La presencia de etanol puede conducir a la formación de fases no laminares también conocidas como fases no bicapa. Se ha reconocido que el etanol es un excelente disolvente en una solución acuosa para inducir fases no laminares en fosfolípidos . La formación de fases no laminares en fosfolípidos no se comprende completamente, pero es significativo que esta molécula anfifílica sea capaz de hacerlo. La formación de fases no laminares es significativa en estudios biomédicos que incluyen la administración de fármacos, el transporte de iones polares y no polares utilizando disolventes capaces de penetrar en la biomembrana , aumentando la elasticidad de la biomembrana cuando está siendo interrumpida por sustancias no deseadas ( virus, bacterias , disolventes, etc.) y funcionando como canal o transportador de biomaterial.
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Biomembranas y bicapas de fosfolípidos
Las membranas biológicas se encuentran tanto en células procariotas como eucariotas . [1] Rodean células y orgánulos con una barrera semipermeable que evita el libre flujo de sustancias. La membrana consta de una estructura de bicapa de fosfolípidos y a menudo proteínas incrustadas o asociadas de otro modo, junto con colesterol y glicolípidos . [2] La bicapa de fosfolípidos es una estructura de dos capas compuesta principalmente de fosfolípidos, que son moléculas anfifílicas que tienen regiones hidrofílicas e hidrofóbicas . [2] La región hidrófila contiene el grupo de la cabeza polar. Esta región está expuesta a sustancias acuosas ubicadas principalmente en la parte exterior de la biomembrana. La región hidrófila está formada por cadenas de acilo no polares o grupos de ácidos grasos que miran hacia el interior de la biomembrana. Los fosfolípidos consisten en dos cadenas de hidrocarburos no polares con enlaces éster o éter al grupo fosfato que también está unido por enlaces éster o éter a la región hidrófila polar. [1] El fosfolípido tiene una carga negativa debido a la presencia del grupo fosfato. Su polaridad general depende de las cargas de los grupos hidroxilo o alcoholes como colina, etanolamina, inositol, serina, etc. unidos al grupo fosfato. [1] [2] Hay seis funciones básicas que están asociadas con las biomembranas: [1] [2]
- Controlar el potencial químico y el gradiente de las especies químicas y las cargas en los lados opuestos de la membrana.
- Organizar enzimas y complejos de proteínas para la transducción o señalización de señales.
- Manejo de interacciones de proteínas y lípidos
- Funcionando como sustrato
- Transferencia de material e información vital a través de la membrana
- Compartimentación al mantener la separación física entre las membranas pero aún permitiendo una comunicación adecuada
Factores que afectan las biomembranas y las formaciones lipídicas.
Hay dos términos básicos que se utilizan para describir las fases lipídicas: fases lamelares y no laminares. Los lípidos pueden sufrir cambios polimórficos o mesomórficos que conducen a la formación de fases laminares o no laminares.
Varios factores pueden afectar la función general de la biomembrana y disminuir su capacidad para funcionar como barrera protectora y mantener el orden de los componentes internos. El grosor de la bicapa, la carga superficial, las fuerzas intermoleculares, las moléculas anfifílicas, los cambios en la energía libre, las curvaturas alternas o espontáneas, el aumento o la disminución de la temperatura, los disolventes y el medio ambiente son ejemplos de diferentes condiciones que provocan cambios en las biomembranas. [3] [4] [5] Por ejemplo, la fuerza de las fuerzas intermoleculares dentro de la biomembrana es bastante fuerte, pero cuando los lípidos se extraen de las biomembranas con fines analíticos, hay una disminución en las restricciones por las fuerzas intermoleculares contra los fosfolípidos que pueden hacen que el lípido experimente polimorfismo, así como un reordenamiento temporal de otros lípidos o proteínas en la biomembrana. [3] [4] [5] El grosor de la biomembrana determina la permeabilidad de la membrana y el etanol, que puede utilizarse como disolvente, es capaz de reducir el grosor de la biomembrana, que es una de las formas en que esta molécula anfifílica puede permear a través de la biomembrana. [5] También puede haber cambios de energía libre que pueden aumentar o disminuir durante las transiciones de fase de los fosfolípidos durante el polimorfismo o mesmorfismo que también pueden afectar la curvatura de los lípidos. [5] Todos los lípidos pueden experimentar algún tipo de curvatura alterna o espontánea positiva o negativa debido a variaciones de tamaño entre la región hidrofóbica y la hidrofílica. [5] [6] Los cambios de temperatura también pueden provocar cambios en la biomembrana.
