Estudio de propiedades estructurales y dinámicas de membranas biológicas y sistemas modelo mediante técnicas de modelado molecular

Abstract

Se estudió el efecto perturbativo sobre la estructura y dinámica de bicapas modelo de la inserción de un marcador de espín (Ácido 10-doxil-esteárico) en fases simil-gel y líquido ordenado, empleando simulaciones de Dinámica Molecular (DM). También se estudió la relación entre las propiedades estructurales y dinámicas de las bicapas y las correspondientes a la molécula marcada. Encontramos que la inserción de la molécula marcada en nuestra bicapa modelo a la concentración considerada (1:70) produce perturbaciones locales y globales en la fase gel. Existe un incremento del área asociada a las moléculas lipídicas, lo cual produce un incremento en la inclinación global del eje longitudinal de los lípidos en esta fase condensada. En esta misma fase, también encontramos que la componente Z del parámetro de orden de la molécula marcada, asociada a los espectros de RPE (Resonancia Paramagnética Electrónica), presenta la misma dependencia con T que los tiempos de correlación axial de las moléculas lipídicas. Se determinó que el mecanismo por el cual la reorientación del anillo doxil sensa la dinámica de las bicapas está asociado a la correlación existente entre la frecuencia de las transiciones trans-gauche de la cadena alquílica del marcador y su entorno. En la fase Líquido-Ordenada (LO) encontramos que las moléculas de colesterol juegan el rol de “cuñas”, dejando espacios abiertos por debajo de su zona de anillos, y ordenando la porción de las cadenas alquílicas que se hallan a la profundidad de los mismos.

The effect of the insertion of a spin labeled molecule (10-doxyl-Stearic Acid) on the structure and dynamics of model lipid bilayers in gel-like as well as in liquid ordered-like phases are studied using molecular dynamic simulations. The perturbing effects of the labeled molecule on the structure of the bilayers are analyzed. We have also studied the relationship between the structural and dynamic properties of the bilayer phase and those of the labeled molecule. We found that the insertion of the labeled molecule in the bilayer at the concentration considered here (1:70) produces local and global perturbations in the gel-like phase. There is an increase of the area associated to the lipid molecules that produces a larger tilting angle of this condensed phase. In this gel-like phase, we also found that the z component of the order parameter of the labeled molecule associated to the EPR spectra, have the same temperature dependence as the axial correlation times of the lipid molecules. The mechanism by which the doxyl reorientation senses the dynamics of the layers is determined by the correlation between the gauche defect transitions of the labeled alkyl chain and its environment. For the liquid-ordered-like phase we found that cholesterol molecules play the role of wedges that open free spaces in the lipid structure below the ring position, and order the alkyl chains at the depths of the rings, leading to small inclination angles.