El polimorfismo en biofísica es la capacidad de los lípidos para agregarse en una variedad de formas, dando lugar a estructuras de diferentes formas, conocidas como "fases". Esto puede ser en forma de esfera de moléculas lipídicas ( micelas ), pares de capas que se enfrentan entre sí (fase lamelar, observada en sistemas biológicos como una bicapa lipídica ), una disposición tubular ( hexagonal ) o varias fases cúbicas (Fd 3 m, Im 3 m, Ia 3 m, Pn 3 my Pm 3 m son los descubiertos hasta ahora). También se han observado agregaciones más complicadas, como romboédrica ,fases tetragonal y ortorrómbica .
Forma una parte importante de la investigación académica actual en los campos de la biofísica de membranas (polimorfismo), la bioquímica (impacto biológico) y la química orgánica (síntesis).
Determinación de la topología de un sistema de lípidos es posible mediante una serie de métodos, el más fiable de los cuales es de difracción de rayos x . Esto utiliza un haz de rayos X que son dispersados por la muestra, dando un patrón de difracción como un conjunto de anillos. La relación de las distancias de estos anillos desde el punto central indica qué fase (s) están presentes.
La fase estructural de la agregación está influenciada por la proporción de lípidos presentes, temperatura, hidratación, presión y fuerza iónica (y tipo).
Fases hexagonales [ editar ]
En el polimorfismo lipídico, si la proporción de empaquetamiento [ clarificación necesaria ] de los lípidos es mayor o menor que uno, las membranas lipídicas pueden formar dos fases hexagonales separadas, o fases no laminares, en las que se forman agregados tubulares largos de acuerdo con el entorno en el que se encuentra el lípido. introducido.
Fase I hexagonal (H I ) [ editar ]
Esta fase se ve favorecida en las soluciones de detergente en agua y tiene una relación de empaque de menos de uno. La población micelar en una mezcla de detergente / agua no puede aumentar sin límite a medida que aumenta la proporción de detergente a agua. En presencia de pequeñas cantidades de agua, los lípidos que normalmente formarían micelas formarán agregados más grandes en forma de túbulos micelares para satisfacer los requisitos del efecto hidrófobo. Estos agregados se pueden considerar como micelas que se fusionan. Estos tubos tienen los grupos de cabezas polares hacia afuera y las cadenas de hidrocarburos hidrófobos hacia el interior. Esta fase solo se ve en condiciones únicas y especializadas, y lo más probable es que no sea relevante para las membranas biológicas.
Fase hexagonal II (H II ) [ editar ]
Las moléculas de lípidos en la fase HII se empaquetan inversamente al empaquetado observado en la fase I hexagonal descrita anteriormente. Esta fase tiene los grupos de cabezas polares en el interior y las colas de hidrocarburos hidrófobos en el exterior en solución. La relación de empaquetamiento para esta fase es mayor que uno, [1] que es sinónimo de empaquetamiento de cono inverso.
Se formarán conjuntos extendidos de tubos largos (como en la fase I hexagonal), pero debido a la forma en que se empaquetan los grupos de cabezas polares, los tubos toman la forma de canales acuosos. Estas matrices pueden apilarse juntas como tuberías. Esta forma de empaque puede dejar una superficie hidrófoba finita en contacto con el agua en el exterior de la matriz. Sin embargo, el empaquetamiento por lo demás energéticamente favorable aparentemente estabiliza esta fase en su conjunto. También es posible que una monocapa externa de lípidos recubre la superficie de la colección de tubos para proteger la superficie hidrófoba de la interacción con la fase acuosa.
Se sugiere que esta fase esté formada por lípidos en solución para compensar el efecto hidrofóbico. El apretado empaquetamiento de los grupos de cabeza lipídica reduce su contacto con la fase acuosa. Esto, a su vez, reduce la cantidad de moléculas de agua ordenadas pero no unidas. Los lípidos más comunes que forman esta fase incluyen la fospatidiletanolamina (PE), cuando tiene cadenas de hidrocarburos insaturados. El difosfatidilglicerol (DPG, también conocido como cardiolipina) en presencia de calcio también es capaz de formar esta fase.
Técnicas de detección [ editar ]
Se utilizan varias técnicas para determinar qué fase está presente durante las perturbaciones realizadas en el lípido. Estas perturbaciones incluyen cambios de pH, cambios de temperatura, cambios de presión, cambios de volumen, etc.
La técnica más común utilizada para estudiar la presencia de fase de fosfolípidos es la resonancia magnética nuclear de fósforo (31P NMR). En esta técnica, se observan patrones de difracción de polvo diferentes y únicos para las fases lamelar, hexagonal e isotrópica. Otras técnicas que se utilizan y ofrecen evidencia definitiva de la existencia de fases lamelares y hexagonales incluyen microscopía electrónica de congelación-fractura, difracción de rayos X , calorimetría diferencial de barrido (DSC) y resonancia magnética nuclear de deuterio (2H NMR).
Además, la microscopía electrónica de transmisión de tinción negativa se ha demostrado como una herramienta útil para estudiar el comportamiento de la fase de la bicapa lipídica y el polimorfismo en la fase lamelar , micelar, liposoma unilaminar y estructuras de lípidos acuosos hexagonales , en dispersiones acuosas de lípidos de membrana . [2] Como la tinción negativa soluble en agua se excluye de la parte hidrófoba (cadenas de acilo graso) de los agregados lipídicos, las porciones del grupo de cabeza hidrófilo de los agregados lipídicos se tiñen de oscuro y marcan claramente los contornos de los agregados lipídicos (ver figura).
Ver también [ editar ]
- Anfífilo
- Concentración de micelas crítica
- Lípido
- Comportamiento de la fase de la bicapa lipídica
- Cristal líquido liotrópico
- Lípidos de membrana
- Tinción negativa
Referencias [ editar ]
- ^ Stuart, Marc y Boekema, Egbert. (2007). Dos mecanismos distintos de transición de vesícula a micela y de micela a vesícula están mediados por el parámetro de empaquetado de los sistemas de fosfolípidos-detergentes, https://www.researchgate.net/publication/6124701_Two_distinct_mechanisms_of_vesicle-to-micelle_and_micelle-to-parapholipid_transition_the_mediatedpacking_by. detergent_systems # pf9
- ^ YashRoy RC (1994) Desestabilización de la dispersión laminar de los lípidos de la membrana tilacoide por la sacarosa. Biochimica et Biophysica Acta vol. 1212 (1), págs. 129-133. https://www.researchgate.net/publication/15042978_Destabilisation_of_lamellar_dispersion_of_thylakoid_membrane_lipids_by_sucrose?ev=prf_pub
- JM Seddon, RH Templer. Polimorfismo de los sistemas lípido-agua , del Handbook of Biological Physics, vol. 1, ed. R. Lipowsky y E. Sackmann. (c) 1995, Elsevier Science BV ISBN 0-444-81975-4
- Yeagle, P. (2005). La estructura de las membranas biológicas (2ª ed.). Estados Unidos: CRC Press.
- Yeagle, P. (1993). Las membranas de las células (2ª ed.). Michigan: Prensa académica.
- Gennis, RB (1989). Biomembranas: estructura y función molecular. Michigan: Springer-Verlag.