Fases no laminares frente a fases laminares
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Cuando los lípidos se extraen o aíslan de las biomembranas, pueden ocurrir polimorfismo y mesomorfismo porque entonces ya no están bajo las limitaciones intermoleculares que están presentes dentro de la biomembrana. [2] [5] Esto puede conducir a la formación de fases no laminares (no bicapa) o laminares en los fosfolípidos . [2] [5] "Polimorfismo" se refiere a la formación de diversas estructuras, como tubos, varillas y estructuras tridimensionales con simetría cúbica. [2] [5] El mesomorfismo se refiere a las transiciones de fase cuando se aplica calor. [2] [5] Por ejemplo, un lípido puede estar en la fase laminar a una temperatura más baja, pero a medida que aumenta la temperatura, pasa a una fase no laminar. Es importante considerar el tamaño de la región hidrófila frente a la región hidrófoba. Por ejemplo, si la región hidrófila y la región hidrófoba son similares, se forma una bicapa lipídica de forma cilíndrica ; pero cuando las regiones hidrófilas son más pequeñas que la región hidrófoba, se forma una bicapa lipídica en forma de cono. [2] [5] [7] Otro ejemplo es la formación de micelas que tiene una formación no laminar en la que la región hidrófila es significativamente más grande en comparación con la región hidrófoba. Hay varias fases cristalinas líquidas que pueden existir en los lípidos. Las fases cristalinas líquidas se dan cuando las regiones de la cadena hidrófoba no están inmóviles, pero se les permite moverse libremente en un estado fundido similar a un fluido. [8] La fase lamelar (Lα) es la fase más común y dominante en los lípidos y está alineada como pilas de bicapas en la parte superior de las bicapas orientadas en una sola dirección. [9]
Las fases no laminares se conocen como fases cristalinas líquido no bicapa sin simetría laminar (Lα). Incluyen fases cúbicas hexagonales (I), hexagonales (II) y tridimensionales. [7] [9] Las fases hexagonales (I) son fases no invertidas o de aceite en agua en las que está presente una curvatura convexa neta y esto es similar a las micelas. [5] [6] Las fases hexagonales (II) son fases de agua en aceite invertidas con curvaturas cóncavas netas que describen las interacciones entre lípidos y agua. Fases cúbicas (Pn3m, Im3m, la3d, etc.) o fases cúbicas bicontinuas compuestas por múltiples bicapas conectadas que se asemejan a un cubo tridimensional. [10] La presencia de lípidos no laminares en las biomembranas afecta la elasticidad de la bicapa lipídica, especialmente cuando se interrumpe, por ejemplo, durante las transiciones de fase, fusión y fisión de membranas o interacciones con péptidos y proteínas de membrana. [4] [5]
Técnicas analíticas utilizadas para caracterizar lípidos.
