ACE con un 40%. En términos de energía, ZIT también mostró los valores más negativos de ΔTOTAL -28.34 kJ/mol y ΔG -28.8 kJ/mol, lo que sugiere una mayor estabilidad y afinidad en el proceso de adsorción en comparación con los otros fármacos.
Keywords
Ingeniería Química, Fármacos, Biopolímeros
Citation
Código de tesis
TQ; 655
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero Químico