Existen varios instrumentos y técnicas analíticas que se utilizan para caracterizar y monitorear las diferentes propiedades de los lípidos ; Difracción de rayos X , calorimetría diferencial de barrido (DSC), resonancia magnética nuclear que incluye 2 HNMR y 31 PNMR, cromatografía de capa fina (TLC), recuperación de fluorescencia después de fotoblanqueo (FRAP), reconocimiento del vecino más cercano (NNR) y dinámica molecular atómica simulaciones (AMDS).
difracción de rayos X
Las técnicas de dispersión de rayos X son algunas de las técnicas más útiles para determinar la identificación estructural y la forma de los lípidos . Se aplica un haz de luz de rayos X al lípido en el que se revela un patrón de rayos X distinto. Este patrón de red se basa en la densidad de electrones y la localización de los electrones dispersos por todo el lípido para determinar las posiciones atómicas. [5] [11] La desventaja es que puede ser difícil determinar patrones en los lípidos que no están bien orientados, como las fases no laminares . Aunque esto puede ser una limitación en la producción de reconstrucciones de densidad de electrones en lípidos, la difracción de rayos X sigue siendo un método confiable para obtener información estructural y distinguir entre fases lamelares y no laminares. [5] [11]
Calorimetría diferencial de barrido
La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es una técnica analítica utilizada para examinar las propiedades termodinámicas de las moléculas . Puede estudiar el comportamiento térmico de los materiales cuando experimentan cambios físicos y químicos durante el tratamiento térmico. [11] [12] Los parámetros que se miden se denominan valor de transición vítrea (T g ) y temperatura de fusión (T m ). Estos valores se miden a lo largo del tiempo y son comparables entre una muestra de referencia inerte y el analito . [11] [12] Los cambios en los valores (T m ) y (T g ) evalúan los cambios de fase (sólido, líquido-gel, líquido, etc.) en los que ocurre un proceso endotérmico o exotérmico . [11] [12] Esta técnica es útil para monitorear los cambios de fase en los fosfolípidos al proporcionar información como la cantidad de calor liberado o absorbido y el tiempo para que ocurran las transiciones de fase, etc. El monitoreo de DSC puede ocurrir a velocidades lentas, lo cual es una desventaja en el seguimiento de las transiciones de fase rápida dentro de los fosfolípidos.
Resonancia magnética nuclear de hidrógeno
La resonancia magnética nuclear de hidrógeno ( 2 HNMR) es una técnica que utiliza un campo magnético externo y deuterio para reemplazar la forma ordinaria de hidrógeno . [11] La forma ordinaria de hidrógeno se refiere a la forma elemental de hidrógeno con un peso molecular de aproximadamente 1 g / mol. Contiene solo un protón y no tiene neutrones. El deuterio es la forma isotópica del hidrógeno que tiene una masa más pesada en comparación con el hidrógeno ordinario. Contiene un protón y un neutrón y tiene un peso molecular de aproximadamente 2 g / mol. [11] Esta técnica se puede utilizar para investigar los movimientos de las cadenas de acilo en los lípidos . Mide las interacciones de carbono y deuterio y la movilidad de estas interacciones dentro de varias regiones del lípido y también determina los parámetros de orden. [11] [12] El proceso implica el uso de propiedades de señalización cuadrupolo para examinar también las fases laminares frente a las no laminares. Un campo magnético externo monitorea la alineación de los compuestos paramagnéticos y usa cambios en los valores de espín magnético positivo o negativo para detectar estos cambios. [11] [12]
Resonancia magnética nuclear de fósforo
La resonancia magnética nuclear de fósforo ( 31 PNMR) es un tipo de técnica de resonancia magnética nuclear que utiliza 31 fósforo en lugar de deuterio . [5] [11] 31 P depende de cambios en la movilidad y difusión de una molécula. También aplica un campo magnético externo para analizar la alineación de los compuestos paramagnéticos y usa cambios en los valores de espín magnético positivo o negativo para detectar estos cambios. [5] [11] Es útil para distinguir entre fases lamelares y hexagonales que contienen grupos fosfato según sus distintos patrones y señales. [5] [11] Una desventaja de esta técnica es que se limita a los fosfolípidos.
Cromatografía de capa fina
La cromatografía en capa fina (TLC) es un tipo de técnica de cromatografía que se utiliza en lípidos caracterizados o separados. Los lípidos se separan en función de la polaridad de los grupos de cabeza o la región hidrófila, no la región hidrófoba. Ciertas tinciones, como el yodo, se pueden usar para marcar los lípidos, pero a veces los destruyen. Este proceso también se puede utilizar para determinar si los lípidos se han desnaturalizado o no . [13] Por ejemplo, originalmente un análisis de TLC muestra la presencia de dos lípidos. Una semana después, se vuelve a analizar la misma muestra, pero muestra la presencia de más lípidos, lo que indica que el lípido se ha desnaturalizado.
Recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo
La recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP) es un proceso fotoquímico que se aplica a los fluoróforos cuando pierden sus propiedades fluorescentes. [14] Se puede utilizar para medir la viscosidad y la difusión lateral de una bicapa lipídica. [14] También rejuvenece la fluorescencia del fluoróforo y monitorea cuánto tiempo tarda en ocurrir este proceso a lo largo del tiempo. [14]
Reconocimiento de vecino más cercano
El reconocimiento del vecino más cercano (NNR) es una técnica utilizada para describir las interacciones moleculares y los patrones entre formaciones lipídicas . En condiciones térmicas se utiliza para reconocer las preferencias de los lípidos para interactuar estrechamente con otro lípido que tenga propiedades similares o diferentes. [4] Proporciona una descripción molecular de las formaciones de bicapas lipídicas mediante la detección y cuantificación de la tendencia de los monómeros intercambiables a convertirse en lo que se denomina "vecinos más cercanos" entre sí en entornos similares. [4]
Simulaciones de dinámica molecular
Las simulaciones de dinámica molecular (MD) son útiles para simular los movimientos de átomos y moléculas de acuerdo con las leyes físicas. Las simulaciones de MD a menudo se aplican a los lípidos para estudiar propiedades a escala de átomos que pueden ser difíciles de observar de otra manera. Los parámetros del campo de fuerza varían según los tipos de átomos y moléculas. Las simulaciones de MD pueden observar interacciones entre lípidos, proteínas, hidrocarburos, agua, regiones hidrofílicas / hidrofóbicas, iones, solventes y otros componentes que están presentes cerca del exterior y el interior de una biomembrana. [3]
Asuntos actuales
Hay varios usos del etanol que incluyen un aditivo para la gasolina, un ingrediente principal para la conservación de alimentos y bebidas alcohólicas y que se usa para la administración transdérmica de medicamentos. Por ejemplo, puede funcionar como antiséptico en cremas tópicas para matar bacterias desnaturalizando proteínas. El etanol es una molécula anfifílica, lo que significa que tiene propiedades químicas y físicas asociadas con moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas. [3] [4] Aunque, los estudios muestran que al penetrar a través de la biomembrana, sus capacidades hidrófobas parecen estar limitadas en función de su preferencia por unirse estrechamente a la región hidrófila de los fosfolípidos. [3] [4] Se presentan varios problemas con respecto a la capacidad del etanol para penetrar a través de la biomembrana y provocar una reorganización de los fosfolípidos hacia fases no laminares. Las cuestiones son las siguientes: 1) cómo se produce la alteración de la fase de los fosfolípidos 2) comprender la importancia de la interacción del etanol con las proteínas de membrana y los fosfolípidos de membrana 3) comprender la permeabilidad de la biomembrana en función del nivel de tolerancia y adaptación en presencia de etanol, aunque este proceso parece depender de la concentración 4) determinar la importancia del carácter anfifílico del etanol en lo que se refiere a su capacidad para dividirse a lo largo de la membrana aumentando la fluidez de la misma. Las propiedades hidrofóbicas del etanol son limitadas y se une principalmente a la región hidrofílica del fosfolípido. Estos enlaces crean fuertes enlaces de hidrógeno y conducen a un fuerte entrelazamiento entre las cadenas de acilo 5) por qué la presencia de colesterol; un compuesto de esteroles, inhibe la capacidad del etanol para romper la membrana y 6) derivar el mecanismo a nivel molecular de todo el proceso. [3] [4]
Áreas de investigación
NNR
- Resumen de la investigación:
Este estudio implica la creación de una combinación de membranas modelo que contienen 1,2-dipalmitoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DPPC) y 1,2-diestearoli-sn-glicero-3-fosfocolina (DSPC) denominado "host membranas ", fosfolípidos marcados como 1,2 y 3 denominados" moléculas de intercambio "o" moléculas informadoras "y porcentajes en moles de colesterol variados en presencia de una solución acuosa que contiene etanol al 5% (v / v). [4] Se eligieron las membranas del hospedador porque sus diagramas de fase se comprenden bien y se han caracterizado ampliamente mediante diferentes técnicas analíticas.6 La técnica de reconocimiento del vecino más cercano se está aplicando a la formación de las membranas modeladas para observar la asociación entre el colesterol y los fosfolípidos como así como los efectos que tiene la presencia de etanol frente a esta interacción. Los investigadores están observando si el etanol mejora o interrumpe la fase líquida ordenada al reorganizar esta formación en una fase líquida desordenada. [4] La fase líquida ordenada es similar a una fase lamelar y la fase líquida desordenada representa las fases no laminares, pero no se describe el tipo exacto de cada fase (hexagonal, cúbica, etc.). Como se mencionó anteriormente, se crean varias combinaciones diferentes de las membranas del huésped, las moléculas de intercambio y el colesterol para formar las membranas modelo. Es importante mencionar que las moléculas de intercambio seleccionadas tienen propiedades similares a las membranas del huésped. Los lípidos de intercambio contienen enlaces disulfuro así como grupos diacilglicerol que no están necesariamente presentes en las membranas del huésped. [4] Los estudios proporcionan evidencia a través de mediciones de monocapa, propiedades de condensación y temperaturas de transición de fase (Tm) de gel a líquido-cristalino casi idénticas a las membranas del huésped de que la presencia de estos enlaces no juega un papel importante ni interfiere en el reconocimiento o empaquetamiento formación de las membranas modeladas en presencia de etanol. [4] Los enlaces disulfuro, los enlaces de diacilglicerol y el marco de esteroles similares solo están presentes para imitar las propiedades físicas de DSPC, DPPC y colesterol, así como para ayudar en los procesos de intercambio de monómeros para formar dímeros intercambiables. [4] Los lípidos intercambiables se someten a un proceso de intercambio de monómeros a través de puentes disulfuro en los que se mezclan ideal, homogénea o heterogéneamente. [4] Sus interacciones se miden mediante la constante de equilibrio (K), que se describirá con más detalle en la sección de importancia de los resultados. En general, el proceso de intercambio de monómeros es necesario para demostrar la eficacia de la técnica de reconocimiento del vecino más cercano mediante la observación de cambios en la composición de fase de las membranas del huésped / fosfolípidos. Cada membrana modelo consta de una alta concentración de una de las membranas del huésped / fosfolípidos (95%% molar), bajas concentraciones de dos lípidos en intercambio (2,5 % molar cada uno para un total de 5%), porcentajes molares variados de colesterol (0– 30% en moles) más una concentración constante de etanol (5% v / v). [4] Una solución tampón acuosa contiene el 5% de etanol (v / v) que se desea, pero debido a la evaporación, el valor se reduce a aproximadamente 2,9% de etanol.
- Importancia de la investigación:
Todos los experimentos se llevan a cabo a 60 ° C. [4] Los cambios en la constante de equilibrio (K) se utilizan para determinar qué tipo de interacciones de lípidos están ocurriendo dentro de la membrana modelada, así como para observar las regiones ordenadas por líquido frente a las regiones con desorden líquido. [4] El valor de la constante de equilibrio determina lo siguiente: 1) si los monómeros se mezclan idealmente (K = 4.0) 2) cuando los monómeros se mezclan de manera homogénea también se denomina homo-asociación (K <4.0) y 3) si los monómeros se han intercambiado de forma heterogénea, lo que se denomina heteroasociación (K> 4,0). A continuación, se crea un gráfico de (K) frente al% en moles de colesterol. [4] Cada gráfico tiene tendencias similares en las que el valor de la constante de equilibrio aumenta a medida que aumenta el% en moles con y sin la presencia de etanol, lo que indica una regresión lineal. [4] Inicialmente, todas las membranas modelo estaban organizadas en una fase de orden líquido, pero a medida que aumentaba la adición de colesterol se observó una fase de desorden líquido. Se determinó lo siguiente con respecto a las transiciones de orden líquido y desorden de líquidos durante la adición de colesterol en presencia de etanol en cada membrana modelo: 1) 0-15% molar de colesterol, estaba presente una fase líquida desordenada 2) de 15 a 30 % en moles hubo una coexistencia de ambas fases y 3) por encima del 27% en moles de colesterol, la membrana modelo se convirtió de nuevo a la fase de orden líquido original dentro de un marco de tiempo de dos horas. [4] La regresión lineal alcanzó un máximo del 30% en moles de colesterol. Es importante mencionar que también se realizaron estudios de VSG que muestran una coexistencia de la fase de orden líquido / desorden líquido de 0 a 8% molar y así como 8-27% molar. [4] La membrana modelo que contiene DPPC, colesterol e intercambio de lípidos 1 y 2 muestra un aumento drástico en la relación lineal entre (K) versus el% molar de colesterol. Aproximadamente con un 8% en moles de colesterol comienza el inicio de la fase líquida desordenada. [4] Esta misma relación se observa en el DSPC, el colesterol y el intercambio de lípidos 2 y 3, pero el inicio de la fase líquida de desorden ocurre aproximadamente al 5,2% en moles con y sin la presencia de etanol. Además, hay un valor constante de equilibrio más alto en el que los estudios lo relacionan con las interacciones de la cadena de acilo más fuertes debido a que esta región tiene cadenas de carbono más largas, lo que también da como resultado un punto de fusión más alto. [4] Este estudio no solo demuestra que en presencia de etanol se produce una reorganización o cambio de fase inducido entre la interacción colesterol-fosfolípido, sino que al utilizar concentraciones más altas de compuestos de esteroles como el colesterol puede obstaculizar los efectos del etanol. La investigación también sugiere que el etanol mejora la asociación entre colesterol-fosfolípidos dentro de las bicapas ordenadas en líquido. Aún no se comprende el mecanismo de cómo el etanol induce la fase de trastorno líquido y mejora la asociación colesterol-fosfolípido. Los investigadores han mencionado que parte de la formación del trastorno líquido se produce posiblemente al interrumpir la región hidrófoba de los fosfolípidos, al unirse estrechamente a la región hidrófila del fosfolípido y actuar como "relleno", ya que el etanol no puede alinearse estrechamente con los fosfolípidos vecinos. [4] [5] Todos estos posibles mecanismos pueden contribuir a la naturaleza anfifílica del etanol.
AMDS
- Resumen de la investigación:
En este estudio hay varias simulaciones de dinámica molecular a escala atómica creadas para ilustrar cómo el etanol afecta las biomembranas que contienen fosfolípidos. [3] Los sistemas de membranas de fosfolípidos son comparables a las membranas del modelo anterior, pero solo consta de un fosfolípido que es palmitoil-oleoil-fosfatidilcolina (POPC) o palmitoil-oleoil-fosfatidiletanolamina (POPE). La principal diferencia entre la fosfatidilcolina (PC) y la fosfatidiletanolamina (PE) es que los tres grupos metilo unidos al átomo de nitrógeno para la estructura de la PC se reemplazan por tres grupos de hidrógeno. [3] El propósito general de este estudio es similar al estudio descrito anteriormente que determina los efectos del etanol en las biomembranas y cómo puede aumentar el desorden en la región interior de la membrana formando fases no laminares en los fosfolípidos. El método experimental y la técnica analítica son bastante diferentes. En el estudio anterior, hizo hincapié en la técnica NNR que utiliza un conjunto de fosfolípidos del huésped, intercambiando lípidos, etanol y colesterol para crear membranas modelo. [4] Se mantuvo una solución acuosa que contenía etanol al 5% (v / v), pero se varió la concentración de colesterol para demostrar cómo este compuesto de esterol puede inhibir los efectos del etanol (induciendo una fase de desorden líquido o fases no laminares) que se representa en las diferentes gráficas de la constante de equilibrio (K) frente al% molar de colesterol para cada membrana modelo. En este estudio, la membrana de fosfolípidos es comparable a la membrana modelo que consta de POPC, etanol, agua y, en algunos casos, la adición de iones monovalentes (Na + , K + y Cl - ) que se transportan a través de la membrana en presencia de etanol. [3] La concentración de etanol varía entre el 2,5 y el 30% en moles en una solución acuosa, pero no hay adición de ningún compuesto de esterol. Las simulaciones de dinámica molecular a escala atómica se utilizan para monitorear los cambios en la membrana de fosfolípidos. Todas las simulaciones se llevan a cabo utilizando el software de la suite de simulación GROMACS junto con otros métodos que son esenciales para realizar las simulaciones. [3] La temperatura y la presión se controlan a 310 K y 1 bar. Las simulaciones se miden en varios marcos de tiempo que incluyen ficosegundos (fs), picosegundos (ps) y nanosegundos (ns). Una simulación típica se compone de aproximadamente 128 lípidos POPC y 8000 moléculas de disolvente que incluyen agua y etanol. [3] En cada simulación, las moléculas de etanol, las moléculas de agua, las regiones del grupo de cabeza, las cadenas de acilo y los iones monovalentes están codificados por colores, lo que ayuda a interpretar los resultados de las simulaciones. Las concentraciones de etanol son 2,5, 5,0, 15,0 y 30% en moles. La cantidad de moléculas de etanol depende de la concentración de etanol presente en la membrana de fosfolípidos. [3] Los parámetros del campo de fuerza se miden para los lípidos POPC y los iones monovalentes (Na + , K + y Cl - ), que son muy importantes. A continuación, se proporciona un resumen de las simulaciones de dinámica molecular a escala atómica que contiene la información importante que se indica a continuación: 1) un número de sistema que corresponde a una simulación de fosfolípidos en particular 2) la concentración de etanol% molar utilizado en una simulación en particular 3) la concentración de etanol (v / v%) utilizado para la simulación 3) la relación etanol / lípidos que se deriva de la simulación 4) el área (nm2) de la membrana de fosfolípidos que detalla la expansión de las membranas a medida que aumenta la concentración de etanol 5 ) el grosor de la membrana que se basa en la distancia entre las posiciones promedio de los átomos de fósforo en lados opuestos de la membrana de fosfolípidos y 6) la inclinación del grupo de la cabeza del lípido POPC basado en cambios en el ángulo hacia la región interior de la membrana de fosfolípidos que sorprendentemente no fue muy significativo. [3]
- Importancia de la investigación:
El resumen de las simulaciones de POPC descritas anteriormente muestra que el área inicial del sistema de POPC por valor de lípidos fue inicialmente de .65 ± .01 pero aumenta en más del 70% a 1.09 ± .03 al 10% en moles de etanol, lo que indica que la membrana comienza a endurecerse. se hinchan y expanden a medida que el etanol penetra a través de su región exterior. [3] Debido a la expansión de la membrana, el espesor de la membrana disminuye de 3,83 ± 0,06 a 2,92 ± 0,05, lo que se relaciona con la distancia entre los átomos de fósforo en lados opuestos de la membrana. [3] El estudio también apoya el hecho de que el etanol prefiere unirse justo debajo de la región hidrofílica de los fosfolípidos cerca de los grupos fosfato. La ubicación del etanol crea un fuerte enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua. [3] Los resultados se muestran en las simulaciones y también están respaldados por perfiles de densidad de masa. Los perfiles de densidad de masa muestran la ubicación de los lípidos POPC, el agua y el etanol relevantes para el núcleo hidrófobo de la membrana y la concentración de etanol. La densidad de masa del etanol aumenta a medida que aumenta la concentración, lo que indica que el etanol se está moviendo hacia el núcleo hidrófobo de la membrana. [3] La membrana se destruye parcialmente. Las simulaciones también apoyan que el interior de la membrana comienza a volverse más hidrófilo debido a la presencia de moléculas de agua en la región interior una vez que la membrana se destruye parcialmente. [3] La presencia de etanol también indujo la formación de fases no laminares (no bicapa) dentro de la región interior (núcleo hidrofóbico) de la membrana fosfolipídica. Los resultados están respaldados por las simulaciones que muestran que a aproximadamente el 12% en moles de etanol, la membrana ya no era capaz de tolerar y adaptarse a la presencia del etanol dando como resultado fases no laminares. [3] Las formaciones de las fases no laminares se describen como micelas invertidas irreversibles. Esta irreversibilidad de las micelas invertidas está respaldada por perfiles de densidad de masa que muestran una superposición de valvas de membranas opuestas que interactúan formando un fuerte entrelazamiento entre las cadenas de acilo o la región hidrófoba con y sin la presencia de etanol. [3] Se producen instantáneas de las simulaciones a 100 ns que comparan el sistema de membranas de fosfolípidos en presencia de etanol y en ausencia de etanol que continúa apoyando la preferencia del etanol de unirse cerca de la región hidrófila del fosfolípido. Los investigadores también agregaron iones monovalentes como iones de sal (NaCl) al sistema de membranas de fosfolípidos que también formaron fases no laminares (micelas). Este fenómeno es importante porque predicen que en presencia de etanol las micelas pueden servir como transportadores de estructuras hidrófilas a través de la membrana. [3] En general, en este estudio muestra que el etanol puede penetrar a través de la membrana. Un punto muy importante que se reveló en este estudio es el hecho de que el etanol puede destruir los tejidos epiteliales (labios, garganta, estómago, boca) en los humanos. Por tanto, hay que considerar algunos de los efectos dañinos de algunas bebidas alcohólicas que pueden contener hasta un 40% de etanol (v / v). [3]
Conclusión y posibles estudios de investigación adicionales
Se concluyó lo siguiente sobre la base de la capacidad del etanol para inducir fases no laminares:
- El etanol induce fases no laminares (no bicapa) pero este proceso depende de la concentración. En promedio, las bicapas se conservan en aproximadamente menos del 10% en moles.
- El etanol prefiere unirse en la región hidrófila cerca de los grupos fosfato, lo que podría contribuir a su carácter anfifílico.
- Los efectos del etanol se pueden revertir u obstaculizar en presencia de colesterol (compuestos de esteroles)
- Puede ser necesario realizar un estudio futuro para comparar la cantidad máxima de colesterol (30% en moles) obtenida en el estudio NNR con concentraciones variadas de etanol como se muestra en el estudio AMDS para ver si el etanol todavía se ve obstaculizado en presencia de compuestos de esterol. . [3] [4]
Notas
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- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w Andrey A. Gurtovenko y Jamshed Anwar. "Interacción del etanol con membranas biológicas: la formación de estructuras no bicapa dentro del interior de la membrana y su importancia". J. Phys. Chem. B , 2009, 113 (7), 1983–1992. doi : 10.1021 / jp808041z '
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z Jianbing Zhang, Honghua Cao, Bingwen Jing y Steven L. Regen. Reorganización inducida por etanol de la fase líquida ordenada: mejora de la asociación colesterol-fosfolípidos. Mermelada. Chem. Soc ., 2006, 128 (1), 265–269 * doi : 10.1021 / ja056918d
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